超级双相不锈钢的拉伸性能及热变形行为研究

摘要

双相不锈钢(DSS)具有优异的耐腐蚀性和力学性能，是一种真正意义上的高性能结构材料，目前正越来越多地用于化学、石化、造纸和石油等工业，但因其热加工成形性能较差，工件在锻造等热加工过程中容易产生裂纹而报废，所以双相不锈钢热加工塑性及相关研究是当前不锈钢研究领域的一个热点。 本文用光学金相(OM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、纳米压痕试验、穆斯堡尔试验、常温拉伸试验和热模拟试验等方法研究了00Cr25Ni7M04N超级双相不锈钢(SDSS)的显微组织、室温与高温力学性能以及高温变形行为，以期探讨该钢的组织性能关系及其变形行为，并为该钢热加工工艺的制定提供参考。 00Cr25Ni7M04N SDSS的铸态组织通常由铁素体和奥氏体两相组成，但在一定温度区间固溶处理、或者固溶处理后连续冷却以及一定程度热变形过程中，还会出现σ相。SDSS在800～1000℃固溶处理时温度越高σ相越少；固溶处理后冷却速度越快σ相越少，经1150℃固溶处理后无σ相析出的临界冷却速度为0.3℃/s,热变形会促进00Cr25Ni7M04N SDSSσ相的析出。 对00Cr25Ni7Mo4N SDSS的高温塑性研究表明，铸态SDSS的塑性随变形温度的升高而增加，锻态SDSS在600～13000℃热加工时，热塑性曲线出现一谷一峰，在1100～1200℃范围内热塑性最好，在800～900℃范围内变形时因σ相在δ/γ相界处大量析出而塑性最差。 利用Gleeble-3800热模拟机系统研究了铸态00Cr25Ni7Mo4N SDSS的流变行为，确定了其热变形方程，给出了其在不同应变量、变形温度及应变速率条件下的应变速率敏感性指数与能量消耗效率(η)，建立了00Cr25Ni7Mo4N SDSS的热加工图。结果表明，铸态00Cr25Ni7Mo4N SDSS的热变形激活能(Q)为492kJ/mol，应力指数(n)为3.51，不同真应变下的热加工图相似，且随着变形温度的升高及应变速率的降低，能量消耗效率逐渐升高，当真应变为0.2、变形温度在1200℃左右且应变速率为0.1s<'-1>时，η达到峰值(约为40％)。 锻态00Cr25Ni7Mo4N SDSS具有优异的室温力学性能，抗拉强度可达800MPa以上，延伸率可达52％。纳米压痕试验结果表明，铸态及锻态00Cr25Ni7Mo4N SDSS铁素体和奥氏体的室温硬度比较相近，但在高温时两相的硬度差别较大，主要由于热变形条件下两者的动态软化机制不同，铁素体以动态回复为主，而奥氏体则以动态再结晶为主。 00Cr25Ni7Mo4N SDSS的热加工温度范围需准确控制，并且每道次的变形量也需要严格控制。

目录

文摘

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第1章 绪 论

1.1 选题背景和意义

1.2 双相不锈钢的发展和应用状况

1.2.1 双相不锈钢的发展历史

1.2.2 双相不锈钢的分类

1.2.3 双相不锈钢的性能特点及在一些领域中的主要应用

1.2.4 双相不锈钢的研究现状和发展动态

1.3 双相不锈钢的显微组织特征

1.3.1 二次奥氏体

1.3.2 碳化物和氮化物

1.3.3 金属间化合物

1.4 双相不锈钢中合金元素的作用

1.4.1 双相不锈钢的成分设计思想

1.4.2 合金元素对双相不锈钢组织与性能的影响

1.4.3 合金元素对双相不锈钢相比例的影响

1.5 双相不锈钢的生产工艺要求

1.5.1 冶炼工艺

1.5.2 铸造工艺

1.5.3 热加工工艺

1.5.4 冷加工工艺

1.6 双相不锈钢热加工过程物理模拟研究进展

1.6.1 金属热变形条件下的力学行为和组织变化

1.6.2 双相不锈钢热加工过程物理模拟研究

1.7 本文研究的主要内容

第2章 试验材料及方法

2.1 试验材料

2.2 σ相临界转变速度的测定

2.3 热变形实验

2.4 显微组织分析

2.4.1 显微组织及断口观察

2.4.2 物相分析

2.4.3 夹杂物分析

2.5 拉伸实验

2.6 纳米压痕与显微硬度测试

2.7 本章小结

第3章 超级双相不锈钢的显微组织与拉伸性能

3.1 超级双相不锈钢的显微组织观察及分析

3.1.1 超级双相不锈钢的显微组织

3.1.2 穆斯堡尔谱实验结果

3.1.3 XRD分析结果

3.2 冷却速度和固溶处理温度对组织性能的影响

3.3 超级双相不锈钢的力学性能及断口分析

3.3.1 常温拉伸实验结果

3.3.2 高温拉伸实验结果

3.3.3 拉伸断口分析

3.3.4 纳米压痕硬度及杨氏模量分析

3.4 超级双相不锈钢的热塑性曲线及分析

3.4.1 加热过程拉断时超级双相不锈钢的热塑性

3.4.2 冷却过程拉断时超级双相不锈钢的热塑性

3.4.3 热压缩试验结果与分析

3.5 杂质元素对超级双相不锈钢热塑性的影响

3.6 本章小结

第4章 超级双相不锈钢的热变形行为

4.1 高温流变曲线

4.1.1 不同变形温度条件下的流变曲线

4.1.2 不同变形速率条件下的流变曲线

4.2 热变形方程与Z参数

4.3 热变形应变速率敏感性指数及能量消耗效率

4.4 超级双相不锈钢的热加工图

4.5 不同热变形条件下的显微组织

4.5.1 不同热变形条件下的金相组织观察

4.5.2 TEM分析结果

4.5.3 不同热变形条件下显微组织的XRD分析

4.5.4 不同热变形条件下的纳米压痕硬度及杨氏模量分析

4.6 本章小结

第5章 讨 论

5.1 超级双相不锈钢的显微组织表征

5.2 超级双相不锈钢热塑性的评价

5.2.1 超级双相不锈钢热塑性的特点

5.2.2 热加工工艺对超级双相不锈钢热塑性的影响

5.3 强烈塑性变形对超级双相不锈钢显微组织与性能的影响

5.3.1 强烈塑性变形超级双相不锈钢中铁素体、奥氏体的形态

5.3.2 应变量与硬度之间的关系

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致 谢

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