雙相不銹鋼2304和2205熱加工工藝分析

張葉威

摘要：雙相不銹鋼2304和2205熱加工工藝的特征是在溫度范圍1000到1200°c和應(yīng)變率從0.1至5每秒中進(jìn)行扭轉(zhuǎn)拉伸試驗(yàn)。流量曲線達(dá)到峰值后并朝著穩(wěn)態(tài)方向下降，這樣能實(shí)現(xiàn)高溫和低應(yīng)變率。最大應(yīng)力通過(guò)一個(gè)阿累尼斯的雙曲正弦結(jié)構(gòu)方程，分別得到536和406 kJ/mol的激活能。在光學(xué)顯微下觀察顯示，細(xì)長(zhǎng)的奧氏體區(qū)在鐵素體基體中隨著溫度的升高體積分?jǐn)?shù)在增大。奧氏體相變的更細(xì)直到延伸率被破壞的這一現(xiàn)象對(duì)雙相形式在此溫度下進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：雙相不銹鋼2304和2205熱加工工藝

雙重不銹鋼含有20%的鉻合金、3-10%鎳、0.5-7.5%鉬和0-3%銅，由30-70%的鐵素體，其余為奧氏體所組成。鋼在凝固過(guò)程中是由δ鐵素體或α鐵素體和v奧氏體相的晶界處（國(guó)標(biāo)）從1400和200°C之間進(jìn)行冷卻。含碳量保持在0.04%以下，淬火合金溫度在1050℃以上，避免碳化物析出。這也可以避免其他不良的金屬間化合物相的形式，例如。相。氮?dú)獾脑黾樱ㄟ^(guò)氬氣和氧氣聯(lián)合脫碳，在較高溫度下這也是更快速的形成奧氏體穩(wěn)定數(shù)量的原因；他也具有穩(wěn)定和加強(qiáng)的奧氏體相。此外，氮緩慢降低了金屬問(wèn)化合物相的形成。兩相的存在（奧氏體和鐵素體）對(duì)于雙鋼的結(jié)構(gòu)在室溫條件下提供了較高的強(qiáng)度和良好的成型性，在惡劣的環(huán)境下具有良好的焊接性能和很高的耐腐蝕性[1、2、7、8]。隨著鉻一鉬的組成最高級(jí)的抗氯化物腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂的雙相不銹鋼被廣泛的應(yīng)用在石油、天然氣和石油化工工業(yè)當(dāng)中[1、2、7]。

α鐵素體的熱加工性，（體心立方品格結(jié)構(gòu)為交滑移）比奧氏體更好。鐵素體比v相和特殊破壞應(yīng)力，εf，無(wú)論在純鐵上升到910°C還是在Fe-Cr或者Fe-Si合金上升到更高的溫度都具有較低流動(dòng)應(yīng)力。這些性能產(chǎn)生鐵素體的能力到發(fā)生動(dòng)態(tài)恢復(fù)（DRV）經(jīng)過(guò)變形導(dǎo)致較高的產(chǎn)生位錯(cuò)的比例破壞（9-17）。剩余錯(cuò)位多邊形在亞晶粒中有較大的直徑，較低內(nèi)部的位錯(cuò)中和簡(jiǎn)單數(shù)組的墻作為溫度升高或應(yīng)變率降低。亞晶粒大小建立動(dòng)態(tài)平衡（在等軸的拉伸晶粒）產(chǎn)生上升到穩(wěn)定的變形條件（ε>ε，S σ不變）[18-23]。晶界間開裂（國(guó)標(biāo)）在鐵素體相是延遲的因?yàn)樵谄方玳g滑動(dòng)并且滿足流動(dòng)性。

另一方面，奧氏體（面心立方伴隨著滑移能量）受到僅僅局限于DRV熱變形過(guò)程。經(jīng)過(guò)多次加工，奧氏體通常通過(guò)靜態(tài)再結(jié)晶（SRX）和國(guó)標(biāo)來(lái)移動(dòng)抑制開裂[26，34-37]。在900到1200°C隨著兩相有較好加工性，雙相不銹鋼可能會(huì)顯示出相似的特征。

般情況下，雙相結(jié)構(gòu)的熱加工性比任何相都要高，因?yàn)樵诓煌辔恢g有這相互滑動(dòng)制約，泰勒因素和變形具有不同的滑動(dòng)系統(tǒng)。在工業(yè)上，眾所周知的是分離6相得到鑄鐵奧氏體不銹鋼[17，30，31，38-41]或者在鑄態(tài)鐵素體鋼提煉出了較均勻流動(dòng)應(yīng)力的勻質(zhì)鋼[12-14，17，38]。然而，相比之下均勻鑄鋼的延展性明顯降低容易開裂，因?yàn)樗鄦?wèn)的鐵素體和奧氏體界面的應(yīng)變濃度大。同時(shí)，相間區(qū)域的應(yīng)力集中，多余的應(yīng)變分配到較軟的相可能有助于加強(qiáng)和發(fā)展[42-47]。此外，在非常窄的遷移相晶界是不能延緩這些接口開裂。據(jù)認(rèn)為，該雙面延展性是由于兩個(gè)相DRV軟化和內(nèi)部應(yīng)力集中而引起的。

這項(xiàng)工作主要是研究雙相不銹鋼的熱工作行為，例如23045132205熱加工工藝的溫度范圍在1000到1200d°C之問(wèn)，應(yīng)變率從0.5到5每秒進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。從應(yīng)力應(yīng)變特性中，通過(guò)基本方程推導(dǎo)出應(yīng)力的最大值。延展性的條件在溫度和應(yīng)變率中進(jìn)行了研究。在不同的熱加工條件后通過(guò)透射電子顯微鏡（TEM）觀察進(jìn)行研究?jī)上鄪W氏體和鐵素體的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)。相在變形材料中的分布的演化是利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察。經(jīng)過(guò)多次軋制工藝通過(guò)靜態(tài)軟化的作用進(jìn)行了闡述。

目前的結(jié)果可以得出2304和2205雙相不銹鋼熱加工工藝的以下結(jié)論：

1.應(yīng)力應(yīng)變特性表現(xiàn)出應(yīng)力峰值朝著斷裂方向的應(yīng)力逐漸下降，除了在低溫下斷裂發(fā)生在那里的早起變形。作為在觀察奧氏體鋼中，流量曲線沒(méi)有表現(xiàn)出快速的工作軟化和經(jīng)典的DRX的壓力震蕩（在低的ε）。

2.熱變形的激活能，據(jù)估計(jì)2304號(hào)鋼為536KJ/mol，2205號(hào)鋼為407KJ/mol，反應(yīng)了在雙相結(jié)構(gòu)中塑性變形的基本機(jī)制的復(fù)雜性。Qhw值比304的不銹鋼的要高，這是由于溫度的升高α相在減少。

3.該微觀結(jié)構(gòu)中奧氏體和鐵素體區(qū)域的大小，形狀和局部分?jǐn)?shù)的條件是異構(gòu)的。熱變形機(jī)制通過(guò)奧氏體和鐵素體之問(wèn)的根本區(qū)別反映了不同位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)的發(fā)展。鐵素體經(jīng)過(guò)了動(dòng)態(tài)恢復(fù)（DRV）應(yīng)變和溫度的全部范圍；因此，他的亞結(jié)構(gòu)是由良好的恢復(fù)亞結(jié)晶組成。正相反，作為觀察2205號(hào)鋼在高溫和高ε中，奧氏體是一個(gè)發(fā)生高密度不規(guī)則的錯(cuò)位網(wǎng)絡(luò)可能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。在2304號(hào)鋼的奧氏體相中把過(guò)早斷裂的情況歸因于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。

4.熱加工性2304雙相鋼的強(qiáng)度比2205鋼的要低。2304號(hào)鋼達(dá)到1200℃和0.1每秒顯示出最大等效應(yīng)變?yōu)?.2。這種材料的韌性低通過(guò)穿透α相區(qū)在低應(yīng)變下導(dǎo)致式樣的斷裂是由于在鐵素體和奧氏體品界處深度裂紋行核導(dǎo)致的?？偟膩?lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)炎熱的變形操作，雙相鋼的機(jī)械性能的差異是在體積分?jǐn)?shù)上第二相影響了變化，分布，大小和形狀，也可能加強(qiáng)溶質(zhì)對(duì)鉬的效果和DRV的有效過(guò)程。在連續(xù)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中，延展性的增加限伴隨著溫度的升高是由于無(wú)法對(duì)無(wú)論是DRV還是DRX來(lái)抑制相開裂除非通過(guò)減少應(yīng)力集中。溫度升高增加了更有韌性的鐵素體的體積分?jǐn)?shù)和減少了相區(qū)問(wèn)。應(yīng)變速率的降低能提高DRV對(duì)應(yīng)力集中的降低并且對(duì)相率沒(méi)有影響。

5.在多次變形試驗(yàn)中，靜態(tài)恢復(fù)被發(fā)現(xiàn)無(wú)論是鐵素體還是奧氏體，但作為溫度和增加，靜態(tài)再結(jié)晶行核導(dǎo)致奧氏體相的流動(dòng)應(yīng)力降低。然而，靜態(tài)恢復(fù)過(guò)程只能適應(yīng)提高雙相鋼的熱加工性這主要是意味著減少內(nèi)部應(yīng)力集中。一般來(lái)說(shuō)，由于大大抑制再結(jié)晶，在相晶界中破裂成核是不耽誤觀察單相鋼。