通過調整熱變形和熱處理工藝參數，系統(tǒng)研究了含0.52%氮的Cr-Mn-Mo-N高氮奧氏體不銹鋼管的顯微組織與力學性能的關系。研究表明，析出氮化物對高氮奧氏體不銹鋼管塑性的破壞高于殘留鐵素體，熱變形組織對材料的影響大于殘留。鐵氧體。高氮不銹鋼管在1000~1050e溫度范圍內軋制并冷卻至室溫后的組織為單一奧氏體，具有優(yōu)良的強度和韌性。采用合理的熱變形工藝，可直接軋制而無需后續(xù)熱處理，屈服強度、抗拉強度、加工硬化率比固溶態(tài)高，屈強比低，延伸率基本不變. 氮奧氏體不銹鋼管。
高氮奧氏體不銹鋼管優(yōu)異的力學性能、結構穩(wěn)定性和耐腐蝕性能使其成為一種具有非常廣闊應用前景的新型鋼[1-2]。由于這類不銹鋼管加工硬化率高，通過適當的冷加工可以滿足不同強度等級的要求[3-4]。目前，對含氮高氮奧氏體不銹鋼管的冷變形行為進行了很多研究[5-7]。熱處理具有材料成形和組織調整的雙重功能，組織形態(tài)對材料性能有顯著影響。因此，通過調整鍛造、軋制等熱變形加工工藝來控制材料的組織結構對最終性能影響很大[8-9]。本文通過研究熱處理技術與材料的組織和力學性能之間的關系，為高氮奧氏體不銹鋼管的工業(yè)化生產和應用提供了有益的理論基礎。
1 實驗方法
采用氮氣保護感應熔煉和氮氣保護電渣重熔熔煉高氮奧氏體不銹鋼管試材，將鑄錠鍛造成多片（長@寬@厚）200mm@70mm@40mm鍛坯。取樣分析化學成分（質量分數，%）為：C:0.04、Cr:18.57、Mn:15.56、Mo:2.46、N:0.52。鍛坯在1200e加熱2小時后，改變終軋溫度和冷卻方式，將鍛坯熱軋成12mm厚的板，鍛坯的實際軋制工藝如表1所示。
使用Leica MEF4A 數顯光學顯微鏡觀察軋制板縱剖面的金相組織。材料5進行1100e/(2h)固溶熱處理，編號為HT。 5種工藝條件下沿厚板熱軋方向切割的狗骨型拉伸試樣，試樣平行截面尺寸為（長@寬@厚）:24mm@4mm@2mm，標距為20mm，拉伸試驗由SCHENCK進行，采用-100kN電液伺服拉伸試驗機進行，拉伸速度為1mm/min。在拉伸試驗過程中，同時記錄試樣的載荷-位移曲線，并測試屈服強度（Rp0.2）、拉伸強度（Rm）和伸長率（A）。計算荷載-位移曲線，得到工程應力-應變曲線。拉伸試驗后，使用S-3400 掃描電子顯微鏡(SEM) 觀察拉伸破壞。
2 實驗結果與討論
2.1 熱變形過程與材料結構的關系
圖1為高氮鋼實驗材料在各種工藝條件下的金相組織。從圖中可以看出，精加工溫度和冷卻方式對材料的室溫結構影響很大。 1號鋼具有少量帶狀鐵素體組織，奧氏體晶粒充分再結晶，孿晶精度很低（圖1（a））。 3號鋼由于精加工溫度高，再結晶進行得快，雖然基本上是奧氏體等軸晶，但由于軋后水冷，阻止了再結晶的繼續(xù)，導致孿晶精度高（圖1（b）） ）。 ）。 4號鋼具有未完全再結晶的奧氏體組織，奧氏體晶粒形狀很不規(guī)則，晶粒內部孿晶精度很高（圖1（c））。 5號鋼具有明顯的帶狀鐵素體組織（圖1（d））。固溶熱處理后，晶粒明顯粗化，組織為單一奧氏體（圖1（e））。
對比圖1 不同軋制工藝參數得到的不同顯微組織，可以看出隨著終軋溫度的降低，顯微組織的變形特性更加明顯，因為實驗材料在熱變形過程中不能完全再結晶. 可以。文獻報道，高氮奧氏體不銹鋼管等堆垛缺陷能低的材料在熱變形過程中的恢復過程較慢，材料內部的應變儲存能量通過再結晶釋放。這也是圖1中存在孿生和滑移變形特性的主要原因。
2.2 熱變形過程對材料性能的影響
實驗鋼經過各種熱變形工藝和固溶熱處理后的力學性能見如圖2，1100e/(2h)固溶熱處理后的實驗鋼用空心符號標出。從圖中可以看出，五種工藝試驗鋼的屈服強度均在500 MPa以上，延伸率均在55%以上，說明試驗鋼表現出優(yōu)異的綜合力學性能。試驗鋼的強度隨著終軋溫度的降低而增加，延伸率隨著終軋溫度的降低而變化。 1號鋼的強度和伸長率最低，隨著終軋溫度的降低，試驗鋼的強度呈線性增加，伸長率顯著下降。固溶熱處理實驗鋼的強度明顯低于熱軋鋼，但塑性非常高，延伸率達到72%。 3號鋼的屈服強度為560MPa，延伸率達到70%，固溶熱處理實驗鋼的屈服屈服比均為0.6，1050e終軋制得的材料具有優(yōu)良的強度和韌性。無花果。結合1的顯微組織與熱變形過程關系的實驗結果可以看出，5號鋼的低延伸率與帶狀鐵素體組織和未完全再結晶的變形組織有關。 1號鋼的低延伸率應該與能帶結構和氮化物析出有關。這是因為高氮奧氏體不銹鋼管材在退火時會形成Cr2N析出相，熱變形促進氮化物析出[11]。因此，1號鋼的低延伸率與少量Cr2N氮化物析出有關。圖3是不同織構材料的拉伸破壞掃描圖，可以看出幾種實驗鋼都是凹坑斷裂。對比圖中的斷裂模式，可以看出，1號鋼斷裂處的凹坑比3號、4號和5號鋼的凹坑小得多，而且淺得多。對于韌性材料，每個凹坑通常對應一個裂紋源，說明1號鋼的裂紋源較多。但1號鋼試樣斷口未發(fā)現Cr2N氮化物顆粒，說明該類氮化物沒有生長，用掃描電鏡很難發(fā)現。但是可以看出，3號、4號、5號鋼的凹坑隨著凹坑越來越深、越來越寬，塑性非常好。根據圖1，比較1號鋼和5號鋼的力學性能，可以看出高氮奧氏體不銹鋼管中氮化物的析出是1號鋼塑性低的主要原因鋼。鋼，其余的熱變形組織是5號鋼強度高的主要原因。 3號鋼具有單一的奧氏體組織，具有足夠的再結晶性能，因此在強度與1號鋼基本相同時，塑性大大提高。 No.4強度為單一奧氏體組織，但應變組織沒有被有效去除，孿晶密度高，因此強度高于No.1和No.3鋼，但塑性降低。在5號鋼中，在奧氏體晶粒中可以看到明顯的滑移、孿晶等變形性能，因此強度大大提高。
固溶熱處理后，完全再結晶完全消除了熱應變結構，降低了材料強度，增加了塑性。同時，對比圖1不同工藝條件下的顯微組織，可以明顯看出固溶熱處理后的奧氏體晶粒明顯粗于熱軋狀態(tài)，導致材料強度下降，可塑性。由于兩者的綜合作用，材料經過固溶熱處理后強度大大降低，塑性略高于3號鋼。表2顯示了試驗鋼的加工硬化率。
使用實際應變曲線和西蒙斯[6]提出的方法，利用實際應力和實際應變計算公式[12])計算實驗材料的實際應力，得到線性部分（真實應變值在0.04和0.04之間） )收縮發(fā)生)面積)進行線性回歸分析，材料的加工硬化率見表2。熱變形后，水冷材料（No.3、No.4、No.5）具有較高的加工硬化率，而熱變形后的空冷（No.1）或固溶熱處理（HT）降低了加工硬化率能力。的材料。
3 結論
通過選擇合理的熱變形工藝參數，可以直接軋制出比固溶火具有更高屈服強度、抗拉強度和加工硬化率的高氮奧氏體不銹鋼，塑性和固溶火基本相同，無需后續(xù)熱處理。高氮奧氏體不銹鋼管中析出的氮化物對塑性的破壞比殘留鐵素體大，熱變形組織對材料的影響比殘留鐵素體大?？刂撇牧现幸怨倘苄问酱嬖诘牡?，控制組織為單一奧氏體，細化奧氏體晶粒是高氮奧氏體不銹鋼管通過熱加工工藝獲得優(yōu)異強度和韌性的關鍵。