316LN不銹鋼熱處理組織與性能研究.pdf

1、本文的研究對象為核電用316LN奧氏體不銹鋼,使用的試驗及分析設(shè)備包括金相顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、萬能力學(xué)試驗機、Gleeble-3500熱模擬試驗機和箱式電阻爐等,研究內(nèi)容有:(1)不同初始晶粒組織狀態(tài)的316LN不銹鋼在不同溫度和時間下進行固溶后的金相組織變化情況,晶粒的長大形式和規(guī)律,以及力學(xué)性能變化情況;(2)固溶后不同冷卻速率對析出相的影響情況,以及固溶后在不同溫度和時間下進行時效對析出相的影響情況;(3)不同冷變形程度下

2、,固溶處理后晶粒組織的變化情況。
　　在固溶實驗部分,對Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類三種不同初始晶粒組織狀態(tài)的316LN不銹鋼進行了研究,其中Ⅰ類試樣組織不均勻,Ⅱ類試樣晶粒組織均勻,但晶粒尺寸較大,Ⅲ類晶粒組織非常均勻且細(xì)小。
　　當(dāng)Ⅰ類試樣在1000℃進行固溶處理時,隨著保溫時間的延長,晶粒按異常長大方式進行生長,少數(shù)超大晶粒被細(xì)小晶粒圍繞。在固溶時間達(dá)到720min之后,平均晶粒尺寸為90.8μm,晶粒長大的平均尺寸與時間幾乎呈線

3、性關(guān)系。
　　當(dāng)Ⅰ類試樣在1050℃進行固溶處理時,隨著保溫時間的延長,晶粒的長大方式為正常長大,所有晶粒的尺寸都比較接近。在保溫120min范圍內(nèi),晶粒長大速率很快,隨后逐漸變慢。在保溫720min后的平均晶粒尺寸為187.0μm。晶粒的長大規(guī)律滿足 Beck方程,得到平均晶粒尺寸與保溫時間的關(guān)系式為D1050=12.90t0.2518。
　　將Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類試樣都在1100℃進行固溶處理時,隨著保溫時間的延長,晶粒都按

4、正常長大方式生長,Ⅰ類試樣的長大速率最快,Ⅱ類試樣居中,而Ⅲ類試樣最小,原始晶粒越細(xì)小,晶粒越不易長大。在保溫180min范圍內(nèi),晶粒長大速率很快,然后逐漸變慢,在保溫720min后的平均晶粒尺寸分別為355.2μm、323.7μm和240.8μm,晶粒的長大規(guī)律滿足Beck方程,得到平均晶粒尺寸與保溫時間的關(guān)系式分別為DⅠ類=23.36t0.2569, DⅡ類=26.73t0.2313, DⅢ類=29.78t0.0.1901。另外,對

5、比Ⅰ類試樣在三個溫度下的長大速率,可發(fā)現(xiàn)固溶溫度越高,晶粒長大速率越快。
　　通過三類試樣在1100℃固溶不同時間后的力學(xué)性能測試可以發(fā)現(xiàn),Ⅰ類試樣在固溶180min之前,抗拉強度、屈服強度、延伸率和斷面收縮率都比較穩(wěn)定,只在小范圍內(nèi)波動。當(dāng)固溶時間超過180min之后,則迅速降低,直到360min之后,才趨于平緩。Ⅱ類試樣和Ⅲ類試樣的抗拉強度和屈服強度則總體上維持平緩的下降趨勢;延伸率和斷面收縮率都呈現(xiàn)出先升高再降低的趨勢,在1

6、80min時達(dá)到最大值。通過拉伸斷口形貌觀察,可以發(fā)現(xiàn)所有的試樣都呈良好的塑性斷裂,試樣斷口可觀察到明顯的纖維區(qū)和剪切唇區(qū)。
　　將316LN不銹鋼固溶后按不同冷卻速率冷卻后發(fā)現(xiàn),當(dāng)冷卻速率低于12℃/min時,用vilella試劑腐蝕后部分晶界出現(xiàn)腐蝕凹坑,說明晶界耐蝕性開始下降;當(dāng)冷卻速率降低至0.5℃/min時,腐蝕后可以觀察到明顯的第二相顆粒,通過EDS檢測可以發(fā)現(xiàn)這些顆粒都富含Cr元素和(或)Mo元素。
　　對31

7、6LN不銹鋼分別在500℃、600℃、700℃和800℃下進行時效可以發(fā)現(xiàn),隨著時效溫度的升高,析出相產(chǎn)生的時間迅速縮短。在500℃時效50h后觀察不到析出相的出現(xiàn),在600℃時效25h后就可以觀察到析出相,而在700℃和800℃則分別時效4h后就可以觀察到析出相,這些析出相中都富含 Cr元素和(或)Mo元素。
　　通過對316LN不銹鋼進行室溫壓縮變形可以觀察到,隨著變形量的增加,先在晶界上出現(xiàn)滑移帶,然后逐漸在孿晶界上也出現(xiàn)滑