Cr-Mn-Ni-Cu-N奧氏體不銹鋼熱變形行為及熱加工圖.pdf

1、Cr15Mn9Cu2Ni1N屬于200系奧氏體不銹鋼，主要以錳、氮元素來部分取代合金元素鎳，從而獲得全奧氏體組織，它以優(yōu)異的力學(xué)性能及較低的成本廣泛地被應(yīng)用于各個領(lǐng)域。通過熱加工工藝控制奧氏體不銹鋼的再結(jié)晶組織，從而獲得優(yōu)異的性能，這在熱加工過程中顯得尤為重要。在工廠實際生產(chǎn)中，熱軋是生產(chǎn)Cr15Mn9Cu2Ni1N奧氏體不銹鋼帶材的關(guān)鍵工序。由于這種鋼的化學(xué)成分與常規(guī)的鉻鎳系奧氏體不銹鋼存在較大的差異，熱加工性能表現(xiàn)出極大的不同，人們

2、對這種鋼的熱加工特性還未認(rèn)識清楚。熱軋加工過程的工藝制度還不夠完善，在熱軋生產(chǎn)過程中產(chǎn)品容易產(chǎn)生缺陷，如邊裂、表面裂紋等，嚴(yán)重影響到產(chǎn)品的成型性。通常熱加工圖能很好地解決這些問題，故通過熱加工圖來研究Cr15Mn9Cu2Ni1N奧氏體不銹鋼的高溫變形特性，具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。 本文在Thermorestor—W熱/力模擬試驗機(jī)上，采用恒溫恒應(yīng)變速率壓縮試驗方法，通過不同變形條件（T：950℃～1200℃，ε：0．01s

3、-1～2．5s-1）下的真應(yīng)力—真應(yīng)變曲線和熱變形顯微組織，研究了Cr15Mn9Cu2Ni1N奧氏體不銹鋼的熱變形行為及熱加工性能。基于動態(tài)材料模型理論（DMM），構(gòu)造出不同應(yīng)變量下的熱加工圖。結(jié)合高溫變形組織，對熱加工圖進(jìn)行綜合分析，從而有效地將熱加工過程中不同熱變形條件下的微觀機(jī)制明確揭示出來，清楚地給出優(yōu)化的熱加工工藝參數(shù)，為工藝制定的一般原則和可行工藝參數(shù)范圍的選擇提供了理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下： 1．在高溫壓縮時，C

4、r15Mn9Cu2Ni1N奧氏體不銹鋼的流變應(yīng)力受變形溫度和應(yīng)變速率的影響顯著，隨著變形溫度的升高和應(yīng)變速率的降低，流變應(yīng)力減小。流變應(yīng)力曲線有動態(tài)回復(fù)型和動態(tài)再結(jié)晶型兩種。氮作為間隙固溶原子，具有顯著的固溶強(qiáng)化效果，在變形溫度小于1150℃時，氮含量的增加導(dǎo)致流變應(yīng)力增大，而變形溫度大于1150℃，這種影響不是很顯著。 2．通過回歸分析方法得到Cr15Mn9Cu2Ni1N奧氏體不銹鋼的熱變形激活能，低氮時為490．79kJ/m

5、ol，高氮時為464．22kJ/mol。較高的錳含量使得這種鋼的熱變形激活能高于傳統(tǒng)鉻鎳系不銹鋼。氮對熱變形激活能也有影響，氮含量增加321ppm使得激活能降低了26．27kJ/mol。由真應(yīng)力—應(yīng)變曲線計算出的材料常數(shù)，得出它們各自的熱變形本構(gòu)方程。 3．在同一應(yīng)變速率下，隨著變形溫度的升高，Cr15Mn9Cu2Ni1N奧氏體不銹鋼的顯微組織經(jīng)歷了動態(tài)回復(fù)—部分動態(tài)再結(jié)晶—完全動態(tài)再結(jié)晶的組織演變規(guī)律。氮含量較低時，再結(jié)晶晶粒

6、尺寸受應(yīng)變速率的影響較小，但組織形態(tài)有變化，在0．01s-1的應(yīng)變速率下奧氏體晶界多為曲線狀，而在2．5s-1的應(yīng)變速率下直線狀的奧氏體晶界較多。氮含量較高時，隨著變形溫度的升高和應(yīng)變速率的降低，再結(jié)晶程度逐漸增大，變形溫度在1150℃以上時發(fā)生完全動態(tài)再結(jié)晶，而變形溫度相同時，再結(jié)晶晶粒尺寸隨應(yīng)變速率的增大而減小。 4．由兩種不同氮含量的Cr15Mn9Cu2Ni1N奧氏體不銹鋼的熱加工圖分析，得出“安全”熱加工區(qū)域隨著氮含量的

7、增加而有所擴(kuò)大。當(dāng)?shù)枯^低時，隨著應(yīng)變量的增加，能量耗散效率因子變化較小，且分布和變化趨勢大致相同，但流變失穩(wěn)區(qū)域隨應(yīng)變量的增加而逐漸減少。優(yōu)先選擇的熱加工參數(shù)為：變形溫度為1170℃～1200℃，應(yīng)變速率為0．1s-1～2．5s-1，該區(qū)域為完全動態(tài)再結(jié)晶區(qū)。當(dāng)?shù)枯^高時，流變失穩(wěn)區(qū)域隨應(yīng)變量的增加從高溫區(qū)向低溫區(qū)移動，表明安全熱加工區(qū)域隨應(yīng)變量的增大而擴(kuò)大。適合熱加工的工藝參數(shù)范圍為：變形溫度為1100℃～1200℃，應(yīng)變速率為