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    不銹鋼無縫管快速退火工藝開發及其相變規律
    發布者:不銹鋼管廠(www.wuhansk.cn) 發布時間:2020/5/6 閱讀:281

     不銹鋼無縫管的塑性與組織中殘余奧氏體的穩定性有直接關系,殘余奧氏體穩定性包含兩個方面:化學穩定性和機械穩定性;瘜W穩定性與殘余奧氏體中的碳濃度有直接關系,碳濃度越高,其Ms點越低,在室溫下就越穩定。由浙江宏盛特鋼有限公司研究結果可知,通過適當延長不銹鋼無縫管熱處理過程中的保溫時間,可以增加殘余奧氏體中的碳濃度,提高其化學穩定性,從而提高不銹鋼無縫管室溫條件下的綜合性能。殘余奧氏體的機械穩定性表示其在變形條件下發生轉變的難易程度,與其形狀、尺寸、形態及分布有關,也與其周圍基體組織相關。通過不同的熱處理方法,可以得到具有不同基體組織和不同殘余奧氏體形態的不銹鋼:鐵素體基體的不銹鋼中的殘余奧氏體為塊狀,貝氏體基體的TRIP鋼中的殘余奧氏體為膜狀。兩種鋼在拉伸試驗中表現出了不同的性能,在同樣的宏觀應力應變狀態下,處在貝氏體區域的殘余奧氏體比處在鐵素體區域的殘余奧氏體機械穩定性更高。一方面是由于貝氏體強度比鐵素體高,使變形不易于傳遞至殘余奧氏體晶粒處;另一方面是處在貝氏體周圍的殘余奧氏體為膜狀,相比塊狀殘余奧氏體,其發生轉變時承受的變形量更大。在上一章TRIP鋼無縫管的T形件內高壓成形研究中,也得到了類似的結果,當大部分處在鐵素體晶界處的塊狀殘余奧氏體發生轉變時,處在貝氏體區域的殘余奧氏體仍然處在較為穩定的狀態。根據之前宏盛特鋼生產不銹鋼無縫管的熱處理工藝研究結果可知,通過延長保溫時間,使碳原子充分擴散至殘余奧氏體中,可以降低鐵素體中間隙原子的數量,從而達到消除屈服平臺的目的。但隨著保溫時間的增加,鐵素體的晶粒尺寸隨之增加,實驗鋼管的強度也有所降低,抗拉強度在700MPa以下。在不增加合金元素的前提下,提高不銹鋼無縫管的強度則要通過細化鐵素體晶;蛱岣呓M織中硬相組織的體積分數來實現。
      
      在
    雙相不銹鋼無縫管的開發過程中,由于奧氏體在相變為馬氏體時誘發了鐵素體內部大量可動位錯,消除了不銹鋼管在拉伸過程中的屈服平臺。由此可見,適當提高不銹鋼無縫管最終組織中的馬氏體含量,可以提高其強度,并可通過其誘發的可動位錯,消除拉伸過程中的屈服平臺。但馬氏體由于硬度較大,其所在位置易產生應力集中,所以,必須保證馬氏體的晶粒尺寸不能過大,邊界平滑,防止其成為裂紋源。馬氏體含量的增加,會使殘余奧氏體的體積分數有所下降,為保證不銹鋼管仍具有良好的塑性,則要通過增加貝氏體區域中具有高機械穩定性的殘余奧氏體數量,來彌補馬氏體量增加帶來的塑性損失。在本次浙江宏盛特鋼有限公司的研究中,主要針對不銹鋼無縫管在冷卻過程中貝氏體、殘余奧氏體、馬氏體三者之間的關系進行展開。在原有不銹鋼無縫管熱處理工藝的基礎上,開發了不銹鋼無縫管快速熱處理工藝路線,并對該實驗鋼管在不同的變形量、變形速率等條件下的變形特性進行了研究。

    一、快速熱處理工藝的制定

      本研究中,采用與之前浙江宏盛特鋼有限公司中同樣化學成分和尺寸的鋼管進行實驗,化學成分如表所示,兩階段熱處理工藝的制定與傳統工藝有所區別,如圖所示。在快速熱處理工藝中,加熱爐和淬火爐均選用外加熱式坩堝電阻爐制成的鹽浴爐,由于在鹽浴爐中鋼管直接接觸加熱介質,故加熱速率可達100℃/s,而電阻爐加熱則在20℃/S左右。由之前所做研究可知,兩相區會隨著加熱速率的增加而上移,所以在快速熱處理工藝中,臨界退火溫度有所提高。隨著退火溫度的升高,碳元素的擴散能力增加,可以適當的降低保溫時間。為了在最終組織中獲得一定的馬氏體,將貝氏體區淬火的保溫時間縮短,使一部分過冷奧氏體可以在冷卻至室溫的過程中,轉化為馬氏體。按照如表所示的實驗工藝,研究了快速熱處理實驗條件下,不銹鋼無縫管各相組織的變化規律以及力學性能的變化。臨界退火溫度設定為830℃,貝氏體區淬火溫度設定為400℃,研究內容分為兩個方面,一方面為貝氏體區等溫淬火時間對實驗鋼管組織性能的影響,另一方面是臨界區退火保溫時間對實驗鋼管組織性能的影響。

    二、微觀組織觀察及力學性能檢測

      沿不銹鋼管軸向的橫截面,取8x8mm的片狀試樣,經100#-1500#砂紙逐級進行機械研磨,再經水磨拋光,用4%的硝酸酒精溶液(體積分數)腐蝕20秒后吹干,在發射掃描電鏡下觀察,獲得實驗不銹鋼管微觀組織的掃描照片。采用12.5%的高氯酸酒精溶液對試樣進行電解拋光后(電壓20V,時間20秒),在EBSD探頭下,進行面掃描分析。在不銹鋼管表面上截取直徑為3mm、厚度為50pun的圓形薄片,經TenuPoI-5型電解雙噴減薄儀進行雙噴,在透射電子顯微鏡(TEM)下觀察殘余奧氏體的明場、暗場像,并獲得其衍射斑。按照國標GB/T 228-2002,截取管材軸向弧形試樣,檢測熱處理后不銹鋼管軸向力學性能,尺寸如圖所示。鋼管軸向室溫力學性能檢測是在SANS萬能材料試驗機上完成的,標距為25mm,拉伸速度為3mm/min。采用與拉伸實驗尺寸相同的試樣,在萬能材料試驗機上進行不同變形量的拉伸實驗,真應變分別選取了0.02,0.08,0.19,卸載后在均勻變形部位取樣,進行EBSD分析。通過以上實驗,對不同實驗工藝下的鋼管的變形特性進行研究。

     

     
     

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