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增氮降镍对316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴高温拉伸性能的影响

来源:至德钢业 日期:2021-08-26 22:25:18 人气:68

 浙江至德钢业有限公司利用Gleeble-1500D热模拟机对不同成分316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴分别在950、1000、1050、1100℃以0.05s的应变速率下进行高温拉伸试验,通过分析试验曲线、断口形貌、变形区以及未变形区组织,研究增氮降镍对316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴高温拉伸性能的影响。结果表明,增氮降镍使单位截面的杂质偏聚数量上升,恶化了试验钢的断口形貌,从而降低了钢材的热塑性,断面收缩率平均下降了37.5%;增氮降镍使钢材的抗拉强度平均提高了42.5%。


 316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴是继304f88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴之后广泛应用的18-8f88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴中的一种,其特点是在钢中额外添加了耐腐蚀性能的钼元素。该类钢具有良好的综合性能,因此在医用品、食品、石油、化工、海洋等领域都有广泛的使用。但由于镍资源匮乏,成本较高,所以在保证性能的前提下,降低奥氏体大发888娱乐场2020官方网站pkufli8.21中镍元素的含量,是目前工业生产的主要发展方向。研究发现:氮是强烈的奥氏体形成元素,具有稳定奥氏体组织的作用;可以提高奥氏体大发888娱乐场2020官方网站pkufli8.21的强度以及耐腐蚀性。因此对低镍Cr-Mn-Ni-N大发888娱乐场2020官方网站pkufli8.21、高氮无镍Cr-Mn-N资源节约型大发888娱乐场2020官方网站pkufli8.21已经开展了研究。至德钢业在316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴化学成分的基础上增加氮元素并降低镍元素的含量,利用Gleeble-1500D热模拟机对试验用钢进行高温拉伸试验,通过分析其抗拉强度、断面收缩率、断口形貌、变形区和未变形区的组织,研究增氮降镍对试验钢高温力学性能的影响。


一、试验材料与方法


 试验用316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴在30 kg真空感应炉内冶炼,通过常压充氮以及二次布料加入氮化物的方式控制试验钢成分,其化学成分如表所示。将试验钢锭加热到1200℃,保温2小时,待钢锭温度均匀后,用400kg空气锤锻造成25 mm×25 mm方坯,开锻温度为1150~1160℃,终锻温度≥930℃,冷却方式为空冷。然后对锻后的试验钢进行1100℃保温1小时的固溶处理,并快速冷却以减少碳化物、氮化物及碳氮化合物等析出。将固溶处理后的试验用钢用钼丝切割机加工成6 mm×106 mm的圆柱,在Gleeble-1500D热模拟试验机上进行高温拉伸试验。试样以20℃/s的加热速率加热至1150℃,保温2 min以消除加热不均匀引起的温度梯度,再以10℃/s的速率分别降温至1100、1050、1000、950℃,最后以0.05 s的应变速率进行拉伸直至断裂。


二、试验结果与分析


1. 高温拉伸性能


  图为316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴的高温热塑性曲线,由图可知,1号试样在950、1000、1050℃拉伸时随着温度的提高断面收缩率提高,分别为47%、50%、59%,在1100℃时,1号试样的断面收缩率达到57%,比1050℃时略有降低;2号试样在950、1000、1050、1100℃时随着温度的提高断面收缩率也提高。在相同的温度下比较1号、2号试样发现2号试样的断面收缩率均低于1号试样,增氮降镍降低了试验钢的热塑性。从图2中还可以发现,在950、1000、1050、1100℃时,随着拉伸温度的上升试验钢的抗拉强度逐渐下降;2号试样4个测试点温度的抗拉强度均高于1号试样,在950℃时2号试样抗拉强度为209 MPa,比1号试样152 MPa增加57 MPa,增幅较大。具体试验数据见表2。氮原子半径比铁原子小,固溶在基体中能够产生很大的畸变能,致使系统的能量升高,同时聚集在晶界上的氮化物占据了晶界中的畸变区,阻碍了晶界的滑动,晶界裂纹不易形成,所以通过固溶强化和晶界强化可以提高试验钢的强度。氮元素可以增大奥氏体晶粒的尺寸,使晶界相对面积减小,单位面积杂质元素偏聚量上升,不利于316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴的高温热塑性。另一方面,镍元素也有提高强度、改善韧性的作用,但程度远不及氮元素对试验钢的影响。通过计算得到2号试验钢相比1号试验钢分别在950、1000、1050、1100℃时断面收缩率和抗拉强度的变化值,然后再对4个温度下断面收缩率和抗拉强度的变化值求平均值,得到增氮降镍后强度平均提高了42.5%,断面收缩率平均下降了37.5%。


2. 断口形貌和显微组织


  图为316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴在1000、1100℃下高温拉伸变形后的断口形貌。从图中可以看出,1号、2号316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴断口类型以微孔聚集型为主。1号试验用316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴高温拉伸断口在1000℃时的韧窝大小均匀,1100℃时韧窝变得大而深,撕裂变形明显,塑性提高。从2号试验钢高温拉伸断口上可见,断面撕裂程度不如1号试验钢,大韧窝附近的小韧窝变得细小,并在大韧窝间出现微量无明显塑性变形的延伸区。通常材料的韧窝大而深说明塑性越好,所以1号试验钢的塑性较好。试验钢在1100℃时的韧窝数量及尺寸均高于1000℃,是因为温度越高,原子之间变得活跃,有利于改善高温热塑性。图为试验钢在1100℃高温拉伸变形区和未变形区的显微组织。从图中可以看出1号试验钢和2号试验钢均为单一的奥氏体组织。高温拉伸时,裂纹优先在夹杂和晶界薄弱处形成,并沿着塑性延伸方向扩展、聚集,当变形达到一定程度后,形成长条线状裂纹,致使试样断裂。在1100℃高温拉伸试验后,1号试验钢比2号试验钢未变形区组织细小,晶界面积相应增大,单位晶界面积上偏聚的杂质原子数量相应减少,所以提高了试验钢的热塑性。变形区奥氏体晶粒均沿拉伸方向变形,1号试验钢变形程度大于2号试验钢。


3. 断口夹杂


  图为316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴在1000℃断口夹杂物的扫描形貌及能谱图。观察图发现,夹杂物均出现于韧窝底部,尺寸在3μm以下,以颗粒状弥散分布。1号试样中,夹杂物主要为硫的金属化合物,本试样中含有较多的锰元素,故夹杂物以硫锰化合物为主;2号试样中,主要以氮化铬、氧化铬为主,有少量硫锰化合物存在。2号试样的夹杂物数量高于1号试样,是因为固氮元素铬容易与氮结合生成氮化铬夹杂,氮化物优先偏聚在晶界处。


三、结论


1. 在950~1100℃温度范围内,试验钢随着温度的升高,断面收缩率逐渐提高,随着温度的升高,抗拉强度逐渐下降;增氮降镍后试验钢的断面收缩率平均下降了37.5%,抗拉强度平均提高了42.5%。


2. 增氮降镍使奥氏体晶粒尺寸增加,单位面积杂质偏聚增多,恶化了试验钢的断口显微形貌,降低了钢材的热塑性。


3. 增氮降镍的316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴夹杂物主要以氮化铬、氧化铬为主,有少量硫锰化合物存在。


4. 在1050℃时,增氮降镍不显著损害316Lf88娱乐2悉尼俱乐部合作伙伴的热塑性,同时表现出优异的热强性。


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