中鉻鐵素體不銹鋼組織、織構(gòu)與性能演變機(jī)理研究.pdf

1、從中國不銹鋼高速發(fā)展的態(tài)勢及鎳資源極為匱乏的現(xiàn)狀來看，研究、開發(fā)并推廣應(yīng)用高性能節(jié)鎳型鐵素體不銹鋼以替代部分鉻鎳系奧氏體不銹鋼是保證中國不銹鋼產(chǎn)業(yè)持續(xù)、良性發(fā)展的一個(gè)非常緊迫和重要的方向。目前，超純中鉻鐵素體不銹鋼已在廚具、家電、汽車、建筑、裝飾和化工等領(lǐng)域得到廣闊應(yīng)用，并在諸多應(yīng)用領(lǐng)域已取代部分奧氏體不銹鋼。但其在使用中仍面臨有:(r)值相對較低、表面起皺嚴(yán)重且易于形成“呂德斯帶”等導(dǎo)致的成形性能及表面質(zhì)量尚需改善和韌脆轉(zhuǎn)變溫度高、室

2、溫及低溫韌性差等一些亟待解決的關(guān)鍵問題。針對以上問題，本文圍繞超純中鉻鐵素體不銹鋼的熱變形行為、織構(gòu)演變規(guī)律、析出相對再結(jié)晶織構(gòu)的作用機(jī)制、析出相對屈服行為的影響機(jī)理及韌脆轉(zhuǎn)變機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文的主要工作和研究成果如下：
　　(1)分析了超純中鉻鐵素體不銹鋼的熱變形行為，明確了熱變形過程中的顯微組織演變特征及析出行為變化規(guī)律。通過引入變形程度的補(bǔ)償，修正了熱變形流變應(yīng)力本構(gòu)方程。結(jié)果表明，超純中鉻鐵素體不銹鋼的熱變形軟化機(jī)制與

3、變形溫度密切相關(guān)。在較高變形溫度下，發(fā)生有連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶但流變應(yīng)力并未降低;在較低變形溫度下，僅僅發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)并未有新晶粒的形成。隨著變形溫度的降低及變形程度的增加，熱變形組織細(xì)化。對于添加Ti、V的超純中鉻鐵素體不銹鋼，熱變形過程中形成的析出相以TiC為主。并隨著變形溫度的降低，析出相尺寸更加細(xì)小且分布更加彌散。
　　(2)明確了超純中鉻鐵素體不銹鋼沿厚度方向各層織構(gòu)的演變規(guī)律，揭示了熱軋工藝對織構(gòu)演變及成形性能的影響規(guī)律，闡明

4、了γ-纖維再結(jié)晶織構(gòu)的形成機(jī)制。在熱軋板，表層以剪切織構(gòu)組分為主;半厚度及中心層以α和γ-纖維織構(gòu)為主，這歸因于熱軋過程中各層不同的應(yīng)力狀態(tài)。熱軋退火后，表層仍以剪切織構(gòu)組分為主;半厚度及中心層以α或γ-纖維織構(gòu)為主。冷軋后，{110）剪切織構(gòu)組分轉(zhuǎn)向α和γ-纖維組分，各層均以α和γ-纖維織構(gòu)為主。最終，退火后各層均以γ-纖維再結(jié)晶織構(gòu)為主。
　　通過調(diào)整熱軋工藝，實(shí)現(xiàn)了織構(gòu)演變規(guī)律的控制，尤其在半厚度和中心層。傳統(tǒng)工藝

5、條件下，熱軋板及相應(yīng)退火板的半厚度及中心層均以較強(qiáng)的α-纖維織構(gòu)為主。冷軋后仍以較強(qiáng)的α-纖維織構(gòu)為主，并伴有較弱的主要組分集中在{111}<110>的γ-纖維織構(gòu)，最終得到不均勻γ-纖維再結(jié)晶織構(gòu)。“溫軋”工藝條件下，熱軋板半厚度及中心層以弱化的α-纖維織構(gòu)及強(qiáng)化的γ-纖維織構(gòu)為主，導(dǎo)致形成以{111}<112>為主要組分的熱軋退火織構(gòu)。冷軋后α-纖維織構(gòu)和主要組分集中在{111}<112>的γ-纖維織構(gòu)均得到強(qiáng)化，最終得到均勻γ-纖

6、維再結(jié)晶織構(gòu)，從而改善冷軋退火板的成形性能。結(jié)果表明，傳統(tǒng)工藝條件下超純中鉻鐵素體不銹鋼γ-纖維再結(jié)晶織構(gòu)的形成是由“取向形核”機(jī)制決定，而“溫軋”工藝條件下是“取向形核”機(jī)制和“選擇性生長”機(jī)制共同作用的結(jié)果。
　　(3)基于超純中鉻鐵素體不銹鋼析出相特征的控制，分析了析出相對再結(jié)晶行為及成形性能的影響規(guī)律，澄清了析出相對再結(jié)晶織構(gòu)的作用機(jī)制。熱軋過程中形成的不同析出相尺寸及分布可經(jīng)冷軋及退火后遺傳至冷軋退火板。細(xì)小、彌散的析出

7、相通過釘扎位錯(cuò)，抑制小角度晶界的形成和亞晶的長大，不利于再結(jié)晶晶核的形成;有助于隨機(jī)取向晶粒的形核，不利于γ-纖維取向再結(jié)晶晶核的形成;阻礙晶界遷移，不利于再結(jié)晶晶粒的長大及吞并周圍再結(jié)晶晶粒，最終弱化γ-纖維再結(jié)晶織構(gòu)，惡化冷軋退火板的成形性能。與之相反，析出相粗大且稀疏的冷軋退火板具有相對強(qiáng)化的γ-纖維再結(jié)晶織構(gòu)。熱軋過程中形成的析出相的促進(jìn)隨機(jī)取向晶粒形核作用和釘扎作用是控制超純中鉻鐵素體不銹鋼再結(jié)晶織構(gòu)的重要因素。
　　(

8、4)揭示了超純中鉻鐵素體不銹鋼的屈服行為、析出相及加工工藝三者之間的聯(lián)系，闡述了析出相對冷軋退火板屈服行為的影響機(jī)理。采用950℃退火處理后緩冷至室溫時(shí)，冷軋退火板在拉伸過程中存在大約2％的呂德斯應(yīng)變;采用950℃退火處理后750℃保溫并快冷至室溫時(shí)，發(fā)生連續(xù)屈服。經(jīng)TEM觀察發(fā)現(xiàn)，對于前者，晶粒內(nèi)部及晶界附近存在Nb(C，N)及粗大Laves相(Fe，Cr)2Nb;對于后者，Nb(C，N)形成于晶粒內(nèi)部及晶界上且并未發(fā)現(xiàn)(Fe，Cr)

9、2Nb。在退火過程中Laves相的形成促使細(xì)小Nb(C，N)周圍Nb的缺乏，從而導(dǎo)致Nb(C，N)溶解，釋放間隙原子，形成Cottrell氣團(tuán)。
　　(5)研究了形變孿晶與超純中鉻鐵素體不銹鋼韌脆轉(zhuǎn)變行為間關(guān)系，提出了超純中鉻鐵素體不銹鋼韌脆轉(zhuǎn)變機(jī)制，揭示了軋制工藝對低溫韌性的影響規(guī)律。較高含量的Cr和Mo、相對較低的溫度及較高的應(yīng)變速率將促使超純中鉻鐵素體不銹鋼在沖擊過程中形成孿生系為{112}<111>的形變孿晶。在沖擊斷裂過