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不锈钢无缝管快速退火工艺开发及其相变规律
发布者:不锈钢管厂(www.zjhstg.com) 发布时间:2020/5/6 阅读:294

 不锈钢无缝管的塑性与组织中残余奥氏体的稳定性有直接关系,残余奥氏体稳定性包含两个方面:化学稳定性和机械稳定性。化学稳定性与残余奥氏体中的碳浓度有直接关系,碳浓度越高,其Ms点越低,在室温下就越稳定。由浙江宏盛特钢有限公司研究结果可知,通过适当延长不锈钢无缝管热处理过程中的保温时间,可以增加残余奥氏体中的碳浓度,提高其化学稳定性,从而提高不锈钢无缝管室温条件下的综合性能。残余奥氏体的机械稳定性表示其在变形条件下发生转变的难易程度,与其形状、尺寸、形态及分布有关,也与其周围基体组织相关。通过不同的热处理方法,可以得到具有不同基体组织和不同残余奥氏体形态的不锈钢:铁素体基体的不锈钢中的残余奥氏体为块状,贝氏体基体的TRIP钢中的残余奥氏体为膜状。两种钢在拉伸试验中表现出了不同的性能,在同样的宏观应力应变状态下,处在贝氏体区域的残余奥氏体比处在铁素体区域的残余奥氏体机械稳定性更高。一方面是由于贝氏体强度比铁素体高,使变形不易于传递至残余奥氏体晶粒处;另一方面是处在贝氏体周围的残余奥氏体为膜状,相比块状残余奥氏体,其发生转变时承受的变形量更大。在上一章TRIP钢无缝管的T形件内高压成形研究中,也得到了类似的结果,当大部分处在铁素体晶界处的块状残余奥氏体发生转变时,处在贝氏体区域的残余奥氏体仍然处在较为稳定的状态。根据之前宏盛特钢生产不锈钢无缝管的热处理工艺研究结果可知,通过延长保温时间,使碳原子充分扩散至残余奥氏体中,可以降低铁素体中间隙原子的数量,从而达到消除屈服平台的目的。但随着保温时间的增加,铁素体的晶粒尺寸随之增加,实验钢管的强度也有所降低,抗拉强度在700MPa以下。在不增加合金元素的前提下,提高不锈钢无缝管的强度则要通过细化铁素体晶粒或提高组织中硬相组织的体积分数来实现。
  
  在
双相不锈钢无缝管的开发过程中,由于奥氏体在相变为马氏体时诱发了铁素体内部大量可动位错,消除了不锈钢管在拉伸过程中的屈服平台。由此可见,适当提高不锈钢无缝管最终组织中的马氏体含量,可以提高其强度,并可通过其诱发的可动位错,消除拉伸过程中的屈服平台。但马氏体由于硬度较大,其所在位置易产生应力集中,所以,必须保证马氏体的晶粒尺寸不能过大,边界平滑,防止其成为裂纹源。马氏体含量的增加,会使残余奥氏体的体积分数有所下降,为保证不锈钢管仍具有良好的塑性,则要通过增加贝氏体区域中具有高机械稳定性的残余奥氏体数量,来弥补马氏体量增加带来的塑性损失。在本次浙江宏盛特钢有限公司的研究中,主要针对不锈钢无缝管在冷却过程中贝氏体、残余奥氏体、马氏体三者之间的关系进行展开。在原有不锈钢无缝管热处理工艺的基础上,开发了不锈钢无缝管快速热处理工艺路线,并对该实验钢管在不同的变形量、变形速率等条件下的变形特性进行了研究。

一、快速热处理工艺的制定

  本研究中,采用与之前浙江宏盛特钢有限公司中同样化学成分和尺寸的钢管进行实验,化学成分如表所示,两阶段热处理工艺的制定与传统工艺有所区别,如图所示。在快速热处理工艺中,加热炉和淬火炉均选用外加热式坩埚电阻炉制成的盐浴炉,由于在盐浴炉中钢管直接接触加热介质,故加热速率可达100℃/s,而电阻炉加热则在20℃/S左右。由之前所做研究可知,两相区会随着加热速率的增加而上移,所以在快速热处理工艺中,临界退火温度有所提高。随着退火温度的升高,碳元素的扩散能力增加,可以适当的降低保温时间。为了在最终组织中获得一定的马氏体,将贝氏体区淬火的保温时间缩短,使一部分过冷奥氏体可以在冷却至室温的过程中,转化为马氏体。按照如表所示的实验工艺,研究了快速热处理实验条件下,不锈钢无缝管各相组织的变化规律以及力学性能的变化。临界退火温度设定为830℃,贝氏体区淬火温度设定为400℃,研究内容分为两个方面,一方面为贝氏体区等温淬火时间对实验钢管组织性能的影响,另一方面是临界区退火保温时间对实验钢管组织性能的影响。

二、微观组织观察及力学性能检测

  沿不锈钢管轴向的横截面,取8x8mm的片状试样,经100#-1500#砂纸逐级进行机械研磨,再经水磨抛光,用4%的硝酸酒精溶液(体积分数)腐蚀20秒后吹干,在发射扫描电镜下观察,获得实验不锈钢管微观组织的扫描照片。采用12.5%的高氯酸酒精溶液对试样进行电解抛光后(电压20V,时间20秒),在EBSD探头下,进行面扫描分析。在不锈钢管表面上截取直径为3mm、厚度为50pun的圆形薄片,经TenuPoI-5型电解双喷减薄仪进行双喷,在透射电子显微镜(TEM)下观察残余奥氏体的明场、暗场像,并获得其衍射斑。按照国标GB/T 228-2002,截取管材轴向弧形试样,检测热处理后不锈钢管轴向力学性能,尺寸如图所示。钢管轴向室温力学性能检测是在SANS万能材料试验机上完成的,标距为25mm,拉伸速度为3mm/min。采用与拉伸实验尺寸相同的试样,在万能材料试验机上进行不同变形量的拉伸实验,真应变分别选取了0.02,0.08,0.19,卸载后在均匀变形部位取样,进行EBSD分析。通过以上实验,对不同实验工艺下的钢管的变形特性进行研究。

 

 
 

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