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奧氏體不銹鋼鍛件的再結晶

嘉峪檢測網        2025-04-29 14:38

從工業化生產的0Cr19Ni9N奧氏體不銹鋼大鍛件實物中取樣,研究了粗大原始組織的高溫再結晶。結果表明,通過再結晶可得到細小的均勻組織,形變儲存能越高,再結晶溫度越低,原始組織晶粒越細,再結晶溫度也越低。而且,提高再結晶溫度可顯著加速再結晶,完全再結晶后,其強度下降,塑性增加。

 

一.引言 

 

神經外科手術導航定位系統經過強烈塑性變形的鋼,處于一種亞穩定的高能量狀態,它可以轉變為更穩定的狀態,其轉變方式取決于所采取的熱處理溫度和時間。幾種可能的轉變都是重構式轉變,而且是熱激活的,可以簡單劃分為三個重疊的階段:回復、再結晶和晶粒長大。

 

神經外科手術導航定位系統對于冷變形,在回復過程中釋放了一部分能量,但大部分能量仍然保持著,并作為再結晶的驅動力。影響再結晶的因素除了時間和溫度外,還有合金元素、晶粒大小以及冷變形程度等。

 

目前國內外對冷變形后的再結晶研究較多,對經高溫變形的0Cr19Ni9N 大鍛件熱處理后的再結晶報道較少。由于奧氏體鋼大鍛件的生產需要多次鍛造,每次的加熱溫度較高,容易造成粗晶,如果最后一次的鍛造有一定的變形量,則可在隨后的熱處理過程中通過再結晶來改善組織。研究人員就0Cr19Ni9N奧氏體鋼大鍛件的再結晶進行探討。

 

二.試驗材料和方法

 

冶煉工藝采用真空感應+電渣重熔,試驗用鋼的化學成分見表1。把鋼錠加熱到1180℃,鍛成?600mm×?380mm×1800mm 的筒件?試樣沿切向取自鍛件內外表面間1/2處。

 

三.試驗結果及分析

 

圖1為最后一次鍛造變形量較大( 約23%) 時,其鍛態組織儲存能較高的大鍛件再結晶組織。由圖1a可見,鍛件的原始組織粗大,有少量的碎化晶粒,高溫形變后遺留下的滑移線很多,表明鍛件經受了較大的高溫變形量;經1010℃×40min 固溶處理后(圖1b) ,晶粒尺寸還是較粗大,此階段可能主要發生了回復過程;繼續提高固溶溫度,經1050℃×40min 固溶處理后(圖1c),組織已發生了明顯的再結晶,晶粒明顯細化。

 

再結晶是一個形核長大的過程,再結晶晶核是通過在變形基體中產生一些具有高遷移率的大角度晶界的無應變區而形成。因晶界、第二相等具有的位錯密度高,易形成高儲存能差區,而儲存能差是再結晶形核的驅動力。對經熱加工的奧氏體不銹鋼大鍛件,晶界是優先形核處(圖3c) ,1010℃×2h固溶處理后,大晶粒的晶界出現了再結晶晶粒。    

 

再結晶又是一種與原子擴散有關的熱激活過程。升高固溶溫度,原子擴散能力增強,使再結晶形核率和長大率皆增大,形核率N和長大率G隨溫度的增加服從阿累尼烏斯方程,即式中:

 

Qn和Qg分別為形核激活能和長大激活能;N0、G0為計算常數;R為常數。提高再結晶加熱溫度,可顯著加速再結晶過程 。由圖1可見,從1010℃提高到1050℃固溶再結晶顯著加速。

 

再結晶過程對力學性能的影響見圖2。經1010℃×40min固溶處理后,再結晶發生很少,強度略有下降,塑性略有提高;經1050℃×40min固溶處理后,由于鍛態組織已進行了明顯的再結晶,屈服強度顯著下降,塑性變化不大。

 

如原始晶粒尺寸與圖1相近,但組織中遺留的應變能較少時,其再結晶組織見圖3。由圖3a 可見,鍛件的原始組織粗大,高溫形變后遺留下的滑移線較少,表明鍛件最后一次的高溫變形量沒有圖1大。經1010℃×40min、1050℃×40min 固溶處理后( 圖3b 、c) ,晶粒尺寸還是較粗大,此階段可能主要發生了回復過程,再結晶進行得較少,1010℃×40min 固溶處理后熱變形遺留的滑移線還存在(圖3b) ;繼續提高固溶溫度,經1080℃×40min 固溶處理后( 圖3d) ,已發生明顯再結晶,晶粒明顯細化。

 

對照圖1、3可知,0Cr19Ni9N 奧氏體不銹鋼大鍛件經高溫形變( 鍛造) 后,得到粗大的晶粒組織,由于鍛件高溫熱加工后其室溫組織有一定的形變儲存能,在隨后的固溶處理時會發生再結晶使組織得到細化,而且,原始變形量越大,形變儲存能越高,則形核驅動力越大,可進行再結晶的溫度就越低。神經外科手術導航定位系統

 

類似于圖3的變形量,細化原始晶粒尺寸,其再結晶組織見圖4。經1050℃×40min固溶處理后就發生明顯的再結晶,對照圖3可知,細化晶粒后的再結晶溫度降低了。這是由于原始鍛造組織越細,可供再結晶形核的區域越多,可發生再結晶的溫度就降低。

 

固溶時間對再結晶組織的影響見圖5。在1050℃、1080℃溫度下固溶,40min時僅在原始粗晶粒晶界處有極少量的再結晶發生,繼續延長保溫時間到2h后,完成了大部分再結晶,由圖5e 可見,組織中有一大晶粒,大晶粒內還有晶粒?說明該晶粒不是二次再結晶長大的晶粒;提高固溶溫度到1150℃,保溫40min時再結晶已完成,晶粒大小均勻,但再結晶晶粒較低溫再結晶晶粒大,繼續延長保溫時間,晶粒繼續長大。這說明,原始晶粒粗,降低了再結晶細化晶粒的效率。

 

 

神經外科手術導航定位系統由此可見,再結晶發生的數量是時間的函數,固溶溫度較低時,完全再結晶所需的時間較長,而在固溶溫度較高時,短時間就可完全再結晶,且組織均勻,但晶粒尺寸較大。

 

神經外科手術導航定位系統根據固溶時間對力學性能的影響可知,隨固溶溫度的提高,強度下降,塑性增加。在1080℃固溶,隨固溶時間的延長,強度下降,塑性略有提高;提高固溶溫度到1150℃,由于再結晶已完成,且再結晶晶粒尺寸較大,強度明顯下降,塑性提高。  

 

神經外科手術導航定位系統由再結晶對力學性能的影響可知,由于完全再結晶后的鍛件內部組織的形變強化等強化作用的減弱或消失,強度下降,塑性略有提高。

 

四.結論

 

0Cr19Ni9N 鍛件粗大組織可通過再結晶而細化。形變儲存能越高,再結晶溫度越低。原始組織晶粒越細,再結晶溫度越低。提高再結晶溫度可顯著加速再結晶。完全再結晶后強度下降,塑性增加。

 

 

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來源:鋼鐵研究總院

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