固溶温度对316LN不锈钢组织及力学性能的影响

2019-12-07 21:57:53

  浙江至德钢业有限公司用金相显微镜、SEM、拉伸、冲击试验机等研究了固溶温度对316LN不锈钢组织及力学性能的影响。结果表明,固溶温度对316LN不锈钢影响显著,随固溶温度升高晶粒尺寸增大,强度降低,塑性保持相对稳定,抗冲击性能提高,且冲击断口均显示为颜色灰暗的塑性韧窝形貌,经1050℃固溶处理后的强塑性匹配较好,抗冲击性能优良,晶粒度达到7级以上。


316LN不锈钢(00Cr17Ni14Mo2N)属于美国20世纪70年代AISI300奥氏体不锈钢系列产品。它是经典的18-8(Cr-Ni)不锈钢成分改型合金,是为改善耐腐蚀性能而发展的一种Cr-Ni-Mo型超低碳不锈钢。因其优良的耐海水腐蚀、耐晶间腐蚀性能和高温力学性能,被广泛用于管道、换热器、高温螺栓的制造和医用材料,是目前应用较广泛的奥氏体不锈钢。奥氏体钢的固溶处理目的是使热轧过程中析出的碳化物等第二相在高温下固溶于奥氏体中,通过固溶温度的调整,对钢的晶粒度进行控制,调整钢的性能,对材料的质量有着相当重要的意义。因此,确定合理的固溶温度对316LN不锈钢的生产和应用至关重要。浙江至德钢业有限公司就不同固溶温度的316LN不锈钢进行试验研究,通过对组织、力学性能及冲击断口的分析,探究了固溶温度的变化对组织和力学性能的影响规律,为改善316LN不锈钢性能、生产及应用提供依据。


一、试验材料和方法


试验用钢为真空感应炉熔炼,经锻造及热轧成宽110mm、厚12mm的板材,其主要化学成分如表所示。将316LN不锈钢热轧板材分别在950、1000、1050、1100和1150℃温度下进行固溶处理,保温40min水冷后,按照GB/T6394—2002《金属平均晶粒度测定法》直线截点法评取试验材料的平均晶粒尺寸。按照GB/T228.1—2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》测量试验材料室温拉伸性能,按照GB/T229—2007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》测量试验材料的室温冲击性能。


二、试验结果及分析


 2.1 显微组织


    利用中国科仪金相分析软件测量316LN不锈钢的晶粒尺寸,并进行线性拟合,结果如图所示。图为316LN不锈钢热轧态和不同固溶温度处理后的金相照片。固溶温度对316LN不锈钢的晶粒尺寸影响显著。随固溶温度升高晶粒尺寸增大且趋势逐渐增加,晶粒尺寸随固溶温度的变化关系与拟合方程吻合。


  316LN不锈钢的晶粒尺寸由950℃固溶处理时的15.61μm增大为1150℃时的45.9μm。固溶温度对晶粒尺寸影响主要是由于温度升高提供给原子的激活能增大,原子扩散速度增加,晶界迁移速度提高,晶粒尺寸增大变快。其次,晶界处存在着增大晶界面积,提高界面能的析出物,其对晶界迁移起阻碍作用,随固溶温度升高,晶界析出物逐渐溶解于基体中,提高了晶粒的长大速度。图为316LN不锈钢热轧后空冷的显微组织,为不同温度固溶处理后的显微组织。可以看出,热轧态316LN不锈钢为典型的部分再结晶组织,固溶处理后,随着固溶温度的升高,晶粒逐渐长大。温度低于1000℃时,晶粒尺寸比较均匀,且随温度升高增大的幅度较小,当温度高于1000℃后晶粒长大速度提高。316LN不锈钢晶粒中存在着轻微混晶现象,而材料由于成分不均,加热温度不均及各部位的塑性加工程度不一致等原因都可促使其发生。晶粒尺寸对316LN不锈钢性能影响非常大,晶粒粗大的材料在成型时会发生破裂、表面粗糙等现象,在生产中应根据实际使用要求选择合适的固溶温度。


2.2 拉伸性能


   316LN不锈钢经不同固溶温度处理后,其强度与塑性的变化规律见图。抗拉强度和屈服强度都随固溶温度的升高而减小,当温度高于1100℃后,强度减小趋势减缓。在950℃固溶处理时抗拉强度达到最大值673MPa,屈服强度达到最大值384MPa。在1150℃时抗拉强度达到最小值629.5MPa,屈服强度达到最小值302.5MPa。上述现象主要是因为热轧态的316LN不锈钢经热变形后其内部储存能高,随固溶温度升高回复、再结晶更充分、奥氏体组织更稳定且晶粒快速长大共同作用导致强度减小。同时由于固溶温度升高,组织中的析出物逐渐分解固溶到奥氏体中,使得材料的强度增大。316LN不锈钢随固溶温度升高软化程度始终大于强化程度,所以强度出现上述减小现象。经过固溶处理后加工硬化的现象消失,材料组织得到了软化,温度越高,软化程度越大。


   316LN不锈钢随固溶温度增加塑性增大程度较弱,伸长率及断面收缩率分别在48%~50.5%和77%~80%范围内保持相对稳定,316LN不锈钢经不同温度固溶处理后均具有优良的塑性变形能力。发生上述现象主要是因为固溶温度的升高,提高了原子的活性,使其扩散越容易进行,增加了组织均匀化程度,且316LN不锈钢中析出物的溶解效果越好,所得到的奥氏体组织越稳定,其塑性越好。如果固溶温度过高会造成晶粒快速长大,晶粒过大则会导致变形过程中晶粒之间协调性差,损害材料塑性,因此在生产中应选择适合的固溶温度。


至德微信.jpg

联系

Contact

浙江至德钢业有限公司

公司地址:浙江省丽水市松阳县工业园永宁路320号

电子信箱:myzhide@126.com

电话:0577-28850550

传真:0577-28909778

联系人: 13967076667 刘经理(微信同号)

采用大厂坯料