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00Cr25Ni7Mo4N双相不锈钢综合了铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的优点,具有较好的力学性能,较高的韧性,良好的焊接性,尤其是非凡的抗点蚀性能,是超级双相不锈钢的典型代表。但是,它的热加工性能较差,在热轧热锻过程中容易开裂,严重影响了00Cr25Ni7Mo4N双相不锈钢的生产。国内外关于00Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢的研究主要集中在组织、力学性能、耐腐蚀性能方面,而对影响双相不锈钢热加工性能等方面缺乏系统研究。本文利用真空感应炉熔炼钢液,使用马弗炉、拉伸试验机、冲击试验机、硬度试验机、热膨胀仪、Gleeble高温热模拟机,结合金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜等,分析了添加元素(Cu、Ce、B)对钢组织及性能的影响,探索了金属间相析出的规律及其对钢脆性的影响。
利用拉伸试验机、冲击试验机、硬度试验机、Gleeble高温热模拟机,结合金相显微镜,研究了00Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢的相比例、力学性能和热加工性能。结果表明,钢中氮含量的增加导致奥氏体相区增加;随着固溶温度的升高,铁素体含量增加;在同一固溶温度下,随着氮含量的升高,奥氏体含量增加,钢的强度和硬度增加,韧性降低;当固溶温度在1050~1100℃范围内,随着固溶温度的提高,钢的强度和硬度逐渐下降,延伸率和冲击韧性逐渐增加;当固溶温度在1100~1200℃时,随着固溶温度的提高,钢的强度和硬度则逐渐增加,延伸率和冲击韧性逐渐降低;钢的最佳固溶温度范围为1050~1150℃,最佳固溶温度1100℃;实验温度在1050~1250℃范围内时,试样的变形抗力都比较低,断面收缩率都高于60%,试样的热塑性较好;当应变速率为10/s且温度高于1000℃(尤其是温度高于1150℃),及应变速率为50/s且温度高于1100℃时(尤其是温度高于1150℃),试样的热加工性较好;实验温度的提高和道次的递增对试样软化能力的影响较显著。
利用拉伸试验机、冲击试验机、Gleeble高温热模拟机,结合金相显微镜,讨论了Cu对00Cr25Ni7Mo4N双相不锈钢组织、力学性能、热加工性能的影响。结果表明,Cu是非常弱的奥氏体形成元素,对扩大奥氏体相区没有明显的作用;加入1.5%的Cu,可使钢固溶处理后的强度增加,冲击韧性降低,并降低了900~1100℃温度区间钢的断面收缩率,而在1150~1250℃温度范围含Cu和不含Cu钢的断面收缩率相近,均大于60%,热塑性较好。
利用拉伸试验机、Gleeble高温热模拟机,结合金相显微镜、扫描电镜,分析了稀土Ce对00Cr25Ni7Mo4N双相不锈钢组织、力学性能及热加工性能的影响。结果表明,加稀土Ce使钢的奥氏体含量增加,铁素体含量降低;加入0.047%的Ce,可使固溶处理后钢的屈服强度和抗拉强度显著增加;钢中加入适量稀土Ce使得钢的热加工性能得到明显改善,钢中稀土最佳含量大约为0.030~0.047%,稀土含量为0.047%时钢的热加工性能最好,当稀土含量增到0.062%时,钢中生成呈聚集状态的大块串状稀土夹杂物,且在晶界处产生脆性稀土第二相,导致稀土对改善钢热加工性能的作用开始降低;加稀土Ce提高了钢在热加工过程中的稳定性,降低了热加工过程中的变形抗力,拓宽了热加工的温度范围,从而改善了钢的热加工性能。
利用Gleeble高温热模拟机,结合金相显微镜,探索了B含量对00Cr25Ni7Mo4N双相不锈钢热加工性能的影响。结果表明,钢中加入过量的B(0.0074%)使得钢的断面收缩率明显下降,高温热塑性急剧降低,钢的热加工性能降低;钢中加入适量的B(0.0040%)将改善钢在1100~1250℃时的高温热塑性,提高钢的热加工性能。
利用Formastor-Digital热膨胀仪测定了00Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢的CCT曲线,结合金相法、显微硬度法、X射线衍射法,分析了冷却速率对钢中σ析出相的影响。结果表明,钢热处理或热加工温度应控制在1050℃以上;冷却速率越小,σ相析出量越多,显微硬度也越高;钢在冷却过程中要以大于4800℃/h的冷却速率通过600~1000℃区域,从而避免σ脆性相的析出。
利用Formastor-Digital热膨胀仪测定了钢的CCT曲线,在马弗炉中进行固溶时效处理,结合金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜等,研究了金属间析出相的析出规律及其对钢脆性的影响。结果表明,在500℃或高于1050℃等温时效时,钢中没有金属间相析出,钢的冲击韧性值不变;钢致脆的原因主要是钢中析出相的产生,钢在600℃等温时效后致脆的原因是R相的析出所致,钢在700℃等温时效后致脆的原因是R相和σ相析出所致,且σ相为致脆的主要原因,钢在800、900、1000℃等温时效致脆的原因是σ相的析出所致;σ相优先在α/α/γ的交点处形核,然后沿着α/α晶界长大;随着时效时间的增加,σ相析出的量也增加,钢中σ相含量越高,钢的冲击韧性越差,当钢中σ相含量达到10~15%左右时,将使钢的冲击韧性急剧降低,当钢中σ相含量达到30%左右时,将使钢的冲击韧性降到最低。