【摘 要】
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随着电气化铁路技术的发展,传统奥氏体不锈钢材质的张力补偿绳已经不能满足性能需求,双相不锈钢具有较高的强度、耐应力腐蚀和抗疲劳性能,是替换奥氏体不锈钢,制备新型高性能张力补偿绳的良好选材。但目前双相不锈钢普遍存在的有害相析出和变形不协调等问题极大地限制了其在钢绳制造方面的应用与发展。本文设计、制备了一种张力补偿绳专用双相不锈钢,并对该钢的热加工工艺、固溶处理工艺以及冷变形对组织和性能的影响展开试验研
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随着电气化铁路技术的发展,传统奥氏体不锈钢材质的张力补偿绳已经不能满足性能需求,双相不锈钢具有较高的强度、耐应力腐蚀和抗疲劳性能,是替换奥氏体不锈钢,制备新型高性能张力补偿绳的良好选材。但目前双相不锈钢普遍存在的有害相析出和变形不协调等问题极大地限制了其在钢绳制造方面的应用与发展。本文设计、制备了一种张力补偿绳专用双相不锈钢,并对该钢的热加工工艺、固溶处理工艺以及冷变形对组织和性能的影响展开试验研究。设计正交试验,根据软件模拟得到的性能指标对钢的成分进行了优化设计,结果表明最优成分配比为Cr:23wt%,Ni:7wt%,Mo:2wt%,Cu:0.6wt%。通过热压缩试验建立了Cr23Ni7Mo2Cu0.6双相不锈钢热加工峰值应力与流变应力本构模型,能够准确描述变形过程中温度、应变速率及变形量之间的关系,不同应变量下的热加工图表明该钢的最佳热加工工艺窗口为1050℃～1150℃/0.01s-1～1s-1。以温度、时间、冷却方式为变量进行固溶工艺试验,利用金相观察、扫描电镜观察、XRD分析、极化曲线分析等方法研究了三个变量对组织与性能的影响规律。保温时间设为2h时,随着固溶温度的升高,硬度和强度先下降后上升,分别在1020℃和1050℃达到最小值94.4HRB和547MPa,延伸率先升后降,在990℃达到最大值41.5%。固溶温度为960℃时,Cr23Ni7Mo2Cu0.6双相不锈钢在3.5%Na Cl溶液中的自腐蚀电位升高至-0.619V,点蚀电位升高至0.222V,具有最佳的耐腐蚀性能,较高的固溶温度有利于提高组织均匀性。延长固溶时间能显著提高组织均匀性,降低硬度与强度,对延伸率无明显影响。冷却方式宜选择水冷或油冷,空冷和炉冷时σ相析出会使塑性和耐腐蚀性能降低。结合后续变形工序对材料的性能需求特点,确定了张力补偿绳用Cr23Ni7Mo2Cu0.6双相不锈钢的最佳固溶处理工艺为1020℃保温2h后水冷。冷变形试样在1020℃下退火时,铁素体和奥氏体分别发生回复与再结晶,45%与60%变形量下硬度降低至稳定的时间为2～4min,15%和30%变形量时这一时间延长至8～10min。通过慢应变速率拉伸试验考察了冷变形对应力腐蚀敏感性的影响,结果表明,奥氏体在5%Fe Cl3溶液中优先发生腐蚀溶解,条状形态使其能对腐蚀侵入起到导向作用,阻碍了横向裂纹的形成与扩展,增大冷变形量能够降低应力腐蚀敏感性。
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