热处理对不锈钢管00Cr18Ni10N组织和性能的影响

通过对新型奥氏体不锈钢管00Cr18Ni10N的热处理工艺试验研究了不同固溶温度冷却方式和保温时间对其组织性能的影响结果表明随着固溶温度的升高00Cr18Ni10N钢晶粒变大力学性能降低塑性提高随着保温时间的延长拉伸强度屈服强度和硬度都有所降低断后伸长率略有提高冲击韧性和断面收缩率变化并不显著。虽然冷却方式对其力学性能和晶粒大小的影响并不是很明显但在1050淬火采用水冷可以到达更好的综合性能。因此00Cr18Ni10N钢采用1050固溶保温1h后水冷的热处理工艺具有良好的组织和强韧性配合

奥氏体不锈钢管不锈钢管的重要组成部分产量约占不锈钢管总产量的65%70%。由于它具有优良的耐腐蚀性较好的力学性能和加工性能广泛应用在各个领域。随着工业应用环境更加苛刻传统奥氏体不锈钢管面临晶间腐蚀问题不锈钢管晶间腐蚀是由于在一定受热条件下沿晶界析出Cr3C6碳化进而引起晶界区域贫铬所致因而将钢中的碳含量降至溶解度极限以下C<0.03%是解决此问题的有效途径。随着冶金工业新技术的发展发展的00Cr18Ni10N等超低碳奥氏体不锈钢管,因为较低C含量避免了晶间腐蚀现象的发生,其耐晶间腐蚀性能好在不同温度和浓度的各种强腐蚀介质中均有良好的耐蚀性冷变形深冲压切削性可焊性都很好在航空领域的系统部件上得到了应用

奥氏体不锈钢管的成分变形方式和热处理工艺等都会对微观组织比如亚结构晶粒尺寸产生影响进而影响其力学性能关于传统奥氏体不锈钢如304316不锈钢板带材的微观组织和力学性能的研究比较多。研究表明固溶温度与合金中第二相的溶解以及溶解时扩散的速度密切相关合适的固溶温度不仅可以使第二相得到充分的溶解而且可以加快难溶相的扩散速度。温度低扩散速度小达到相同的固溶效果需要的时间就越长。但温度过高晶粒之间相互吞并晶粒容易变得粗大从而降低材料的力学性能。奥氏体不锈钢管通过10501150的固溶处理可以让碳化物溶于奥氏体中然后采用水淬快冷将奥氏体保持到室温下从而提高不锈钢管的抗晶间腐蚀性能00Cr18Ni10N超低碳奥氏体具有较低的C含量采用传统奥氏体不锈钢管的固溶处理工艺由于间隙原子C的减少会弱化固溶强化效果[7]。因此研究超低碳不锈钢管热处理工艺对其组织与力学性能影响的演化规律并在此基础上通过合理的工艺处理使不锈钢管具有高强度与塑性的良好配合具有重要意义

本文采用超低碳奥氏体不锈钢管00Cr18Ni10N作为实验材料通过研究不同固溶温度保温时间和冷却方式对该钢的力学性能和组织的影响规律得到最优的热处理工艺方案使其获得最佳的综合力学性能

1试验材料与方法

1.1试验材料

试验材料为00Cr18Ni10N其化学成分见表1。试验试件是从改锻后的30的棒材毛坯上获得。力学性能测试所用拉伸和冲击试样见图12。试样经粗加工后进行不同工艺热处理热处理后精加工最后完成力学性能测试

1.2试验方法

力学试样分别选取950980100010301050110012007个温度保温1h再分别在每个温度进行水冷和空冷两种冷却方式来比较不同固溶温度和不同冷却方式对力学性能和组织的影响。然后在10001050采用5个不同的保温时间进行水淬分别为103060120240min比较保温时间对其力学性能和组织的影响

1.3试验设备

固溶处理在台车式电阻加热炉RF2-110-12/FD中进行,将试样在Instron1196试验机上进行拉伸试验,试样直径为10mm标距长度为50mmJB230B冲击试验机上进行冲击试验冲击为夏比U型缺口试样载荷为15N采用A-200型硬度测量仪测量试样的布氏硬度HB压头为硬质合金球直径为2.5mm载荷砝码为187.5kg。利用Leica DM LM型显微镜观察晶粒度

2试验结果与分析

2.1固溶温度和冷却方式对钢力学性能和组织的影响

3给出了不同温度淬火对钢的拉伸强度σb屈服强度σ0.2冲击韧性Aku和硬度HB的影响。结果表明σbσ0.2HB均随着固溶温度升高而降低Aku先随着固溶温度升高而增加980后随着温度的升高而降低。同时断面收缩率δ和断后伸长率ψ均稍有提高。图4给出了不同温度淬火后的晶粒大小可以看出随着固溶温度升高碳化物越来越多地溶解进入奥氏体晶粒变得粗大从而影响了其上述力学性能。根Hall-Petch公式

σy=σo+κyd1/2

其中σy为屈服或者时弹性极限应力σo为真实流动应力kHall-Petch系数d为晶粒尺寸。晶粒越细晶界越多位错运动过程中受到的阻滞就越多因此强度越高[9-10]。提高固溶温度能加速奥氏体的形成和均匀化过程但同时增大了碳化氮化物和碳氮化物在基体中的溶解度提高了奥氏体的稳定性淬火后钢中的残余奥氏体数量就增多从而降低了抗拉强度屈服强度冲击韧性和硬度但提高了其塑性[11]。在1050淬火使钢达到了最佳强韧性能配合。从图4还可以看出水冷和空冷两种冷却方式对其力学性能和晶粒大小的影响并不是很明显。但在1050淬火采用水冷可以到达更好的综合性能

2.2保温时间对钢力学性能的影响

从上述固溶温度中,选取10001050作为实验温度对试样分别进行103060120240min保温然后水淬。从图5可以看出10001050固溶处理随着保温时间的延长拉伸强度屈服强度和硬度都有所降低断后伸长率略有提高冲击韧性和断面收缩率变化较为平缓。固溶处理保温1h该钢的综合性能较好具有好的强度和塑性配合而且1050淬火与1000淬火比较,力学性能指标相对较低,塑性指标较好

这也验证了前面得出的随着固溶温度升高力学性能下降塑性提高的变化规律。保温时间不够长时碳化物溶解不充分和奥氏体均匀化程度降低淬火后得不到均质的淬火组织使钢热处理后的力学性能降低保温时间过长,虽然得到碳化物的充分溶解和奥氏体的均匀化但会导致脱碳和奥氏体的晶粒长大且使淬火后钢中含有较多的残余奥氏体。由此可知奥氏体形成时碳化物溶解的程度和奥氏体中成分的均匀程度对奥氏体不锈钢管热处理后组织与性能的影响非常大

3结论

本文通过对新型奥氏体不锈钢管00Cr18Ni10N不同热处理工艺的试验研究了不同固溶温度冷却方式和保温时间对其组织性能的影响得到结论如下

1)随着固溶温度的升高00Cr18Ni10N钢晶粒变大力学性能降低塑性提高

2)在1050保温1h水冷热处理工艺下00Cr18Ni10N钢具有良好的强韧性综合性能(σb=607MPaσ0.2=283MPaAku=423JHB=158δ=53.4%ψ=82.9%)。

3)固溶温度比保温时间和冷却方式对00Cr18Ni10N钢的力学性能和组织影响更加明显

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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