热轧态高铝304不锈钢组织对力学性能和耐腐蚀性能的作用机制

我们发现,通过调整热轧工艺参数和304不锈钢中Al元素的含量可以调控含Al304不锈钢轧制态组织中奥氏体、铁素体相形貌及晶粒尺寸,从而影响不锈钢的力学性能。图3.16是不同轧制温度,50%轧制变形量不同Al含量304不锈钢的力学性能。从图中看出,1.52wt%Al轧制态304不锈钢的延伸率均高于固溶态一倍以上,从前面的分析可知,一方面,轧制态组织中铁素体、奥氏体两相发生了不同程度的动态回复和动态再结晶,不锈钢晶粒细化、组织均匀,延伸率提高。另一方面,从图中也可看出,含Al304不锈钢轧制态组织中铁素体相内出现了纳米晶使得其成为微米+纳米晶相,并且纳米晶晶粒尺寸细小,不锈钢在拉伸过程中,因为微米晶的存在,铁素体相的变形机制仍以位错滑移为主,纳米晶颗粒对位错起钉扎作用,从而提高不锈钢的塑性。

轧制温度为1200℃时,1.52wt%Al304不锈钢的强度相对于铸造+固溶态也提高了大约40%,从图3.4(d)和图3.6(d)看出,该轧制温度对应的不锈钢组织中,铁素体、奥氏体两相晶粒得到明显细化。不锈钢在拉伸过程中,由于奥氏体、铁素体两相的相界增多,变形协调性不同,两相晶粒内部产生的位错滑移至相界处,产生塞积,阻碍位错的滑移,因此,不锈钢的屈服强度、抗拉强度均大幅提高。

不同轧制温度,50%变形量不同Al含量304不锈钢晶间腐蚀速率。可以看出,与铸造+固溶态相比,热轧+固溶态1.52wt%Al304不锈钢耐蚀性分别下降了约3-5倍和1倍。本实验采用的轧制变形温度均高于其后的固溶处理温度,因此,轧制过程形成的动态回复及动态再结晶组织是不利于其耐蚀性的主要原因。同一金属在电解液中受到电化学溶解,是由于金属表面不同部位具有不同的电位,因此发生微电池作用而受到腐蚀。这种不同电位的来源是由于一系列的电化学不均匀性,这种不均匀性包括金属相、液相及系统的外界条件。而其中金属相的不均匀性是指多相组织、偏析影响、晶粒间界、晶面异向、应力及变形的不均匀性。1.5wt%Al304不锈钢经不同温度轧制后,铁素体内部出现不同程度的亚晶界,亚晶界增加了晶粒相遇时的过渡组织,晶界及晶粒电位的不均匀性加速了晶间腐蚀。从图3.6还可看出,2wt%Al304不锈钢经不同温度轧制后,单位面积内奥氏体/铁素体两相相界增加,相界增加为电极电位不同的奥氏体、铁素体两相间的电化学腐蚀提供了条件,不锈钢耐蚀性下降。同时,轧制过程中常常带来应力及应变的不均匀性,从而产生电位差,变形较大的部分一般为阳极。

2wt%Al304不锈钢随轧制温度的升高,奥氏体相变形趋于均匀,其呈尺寸均匀的状态分布在铁素体基体上,相应的应力及应变不均匀性降低。因此,其晶间腐蚀速率随轧制温度的升高,明显降低。

随轧制变形量的增加,2wt%Al304不锈钢的抗拉强度先升高后降低,这主要与不锈钢在1150+50%轧制变形参数下奥氏体、铁素体均形成细小的晶粒有关。双相钢中晶粒细化导致晶界、相界增加,在拉伸变形过程位错易在相界、晶界处形成塞积,阻碍金属的进一步变形,不锈钢强度上升。与铸造+固溶态相比,2wt%Al轧制+固溶态304不锈钢延伸率提高了大约6倍。这可能与热轧后铁素体、奥氏体两相间取向关系消失,组织分布更均匀有关。

小结

(1)不同轧制温度,50%变形量1.5wt%Al304不锈钢,随轧制温度的升高,铁素体形貌由不连续状逐渐转变为短杆状均匀分散于奥氏体基体中;轧制温度为11001150℃时,铁素体相内有亚结构形成;轧制温度为1200℃时,奥氏体、铁素体相发生动态再结晶晶粒明显细化。

(2)不同轧制温度,50%变形量2wt%Al304不锈钢,随轧制温度的升高,铁素体、奥氏体两相明显细化。轧制温度为1200℃时,组织中奥氏体相最小的尺寸大约长4μm、宽3μm左右;同时,铁素体相内出现晶粒尺寸大约为10-20nm的纳米晶。

(3)相同轧制温度下,Al含量高对应的304不锈钢中奥氏体、铁素体晶粒晶粒尺寸较小。

(4)不同轧制变形量,1100℃轧制温度1.5wt%Al304不锈钢,随变形量增加,长条状铁素体相内亚结构数目逐渐增多,局部区域有再结晶晶粒形成。同时,变形量为70%时,部分铁素体亚结构交汇处有奥氏体相的形成。

(5)不同轧制变形量,1150℃轧制温度2wt%Al304不锈钢中,轧制变形量较小,铁素体相内形成大量亚结构。随变形量增加,铁素体、奥氏体相细化。轧制变形量为70%时,较大的变形量促使两相组织粗化。

(6)1.52wt%Al304热轧态不锈钢对应的组织可使其强度提高或不变的同时,延伸率获得大幅提高,与铸态+固溶态相比,轧制参数1150+50%℃,2wt%Al304不锈钢延伸率提高了6倍。然而,1.52wt%Al304热轧态不锈钢对应的组织使其耐晶间腐蚀性能明显下降。

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|小口径厚壁钢管

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