8461808_赵洁_双相不锈钢热变形行为及组织演变机理研究_双相不锈钢热变形行为及组织演变机理研究0413.pdf

双相不锈钢热变形行为及组织演变机理研究 摘要 双相不锈钢(Duplex Stainless Steel ，简称DSS)是现代发展最快性价比最优的一 类不锈钢，高合金含量的 2507 和资源节约型的 2101 是双相不锈钢最为典型的两 个代表钢种。尽管两者的合金含量以及各项性能指标差异很大，但由于共同具有奥 氏体和铁素体两相共存的组织特点，使其在热变形过程中都会出现两相变形抗力 不一致、热塑性差、表面开裂及组织变形不均匀等质量问题，对双相不锈钢板材的 产品质量和后续材料的深加工产生严重影响。因此，开展双相不锈钢这两个典型钢 种温度-应力-应变多场耦合条件下热塑性及组织演变等问题的基础理论研究与实 验分析工作，建立高温变形过程中的相关预测模型和加工图，为合金成分设计及热 加工工艺优化提供理论依据，具有重要的学术研究意义和实用价值。 本文的研究试料取自工业化生产的2507 和 2101 双相不锈钢连铸坯，采用 Gleeble-3800 热模拟试验机获得了热变形温度为 950 ～1200℃(2507 试验钢)和 1000～1150℃(2101 试验钢)/应变速率为 0.01～10 s-1 条件下两种试验钢热压缩的 真应力-真应变曲线，研究各自的加工硬化效应与动态软化行为，并建立了对应的 本构方程；借助光学电镜观察分析不同变形过程中的微观组织演化情况，掌握了不 同变形参数对两种试验钢的动态软化影响规律，通过扫描电镜分析比较不同变形 温度下的断口形貌，明确了两种试验钢高温拉伸的断裂机制；基于动态材料模型， 构建了两种双相不锈钢的热加工图，通过对安全区域和失稳区域两相组织特点的 分析，推荐确定出两个钢种的最佳热加工工艺区间。得到的主要结果如下： 1. 当应变速率一定时，流变应力与变形温度成反比；而当变形温度一定时，流 变应力与应变速率呈正比；两种双相不锈钢在高应变速率下(10 s-1) ，流变曲线均出 现“类屈服平台”，即均发生二次硬化。 2. 对2507 双相不锈钢，在1050℃随应变速率的升高，奥氏体的动态再结晶减 少，晶粒逐渐增大；在低应变速率条件下(0.01 s-1) ，均为动态再结晶的软化机制， 在1100℃左右组织较均匀，温度过高则不利于动态再结晶的发生。对2 101 不锈钢 而言，在 1000℃随应变速率的升高，铁素体和奥氏体的动态回复减少，晶粒逐渐 减小；在低应变速率条件下(0.01 s-1) ，只有变形温度为1050℃时，软化机制为动态 再结晶型，其余均为动态回复型；结合金相组织可知，2101 在高温低应变速率 -1 （1150℃，0.01s ）条件下，奥氏体比例显著减少，铁素体的动态回复更充分。 3. 两种双相不锈钢的高温拉伸强度均随变形温度的升高而下降，热塑性则增加。 2507 双相钢的高温抗拉强度明显高于2101 试验钢的抗拉强度；拉伸断口的扫描结 果表明，2507 试验钢在 1050-1100℃范围内试验钢的热塑性较好；2 101 试验钢在 1000-1100℃范围内试验钢的热塑性较好。而温度高于1150℃，两种钢的断口均发 生局部熔断。 4. 采用 Arrhenius 本构模型分别建立了两种双相不锈钢的峰值应力本构方程： 2507 双相不锈钢： ̇ = 3.69 × 1015 [ℎ(0.0101)]4.18 (−414571) 2101 双相不锈钢： ̇ = 4.94 × 1017 [ℎ(0.0121)]4.95 (−601953) 5. 基于动态材料模型，构建了两种双相不锈钢的热加工图。通过分析不同变形 条件下不同区域的微观组织，确定出功率耗散值η 大于30%且组织变形均匀的最 佳热加工区域为： 2507 优化的工艺区间为：1060-1120℃，应变速率为0.01-0.1