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热处理对等通道挤压后奥氏体不锈钢组织与性能的影响


   

热处理对等通道挤压后奥氏体不锈钢组织与性能的影响
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龚志华 ,王宝峰 ,杨   ,刘正东 ,王立民 钢 ( 1. 钢铁研究总院 结构材料所 ,北京  100081; 2. 内蒙古科技大学 ,内蒙古 包头  014010 ) 摘要 : 对等通道挤压后的奥氏体不锈钢进行 500 ℃~1000 ℃ 退

火处理 。结果表明 ,经 2 道次 800 ℃ 退火处理后 ,材 μ μ 料的 σb 提高 15% ,σ012提高 103% ,组织晶粒细化至 5 m ~15 m ,而且在此温度下有较强热稳定性 ,同时当真应 变达到 8 时 ,不锈钢的再结晶温度不发生变化 。 关键词 : 等通道挤压 ; 不锈钢 ; 退火处理 ; 组织与性能 中图分类号 : TG15612; TG142171    文献标识码 : A    文章编号 : 0254 2 6051( 2005) 07 2 0064 2 04
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Effect of Hea t Trea tm en t on M icrostructure and Property of ECAP Processed Austen itic Sta in less Steel
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作者简介 : 龚志华 ( 1979108 —) , 男 , 湖北随州人 , 硕士生 , 主要 从事塑 性 方 法 制 备 纳 米 金 属 材 料 的 研 究 。联 系 电 话 : 010 2 62182760, 13514895141  E2 mail: gzh_2001@1631 com 基金项目 : 国家科技部 863 计划 (2002AA302501) 收稿日期 : 2004 2 2 12 28

   ( 3 ) 铸铁的硬度随残留奥氏体含量的减少而增 加 ,当残留奥氏体含量为 10%左右时 , 硬度达到最大 , 继续降低残留奥氏体含量 ,铸铁硬度下降 。 ( 4 )采用亚临界热处理后 , 铸铁的耐磨料磨损性 能与铸铁组织中残留奥氏体含量密切相关 , 在本试验 中两种铸铁的残留奥氏体含量为 10%左右时均获得 最佳的耐磨性 。残留奥氏体含量低于 10% 时 , 由于 ( Fe, Cr) 23 C6 发生向 M3 C 型碳化物的原位转变 , 相应 的组织转变为珠光体组织 ,导致耐磨性急剧下降 。
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GONG Zhi2hua ,WANG Bao 2feng , YANG Gang , L I Zheng2dong ,WANG L i2 in U m ( 11Central Iron and Steel Research Institute, B eijing 100081, China; 21 Inner Mongolia University of Science and Technology, B aotou Inner Mongolia 014010, China ) Abstract: ECAP p rocessed austenitic stainless steel was annealed at 500 ~ 1000 ℃ The results show that after tw ice . μ μ ECAP and annealing at 800 ℃,σb increases by 15% ,σ012 increases by 103% , and grain size is fined to 5 m ~15 m , all of which have high stability under this temperature. A t the same tim e, when the true 2stress reaches 8, the recrystal tem 2 perature of the austenitic stainless steel w ill not be changed. Key words: equal channel angular p ress ( ECAP ) ; stainless steel; annealing; m icrostructure and p roperty

1  引言

近年来具有超细晶粒 ( UFG) 材料的制备及其性
[ 1, 2 ]

能的研究受到了广泛重视 , 在各种材料的强化手 段中 ,只有组织细化方法可在提高强度的同时改善或

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wear resistance of alloy white iron [ J ]. W ear, 1997, 203 2

不降低韧性 。 ECAP能将金属的晶粒尺寸细化至纳米 [3] 级 ,钢 铁 研 究 总 院 等 单 位 已 经 在 室 温 条 件 下 用 ECAP法制备纳米组织奥氏体不锈钢方面取得进展 , 但由于室温下进行的 ECAP使金属内部积累了大量的 应变能 ,在挤压过程中材料发生加工硬化 ,塑性显著下 降 ,从而限制了应用 。本文研究了不同温度退火工艺 对室温 ECAP后的不锈钢的组织与性能及再结晶的影 响。

2  试验材料及方法
试验材料为 00C r18N i12 奥氏体不锈钢 ,主要化学 成分 ( 质 量 分 数 , % ) 为 01007C、0129M n、1161Si、 01008S、 1018P、 146C r、 182N i、 0 18 11 余量 Fe。试样尺寸 为 < 8mm × 45mm。为了更好地研究不锈钢在挤压中 的细化规律 , 将不锈钢的锻态试样在 1150 ℃ 退火 2h, 式中 N 为挤压道次 ,ε为等效应变 ,ψ为模具外角 , <为 模具内角 ,本试验条件下 : < = 90 ° = 30 ° ≈ 1102。 ,ψ ,ε

图 1  00Cr18N i12 钢原始组织

以得 到 较 大 的 均 匀 的 奥 氏 体 组 织 , 晶 粒 尺 寸 约 为 μ μ 150 m ~300 m ,如图 1 所示 。然后在室温下进行 1 ~ 8 道次 的等 通道 挤 压 , 每 道 次 变 形 量 用 公 式 ( 1 ) 计 [4] 算 ,挤压后在 500 ℃~1000 ℃ 进行退火 ,试验前在模 具和试样表面涂上 MoS2 润滑剂 。 φ ψ φ ψ ε = N [ 2cot ( + ) ] +ψcos ec ( + ) ] ( 1) N 2 2 2 2 3

图 2  00Cr18N i12 钢经不同道次挤压后 SEM ( a, c)和 TEM ( b, d)照片
( a, b) 1 道次    ( c, d) 2 道次

Fig12  SEM ( a, c ) and TEM ( b, d) of 00Cr18N i12 steel after different passes
( a, b) 1 st passed   ( c, d) 2 nd passed

《 金属热处理 》 2005 年第 30 卷第 7 期

   采用 SISC 2I S2 610 图像分析仪及 S2 A 4300SEM 观 察试样的金相组织 ; 采用 H 2 800TEM 对挤压后不锈钢 微观组织进行分析 ; 采用 MVK2E 显微硬度仪测量试样

的硬度 ; 采用 10% Cr2 O3 电解液对试样进行电解腐蚀 。

3  结果与讨论

图 2 为经过 1、 道次挤压后 , 00Cr18N i12 钢金相 2 组织照片 。由图 2 可见 , 经 1 道次挤压后孪晶在剪切 力的作用下扭曲变形 ,从 TEM 图片中可以看出基体组 织大部分由很窄的滑移带组成 ; 而经 2 道次变形后孪 晶被剪切变形 ,变形带无法完整穿过孪晶 ,孪晶对基体 组织滑移有阻碍作用 。   对经 1、 道次挤压后的 00C r18N i12 钢 分别 在 2 6 00、 、 、 、 、 700 800 850 900 1000 ℃ 进行 40m in退火 , 各道

Fig11  M icrostructure of 00Cr18N i12

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图 3  00Cr18N i12 钢经不同工艺处理后金相组织
( a) 一道次挤压 , 700 ℃  ( b) 一道次挤压 , 800 ℃  ( c) 一道次挤压 , 900 ℃  ( d) 二道次挤压 , 700 ℃ ( e) 二道次挤压 , 800 ℃  ( f) 二道次挤压 , 900 ℃ ( a) 1 st passed, 700 ℃  ( b) 1 st passed, 800 ℃  ( c) 1 st passed, 900 ℃  ( d) 2 nd passed, 700 ℃  ( e) 2 nd passed, 800 ℃  ( f) 2 nd passed, 900 ℃

次退火后所得到的组织区别不大 。图 3 为不锈钢经过 由图 3 可见 , 700 ℃退火后 , 组织中都出现大量再结 (亚 )晶结构 , 但仍然有大量的回复组织 , 再结晶晶粒

1、 道次挤压后再经不同温度退火的金相组织照片 。 2

μ μ 很小 ,尺寸约 5 m; 800 ℃退火后 , 晶粒尺寸为 5 m ~ μ 15 m ,在少量区域有细小 ( FeC r) 23 C6 的碳化物析出 ,
900 ℃ 退火后 , 完全再结晶无碳化物析出 , 但晶粒比

μ 800 ℃ 明显长大 ,晶粒尺寸约为 30 m。

   4 为经不同工艺处理后 00C r18N i12 钢的力学 图 性能 。由图 4 可见 ,经一道次挤压和 800 ℃ 退火后 ,σb 的 0133 提高到 0145; 经二道次挤压和 800 ℃ 退火后 , σb 比挤压前提高 15% , 但 σ012提高 103% ,σ012 / b 为 σ σb 有大幅度提高 ,使材料的安全性增加 。从退火后组 织里可以观察到 ,在 800 ℃ 退火完全再结晶后 ,晶粒细 化 ,少量区域的晶界有非常细小的碳化物析出 。金属 的变形过程是晶界的运动过程 ,晶粒越细小 ,晶界移动 孪晶对基体有很好的强化作用 , 从图 1 和图 2 中可以 发现 ,挤压前组织里的孪晶基本都穿过整个晶粒 ,对基
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σ 比挤压前提高 14% ,σ012提高 57% ,σ012 / b 由挤压前 μ 0158,晶粒从挤压前的 150 m 细化到完全再结晶后的

阻力越大 ,晶界的细小析出对晶界也有阻碍作用 ,使材 料 σ012增加 , 这在某些领域可以节省材料的的使用 。

μ 15 m。经过挤压后退火 ,晶粒显著细化 , 材料的 σ012 /

Fig13  M icrostructure of 00Cr18N i12 steel after different p rocesses

体的强化作用较好 ,但挤压退火后 ,由于在挤压中发生 畸变的晶格又形成了新的晶粒 ,大量应变能的释放 ,使 组织里形成的退火孪晶不完全 ,大部分都是晶内孪晶 , 而晶内孪晶对组织的强化效果较弱 , 因而退火后材料 的 σb 增加不明显 。    5 为经 1 ~8 道次挤压后在 850 ℃ 图 下保温 40m in 退火后 00Cr18N i12钢金相组织和性能曲线 。由图 5 可 μ 见 ,退火后晶粒尺寸约为 5 ~15 m ,经 8 道次挤压后退 火的性能并没有大幅度提高 ,这表明通过冷加工后热处 理来改善材料的性能有一定的局限性 。在对 1 ~8 道次 挤压 后 00Cr18N i12 钢 在 500 ℃、 ℃、 ℃、 ℃、 550 600 800
850 ℃ 保温 40m in 退火后 ,发现 00Cr18N i12 钢的再结晶

温度随挤压道次的增加变化不大 , 8 道次挤压后 800 ℃ 退火时虽然再结晶完全 ,但仍然在局部区域有细小的晶 粒析出 , 850 ℃ 退火时无析出。在 850 ℃ 对挤压一道次后 的 00Cr18N i12钢进行了 4h 的退火 ,组织和 40m in 退火 组织相比 ,没有明显变化 ,硬度几乎不变 ,这表明在再结 晶温度以下 ,退火时间对组织和性能影响不大 。

4  结论

( 1 ) 通过对 00C r18N i12 不锈钢进行 ECAP 挤压

μ 并进行退火处理 ,可使该钢的原始晶粒尺寸由 150 m μ μ 以上细化到 5 m ~15 m ,且组织稳定 。
( 2 ) 经 ECAP 和退火处理的 00C r18N i12 钢的性

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图 4  经过不同道次挤压不同温度下退火后 00Cr18N i12 钢力学性能
Fig14  Property of 00Cr18N i12 after annealing under different temperature
( a) 退火前 , before anneal  ( b, c) 1 道次 , 1 st passed  ( d, e) 2 道次 , 2 th passed ( a) 1 道次    ( b) 8 道次   ( c) 性能 ( a) 1 st passed   ( b) 8 th passed   ( c) p roperty

图 5  挤压 1 道次和 8 道次后 850 ℃ × in退火后 00Cr18N i12 钢的组织及硬度 40m
Fig15  The m icrostructure and hardness of 00Cr18N i12 after 850 ℃ × 40m in annealing by 1 and 8 passed
st th

能 ,一道次挤压后 800 ℃ 退火 ,σb 可提高 14% ,σ012可 σ 提高 57% ,σ012 / b 由挤压前的 0133 提高到 0145, 二 道次 挤 压 后 800 ℃退 火 , σb 可 提 高 15% , σ012 提 高 σ 103% ,σ012 / b 为 0158, 使材料屈服强度得到明显改 善。 ( 3 ) 00C r18N i12 不锈钢的再结晶温度基本不随 ECAP和退火工艺参数的变化而变化 。在本研究条件 下 , 00C r18N i12 钢经 ECAP和退火处理时 ,其保温时间 对该钢的组织和性能影响不大 。
敬告 读者

参考文献 : [ 1 ]   cNelley T R , Swisher D L, Horita Z and Landon T G Influ2 M . ence of p rocessing route on m icrostructure and grain boundary

  凡因故漏订 2005 年《 金属热处理 》 杂志 (全年 84 元 ,单价 7 元 ) ,请从邮局汇款到本编辑部补订 。现编辑部有 1998 (每 册 60 元 ) 、 1999 (每册 60 元 ) 、 2003 (每册 96 元 )和 2004 年 (每册 96 元 )的合订本可供选购 。联系电话 : 010 2 62935465, 联系地址 : 北京市海淀区学清路 18 号《 金属热处理 》 编辑部   邮编 : 100083 《 金属热处理 》 2005 年第 30 卷第 7 期

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development during Equal2 Channel Angular Pressing of A lu2

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