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节镍型高氮奥氏体manbetx998固溶处理加热过程中的组织演变

来源:至德钢业 日期:2021-05-04 14:54:20 人气:29

 浙江至德钢业有限公司对节镍型高氮奥氏体manbetx998进行固溶处理,通过控制加热温度和保温时间,研究高氮奥氏体manbetx998组织的变化规律。结果表明,800℃保温1小时后微观组织中出现混晶,在变形组织的晶界处产生细小的动态再结晶晶粒。在900~1050℃,随温度的升高,再结晶晶粒数量增多,尺寸增大。保温时间的增长会导致晶粒逐渐长大。在1200℃保温,晶粒尺寸从保温0.5小时的70μm增长到保温1h时的117μm,此时晶粒最为均匀。平均晶粒尺寸随时间的变化呈抛物线增长,符合Beck方程:D-=105.1t0.45。并根据试验得到试验钢的最佳热处理方式为1050~1200℃保温1小时。


 奥氏体钢中氮含量大于0.4%时称其为高氮奥氏体钢,氮在钢中可以代替镍,起到稳定和扩大奥氏体区的作用,大大节约生产成本。此外,氮的加入在塑性和韧性不发生明显降低的同时,提高钢的强度;而且,随着氮含量的增加,manbetx998的耐点蚀和晶间腐蚀能力增强。因为拥有诸多优点,高氮奥氏体manbetx998广泛应用在海洋工程、汽车、发电机转子护环等领域,受到科研工作者的广泛关注,大量学者对它进行了深入的研究,并取得一定的成就。


 对于高氮钢的生产工艺,国内外的学者已经进行了深入的探究,并取得了丰硕的成果,但是对节镍型奥氏体manbetx998在加热过程中微观组织的变化规律及机理,研究的相对较少。至德钢业通过改变加热温度和保温时间,研究节镍型高氮奥氏体manbetx998在不同热处理条件下的组织和性能变化,并确定合适的固溶处理加热制度。


一、试验材料与方法


  1. 试验材料


  以河钢集团钢研总院自行冶炼的高氮奥氏体manbetx998为试验材料,使用1吨非真空感应炉冶炼850kg的铸锭,直径为300mm,具体成分如表所示。铸锭经电渣重熔处理后,锻造成150mm×150mm方坯。在锻件心部切取尺寸为20mm×20mm×20mm的试样,进行试验。


 2. 试验方法


  为研究加热温度和保温时间对试验钢晶粒尺寸的影响,以不同加热制度对试验钢进行热处理。放置在箱式电阻炉内以相同的功率分别加热到800、900、950、1000、1050、1100、1150和1200℃,保温1h后水淬冷却;在1200℃分别保温0.5、1、2、3、4和5小时,保温结束后采用水冷淬火。将试样去除表面氧化层,制备金相试样,观察试验钢微观组织。


二、试验结果与分析


 1. 加热温度对微观组织的影响


 图为试验钢在800~1200℃下保温1小时的微观组织。800℃保温1小时后微观组织出现混晶,在变形组织的晶界处产生细小的动态再结晶晶粒。部分区域变形量较大,满足动态再结晶条件,会出现细小的再结晶晶粒;但是由于温度相对较低,不能提供足够的能量使再结晶晶粒长大,此温度下动态再结晶晶粒数量较少,尺寸较小。900℃保温1h,晶粒尺寸变化较小,但是由于温度的升高,提供的能量更多,再结晶晶粒数量增加。在1000℃保温1小时,晶粒更加均匀。1050℃保温1小时后,晶粒尺寸变化不大,但是晶粒更加均匀,晶粒尺寸介于30~50μm之间。1100℃下保温1小时后,再结晶晶粒尺寸长大趋势明显。


 各个温度下晶粒尺寸分布如图所示,从图可看出,在低于1050℃保温时,随温度的升高,直径大于100μm的晶粒逐渐减少,小尺寸晶粒逐渐增加。在1050℃时,尺寸小于100μm的晶粒达到了85%;大于1050℃后,随着温度的增加,大于100μm的晶粒迅速增多,从1050℃的25%增长到1200℃的70%。对锻态试验钢进行热处理,不同温度下的平均晶粒尺寸如图所示,小于1050℃时,晶粒平均尺寸随温度的升高而降低;当温度大于1050℃后,平均晶粒尺寸增大,从1050℃的47μm迅速增加到1200℃的117.5μm。分析原因,在温度较低时,细小的再结晶晶粒开始在原始的晶界处形核。由于存在大量弥散的碳氮化物,这些碳氮化物在再结晶晶粒晶界处的钉扎作用限制了再结晶晶粒的长大,因此奥氏体晶粒长大速率比较慢。此外,氮作为合金元素,易在位错线上偏聚,对位错的攀移产生拖拽作用。随着温度继续上升,细小的再结晶晶粒逐渐增多,此时晶粒多为等轴晶,细小而均匀,组织比较稳定,可以稳定材料的性能;当温度继续升高,提供更大的能量起伏,碳氮化物慢慢消融,奥氏体再结晶晶粒吸收更多的能量,克服碳氮化物的钉扎作用,因此晶粒长大速率加快。


 2. 保温时间对微观组织的影响


  为研究保温时间对试验钢晶粒尺寸的影响。将试验钢加热到1200℃,分别保温0.5、1、2、3、4和5小时后水冷,制备金相试样。图3为试验钢在1200℃下保温不同时间后的微观组织。


  由图可以看出,保温时间延长,晶粒逐渐长大。1200℃保温0.5小时,平均晶粒尺寸为70μm;保温1小时后,平均晶粒尺寸增加到117μm,此时晶粒最为均匀。当保温时间大于3小时后,平均晶粒尺寸增长趋势变缓,保温时间越长,原子扩散越充分,为晶粒长大提供了更多的机会,使晶粒容易长大,其长大的趋势如图所示。


三、结论


 1. 对节镍型奥氏体manbetx998在800~1050℃范围内进行固溶处理,随温度的升高,主要发生动态再结晶,平均晶粒尺寸逐渐减小;当大于1050℃时,再结晶晶粒克服碳氮化物的钉扎作用,晶粒长大;加热到1200℃保温1小时后,晶粒尺寸增大到117.5μm。


 2. 在1200℃时保温时,保温时间延长会导致晶粒进一步长大。晶粒尺寸随保温时间的变化趋势符合Beck方程。保温时间过长,晶粒异常长大。


 3. 适用于试验钢的加热制度为:加热到1050~1200℃,保温1小时。


本文标签:奥氏体manbetx998 

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