高硅奥氏体不锈钢热变形行为及组织演变研究

作     者：王力华 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡勇;欧阳明辉

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：高硅奥氏体不锈钢 热塑性 δ铁素体 本构方程 热加工图 软化机制 

摘      要：高硅奥氏体不锈钢中高含量Si元素所形成的复合钝化膜使其在高温浓HSO中表现出优异的耐腐蚀性,然而Si元素增多的同时会带来元素偏聚、枝晶偏析以及析出相增多等问题,同时影响到后续的塑性成形给高硅奥氏体不锈钢的实际生产加工带来挑战,因此有必要对其热塑性变化情况及热变形行为展开研究。本文以宣达集团研发的高硅奥氏体不锈钢(XDS-2)为研究对象,通过均匀化处理对不同硅含量的铸态组织进行调控,借助Gleeble-3500热模拟试验机对不同凝固模式和组织特点的高硅奥氏体不锈钢进行高温拉伸和高温压缩试验,通过JMat Pro软件计算、金相显微镜(OM)、电子探针(EPMA)、扫描电镜能谱分析(SEM/EDS)、电子背散射衍射(EBSD)以及透射电镜(TEM)等方法研究高硅奥氏体不锈钢的热塑性变化规律及其热变形行为;通过应力-应变曲线分析变形参数与流变应力之间的关系,计算拟合出Arrhenius本构方程,基于动态材料模型(DMM)绘制不同应变量下的热加工图;通过分析组织演变过程,阐明高硅奥氏体不锈钢在热变形过程中的软化机制和晶体学信息,本文得到如下主要结论。铸态高硅奥氏体不锈钢相比均匀化处理后的试样热塑性均有所下降,适宜的热处理工艺(1150℃×12 h)能够消除析出相、偏析等负面影响,显著提高不锈钢的热塑性变形能力;当6%Si试样均匀化处理温度提高后,大量高温δ铁素体的重新析出导致热塑性显著下降,与此同时,适量椭圆形δ铁素体的存在有利于DRX(动态再结晶)的发生。本文建立了适用于均匀化处理后6%Si高硅奥氏体不锈钢的本构方程,其中热变形激活能Q值为368.555 k J/mol;通过热加工图结合显微组织分析确定了高硅奥氏体不锈钢的热加工工艺窗口;在1200℃/0.01 s变形条件下析出的χ相与少量δ铁素体会细化晶粒,但与此同时,脆性第二相的存在会容易引发裂纹的产生,应尽量避免在第二相的析出区域进行加工。当变形参数发生变化时,6%Si高硅奥氏体不锈钢表现出不同的软化机制。当应变速率不变时,随着变形温度的上升,6%Si高硅奥氏体不锈钢DRX进行的更加完全,软化机制以DDRX(非连续动态再结晶)为主,在1100～1150℃之间,软化机制中会出现CDRX(连续动态再结晶),亚结构晶粒比例和LAGBs(小角度晶界)比例均有所增大;当变形温度不变时,随着应变速率的增大,组织中平均晶粒尺寸随应变速率的增大而减小,在≥1 s时,较高的应变储能和绝热升温会导致平均晶粒尺寸有所增大,DRX程度提升。