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分享:新型SP2215奥氏体耐热钢的室温变形行为

2022-09-22 14:15:14 

宋 利

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司中南电力试验研究院,郑州 450000)

摘 要:SP2215奥氏体耐热钢分别进行室温压缩(变形量10%~50%)、拉伸(变形量10%~ 40%)(20°~180°),变形果表明:SP2215,,始终参与变形;SP2215,,成倍提高其屈服强度

关键词:奥氏体耐热钢;冷变形;马氏体相变;滑移;加工硬化

中图分类号:TG142.7 文献标志码:A 文章编号:1000-3738(2022)07-0064-06

0 引 言

SP2215钢是北京科技大学最新研制的复合强 22/15铬镍型高强抗蚀奥氏体耐热钢;该钢通过 合理配比碳铜等多种强化元素实现纳米级 Nb(CN)MX NbCrN ,从而到多效果SP2215工性 能良好,HR3C 钢相比,其铬镍含量稍低,方面提高了经济效益,另一方面克服了 HR3C 钢在 高温长时间时效后韧性降低的缺点,预计未来在电 力行业将得到广泛应用[1-5]

在用作电力行业锅炉的受热面管时,奥氏体耐 热钢管要经历弯曲拉拔扩口等冷加工过程,产生 的冷加工变形将会导致组织和性能发生改变:TP347HTP304316L 等奥氏体耐热钢在冷 变形后因形成形变诱导马氏体而出现加工硬化现 ,,一方使,氧化[6-7]SP2215广,焊接,变形的研;变形组织,制备 和冷加工提供基本数据,有利于其使用及推广,作者对 SP2215钢的成品行了拉伸压缩和弯曲试验,

1 试样制备与试验方法

试验材料为由永兴特种材料科技股份有限公司冶炼江苏武进不锈股份有限公司制管的 SP2215 钢管,钢管炉号为1504-040,批号为 BDG1508-118, 规格为?50.8mm×9.53mm,适用标准为 T/CISA 006-2019使ARLiSpark8860型直化学成分,如表1所示,化学成分满足标准要求钢管上取样,经磨抛,FeCl3 盐酸水溶液腐蚀后, 使用 AxioObersver3m 型光学显微镜观察显微组 1,SP2215,,


分 别 按 GB/T 7314-2005,GB/T 232- 2010,GB/T228.1-2010,沿线出压缩,9.6mm,9.6 mm;,200mm,22mm;见图2,也是全壁厚试样,80mm,度为15mm


使用 UTM5305HA 下分别进行压缩拉伸和变形 量分别为10%,20%,30%,40%,50%,1mm·min-1;拉伸变形量分别为10%,20%,30%, 40%,拉伸速度为1mm·min-1;角度分别为20°,40°,60°,80°,100°,12,14,160°, 180°,弯曲速率为10 (°)·min-13最大变形量均接近于材料在对应试验条件下发生破 坏的最大变形量沿变形方向从中间将变形后的试 样剖开,在剖面上取样进行组织和性能检测使用RigakuSmartLAB3X线(XRD),采用,X线,3°~2围扫查金相试样经磨抛,FeCl3 蚀后,AxioObersver3m 型光学显微镜上观察显 微组织采用 HV-1000A 型显微硬测试,载荷为9.8N,保载时间为10s,取点测试,10个点取最大值

使用 UTM5305HA 型电子万能试验机对拉伸 变形10%~40%的试样再次进行拉伸试验以测定


2

2.1 形后

3,3种变形方式下达到最大 SP2215XRD γ-Fe ,α-Fe,SP2215室温变形过程中不会产生形变诱导马氏体体钢相变临界点经验公式[8]计算得到SP2215耐热钢的马氏体相变临界点温度为-347.502 ℃,见室温下变形达不到马氏体相变的热力学条件[9]但是,在室温变形过程中有可能会发生形变诱导马氏 体相变[10],其影响因素包括恰当的变形量低的层错 能以及镍当量处于诱发马氏体相变的范围

SP2215体耐热钢的室温层错能和镍当量 计算公[11]γ=-53+6.2w(Ni)+0.7w(Cr)+ 3.2w(Mn)+9.3w(Mo) (1) weq(Ni)=w(Ni)+0.65w(Cr)+0.98w(Mo)+ 1.05w(Mn)+0.35w(Si)+12.60w(C)+ 0.03(T -300)- 2.3lg 100 100-R +2.9 ???? ???? (2) 式中:γ 为室温奥氏体层,MJ·m-2;w 分数,%;T 为热力学温度,K;R 为变形量,%

由式(1)和式(2)算得SP2215的室温层错能为61.47 MJ·m-2,的最 大变形量时镍当量为28.01%较高,组织稳定性好[12],制马氏体相变[13];镍当 量也 高 于 室 温 诱 发 马 氏 体 相 变 的 范 围 (20.5%~ 25.5%)[12-14]综上可知,SP2215组织稳 定性高,室温变形不会形成


2.2 室温变形后的显微组织

由图4可以看出:室温下经20%变形量压缩形后,SP2215(1)相同,,,内有 第二相析出;当变形量增至30%,少量晶粒内部 出现滑移带,呈现直线形的单滑移和波浪形的多滑 移特征;当变形量增加至40%,晶粒拉长,大部分 晶粒;50%,晶粒变形,


5:10%形后,SP2215钢的显微组织相比于未变形组织变化 不明显;当变形量增至20%,极少量晶粒内部出 ,线;30%,40%,,以交


6 :20°, SP2215组织; 当弯曲角度达到40°,,直线形的单滑移和波;曲角 度达到100°~180°,SP2215以多移和交滑移为主

综上:SP2215错滑移,, 个别晶粒内部发生变形,滑移由晶界向晶粒内部延 ;在变形量较大时,参与变形的晶粒数量急剧增 ,滑移贯穿整个晶粒,出现相交的滑移线,交滑移 也逐渐贯穿整个晶粒,滑移线穿过相邻晶粒因此, 可以通过位错-位错位错-层错等之间的交互作用 ,SP22152.3


由图7可知:SP2215变形的增加先快速增大,20% 或弯曲角度达到60°时到达拐点,显微硬度随变形 量 增大的速度变缓SP2215钢显微硬度随变形量 的变化规律与王俊北[7]研究得到的316LN奥氏体不锈钢的变形规律一致拐点的出现与室温下变形 达到某一量后位错密度的下降有关[15]较大变形 量下钢中发生交滑移,导致加工硬化效果变弱,硬度 增加变缓[7]在相同变形量下,压缩变形后SP2215 钢的硬度明显高于拉伸变形后


2.4 不同变形量拉伸变形后的拉伸性能

由图8可以看出:SP2215钢的抗拉强度和屈服 强度均随 着 变 形 量 的 增 加 而 增 大,当 变 形 量 达 30%,屈服强度与抗拉强度;随着变形量的增大逐渐减小SP2215伸变形后的抗拉强度屈服强度和断后伸长率随变 形量的变化规律与304奥氏体不锈钢[6]316LN 奥氏体不锈钢[7]相似

材料开始屈服后,继续变形将产生加工硬化;工硬化程度可由加工硬化指数进行表征,其计算公 [16-17]n= 1 Kln1390/σy (3) :n 指数;K 系数,0.12;σy 为屈,MPa


K 和不同变形量拉伸变形SP2215的屈强度代入式(3),计算得到不同变形量下的加工指数,绘制变形量和加工硬化指数的关系曲线9可知,随着变形量的增加,SP2215的加化指数增大,说明加工硬化程度增强[18]于位错塞积对位错运动的阻碍作用增强而导致的综上,随着变形量的增大,SP2215钢的加工硬化,因此断后伸长率下降,屈服强度急剧升高硬化是提高材料强度的重要方法,未变形 SP2215 奥氏体耐热钢的屈服强度不高,通过室温变形可以 实现屈服强度的成倍提升

3 结 论

(1)SP2215性高,无形;同变形量变形后,晶粒中出现滑移带,并且随着变形 量的增加,滑移带出现多种形态并且数量变多,说明 SP2215滑移始终参与变形

(2),SP2215先快速增大后增速变缓,抗拉强度, 断后伸长率减小;当拉伸变形量达到 强度增大至与抗拉强度几乎相等30%,屈服

(3)变形SP2215的加随变的增加而增大,这导致强度后伸减小;室温变形可以提高其抗拉强度,成倍提高其屈 服强度

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