王祥元

（東方電氣（廣州）重型機(jī)器有限公司，廣東 廣州 511400）

在節(jié)鎳型高氮奧氏體不銹鋼中，加入氮元素不僅可以替代金屬鎳在不銹鋼中的作用，同時(shí)還可以有效降低生產(chǎn)不銹鋼的成本，最終實(shí)現(xiàn)全面提高不銹鋼強(qiáng)度與抗腐蝕性的目的。而在不銹鋼中氮含量的增加或減少會(huì)直接影響到奧氏體的穩(wěn)定性以及其自身的磁性，雖然節(jié)鎳型高氮奧氏體不銹鋼具備諸多優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于冶煉技術(shù)以及抗腐蝕性能等方面的研究較少，而熱變形在節(jié)鎳型高氮奧氏體不銹鋼出現(xiàn)的頻率較高，所以就需要針對(duì)其熱變形行為進(jìn)行相應(yīng)的研究。

1 節(jié)鎳型高氮奧氏體不銹鋼熱變形的試驗(yàn)材料與方式

1.1 試驗(yàn)材料

在實(shí)際展開試驗(yàn)時(shí)，主要需要以下材料：非真空感應(yīng)爐（1t）冶煉、鋼錠等，其中鋼錠內(nèi)部所包含的化學(xué)成分如表1所示。

表1 鋼錠內(nèi)部化學(xué)成分質(zhì)量%

1.2 試驗(yàn)方式

在實(shí)際試驗(yàn)的過程中，需要在所選材料的中心部分采取樣本，并將樣本制作為10mm×15mm的熱變形模擬樣品，并且在Gleeble-3800熱力模擬設(shè)備上展開試驗(yàn)，在實(shí)際試驗(yàn)的過程中變形的溫度分別為950℃、1050℃、1150℃等，在不同溫度下樣品的變形速度分別為0.01s-1、1s-1、10s-1等。試驗(yàn)過程中的具體試驗(yàn)操作順序包括：在樣品的兩面分別放置鉭片，而后在鉭片與樣品之間均勻的涂抹一層潤(rùn)滑試劑，可以有效防止在試驗(yàn)變形過程中樣品與鉭片之間出現(xiàn)摩擦情況而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果不具有實(shí)質(zhì)效果；在試驗(yàn)過程中，第一步需要通過以每秒5℃的升溫速度將溫度上升至1200℃，而后在通過3min的恒溫?zé)岫戎笸ㄟ^每秒5℃的降溫速度將溫度下降至試驗(yàn)溫度，再通過5s恒溫之后使樣品可以均勻受熱。通過不同變形速度對(duì)樣品展開壓縮試驗(yàn)，其樣品的實(shí)際變形量約為45%～5%，待壓縮之后的樣品通過壓縮空氣快速冷卻后，將樣品沿著下壓的方向切開，通過磨拋腐蝕之后在光學(xué)顯微鏡下觀察樣品出現(xiàn)變形之后的內(nèi)部組織變化。具體情況如圖1所示：

圖1 樣品拋光腐蝕之后在光學(xué)顯微鏡下的狀態(tài)

2 節(jié)鎳型高氮奧氏體不銹鋼熱變形的試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 熱變形行為與溫度之間的關(guān)系分析

在相同速度下，隨著變形的溫度不斷增加相應(yīng)的流變也會(huì)逐漸減少，最終可以達(dá)到峰值的應(yīng)變也會(huì)隨之降低；在相同變形速率的情況下，隨著溫度的不斷增加，不銹鋼樣品的軟化速度也會(huì)不斷加快。當(dāng)處于較低溫度的情況下，樣品的軟化機(jī)制屬于動(dòng)態(tài)回復(fù)機(jī)制，而隨著溫度的不斷上升會(huì)促使樣品的軟化不斷向著結(jié)晶的方向發(fā)展。熱變形行為與溫度之間關(guān)系的具體分析如下：當(dāng)溫度逐漸上升時(shí)，會(huì)促使?fàn)t中的原子動(dòng)能不斷增加，同時(shí)各個(gè)原子動(dòng)能之間的融合能力也在不斷降低，且原子動(dòng)能的擴(kuò)散能力也在不斷提高，當(dāng)樣品在變形的過程中所出現(xiàn)的獲益臨界應(yīng)力也會(huì)不斷降低，同時(shí)也會(huì)減少樣品的變形阻礙，最終促使樣品更易展開變形。當(dāng)溫度增加時(shí)就會(huì)促使原子的振動(dòng)幅度不斷增加，這一條件下就會(huì)使得樣品更加容易出現(xiàn)變形，同時(shí)還可以降低樣品因變形而出現(xiàn)的硬化。將節(jié)鎳型高氮奧氏體不銹鋼與傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼之間相互對(duì)比之后可以得知，節(jié)鎳型高氮奧氏體不銹鋼的峰值會(huì)高于傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼，而促使出現(xiàn)這一因素的主要原因在于：樣品中的N元素與其他可容性元素相比，更加具備膨脹系數(shù)。同時(shí)，N元素具備相應(yīng)的負(fù)電荷，與常規(guī)電荷之間的錯(cuò)位交替時(shí)會(huì)出現(xiàn)較高的靜電吸引力，而且間隙中的N元素錯(cuò)位結(jié)合能力也會(huì)高于C元素的錯(cuò)位結(jié)合能力。當(dāng)釋放N元素時(shí)需要大量的能力累積，并且還需要在特定因素的情況下才可以釋放N元素的錯(cuò)位。在實(shí)際織構(gòu)的過程中，單一結(jié)晶的切分應(yīng)力會(huì)隨著容性較高的N元素而提高，并且在節(jié)鎳型高氮奧氏體不銹鋼中，N元素的含量也會(huì)隨著不斷增加而提高低能界面，最終就可以充分促進(jìn)織構(gòu)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，從而將節(jié)鎳型高氮奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度大幅度提高。

2.2 熱變形行為與變形速率之間的關(guān)系分析

在同一溫度下，流變會(huì)跟隨變形速率的降低而減少，并且樣品的軟化機(jī)制也會(huì)由動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)再結(jié)晶。在實(shí)際分析這種因素的過程中，需要充分結(jié)合實(shí)際熱變形行為與變形速率之間的關(guān)系而展開分析。在相同溫度的情況下，且變形速率較小時(shí)，所經(jīng)過的變形時(shí)間較長(zhǎng)，并且可以為不銹鋼提供較為充足的時(shí)間來展開動(dòng)態(tài)軟化，從根本上降低不銹鋼因加工而出現(xiàn)的硬化形態(tài)；當(dāng)變形速率較大時(shí)，就會(huì)促使不銹鋼內(nèi)部元素的錯(cuò)位量不斷增加，促使流變應(yīng)力也在不斷提高。在試驗(yàn)溫度為950℃時(shí)，會(huì)對(duì)處在不同變形速率下的不銹鋼變形組織造成較大的影響，而當(dāng)變形速率達(dá)到0.01s-1時(shí)，最初的結(jié)晶處會(huì)出現(xiàn)諸多微小的晶粒，當(dāng)變速率為10s-1時(shí)，則會(huì)使得樣品中不會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶。在通過950℃來測(cè)試不銹鋼時(shí)，會(huì)隨著變速率的不斷提高而促使結(jié)晶數(shù)量不斷下降。具體分析：當(dāng)變形速率下降時(shí)就會(huì)促使變形的時(shí)間不斷增加，而在長(zhǎng)時(shí)間的變形過程中會(huì)基于不銹鋼充足的結(jié)晶時(shí)間，最終就會(huì)使得在這一因素下的結(jié)晶數(shù)量較多；當(dāng)通過較高的變形速率對(duì)樣品展開變形試驗(yàn)時(shí)，樣品可以在短時(shí)間內(nèi)完成變形，在這一時(shí)間內(nèi)就會(huì)導(dǎo)致變形所用時(shí)間不足以滿足結(jié)晶所用時(shí)間，所以在這期間的結(jié)晶數(shù)量就會(huì)出現(xiàn)少或沒有結(jié)晶出現(xiàn)的情況。具體情況如圖2所示。

2.3 不銹鋼變形對(duì)峰值的影響分析

從節(jié)鎳型高氮奧氏體不銹鋼在不同變形條件下的趨勢(shì)變化可知，隨著溫度的不斷提高與變形速率的不斷降低，促使結(jié)晶的峰值也在不斷下降。而通過這一試驗(yàn)結(jié)果可以充分得知，節(jié)鎳型高氮奧氏體不銹鋼屬于一種正常變形速率敏感類材料，而隨著變形速率的不斷增加與變形溫度的降低可以得知，峰值在這一因素的影響之下不斷增加，最終促使不銹鋼極難初選熱變形的情況。

圖2 樣品結(jié)晶的具體數(shù)據(jù)參數(shù)

3 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在實(shí)際試驗(yàn)的過程中可以得知，在相同溫度不同變形速率的情況之下，會(huì)隨著變形速率的不斷下降而導(dǎo)致變形的時(shí)間不斷增加，在這一時(shí)間內(nèi)的樣品軟化時(shí)間也就會(huì)不斷增加，但流變應(yīng)力會(huì)出現(xiàn)下降的情況，樣品的軟化機(jī)制也會(huì)通過動(dòng)態(tài)回復(fù)不斷向結(jié)晶的方向過渡。此外，節(jié)鎳型高氮奧氏體不銹鋼屬于一種對(duì)變形速率非常敏感的不銹鋼材料，而隨著變形速率的不斷提高以及變形的溫度不斷下降，相應(yīng)的峰值應(yīng)力也會(huì)不斷增加，所產(chǎn)生的熱變形也會(huì)難以開展?；诖嗽趯?shí)際試驗(yàn)的過程中，就需要充分注意到變形速率與溫度之間的關(guān)系，同時(shí)還需要全面控制變形速率與溫度，最終才可以得出更加準(zhǔn)確的參數(shù)。