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022Cr25Ni7Mo4N合金是超级双相不锈钢的典型代表,属第三代双相不锈钢。该合金具有以下特点:一是钢中Cr、Mo、Ni、N等合金元素含量均高于第二代双相不锈钢,耐应力腐蚀开裂性能和耐疲劳腐蚀性能优越,耐点蚀和缝隙腐蚀性能优良(PRE值达到40以上),在有机酸和中低浓度无机酸中也有较强的耐腐蚀性能;二是机械强度高,热膨胀系数低,耐冲击;三是服役周期成本低。该合金在油气勘探开发、化肥、纸浆、海洋工程、炼制含硫原油及乙烯为原料的下游产品深度开发等工业中具有广泛的应用潜力。
目前,在国内超级双相不锈钢还处于研发阶段。由于该合金在热加工过程中,奥氏体和铁素体中应力和应变分布不均衡,在热轧、热锻过程中容易开裂。同时,双相钢在热加工过程中容易产生析出相。因此,尽管超级双相不锈钢潜在市场需求量较大,但该合金管、板等产品生产难度也较大。本文在总结宝钢特钢前期开022Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢产品工艺技术和质量方面问题基础上,根据热加工生产关键参数的需要,研究了022Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢不同加热工艺下的组织和性能、高温热塑性及热变形行为规律。研究结果对合理制定和优化022Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢的热加工工艺参数具有重要的理论意义和实际应用价值。主要研究内容和结论如下:
1.利用Thermo-Calc热力学相图计算软件,并结合热处理试验对022Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢不同温度下的组织和性能进行了研究。研究结果表明:铸态超级双相不锈钢铁素体相的体积分数约占47％。随着加热制度的不同,022Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢中铁素体和奥氏体的相比例将发生变化。在1150℃以下,铁素体和奥氏体的相比例变化不大;在1150℃之上,高温铁素体相比例迅速增大。同时,随着温度的不断升高,奥氏体的球化程度明显提高。而当温度低于980℃时,脆性相σ相开始明显析出,其析出会造成材料的塑性降低。因此,该合金批量生产时应该在1050℃以上进行热加工。
2.在Gleeble-3800热模拟机上对022Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢进行了变形温度为900~1350℃,变形速率为1s-1的热拉伸试验,并通过GSM、SEM、EPMA研究不同温度下的显微组织、微区成分分布规律。研究结果表明:随着温度的升高,该材料的变形抗力随之下降,塑性随着变形温度的升高而增加。铸态整体热塑性仍略显较差,如在低于1150℃时断面收缩率低于50%,其根本原因在于发达而粗大的树枝晶中相界本身平直而易于开裂,而且有害杂质元素的偏析,会进一步加剧相界的弱化。该合金热塑性曲线有两个拐点,分别出现在1000℃和1300℃左右。超过1300℃塑性点是因为晶界熔化;低于1000℃出现塑性极限点原因是组织中出现σ相和变性能低。因此,确定超级双相不锈钢合适的热加工变形温度范围为1050~1250℃。
3.对022Cr25Ni7Mo4N超级双相钢进行了变形速率0.1~10 s-1,压下量为80%等温恒应变速率压缩试验,并绘制出不同温度、不同应变速率下的真应力-真应变关系曲线,研究了其热变形行为,并基于动态材料模型绘制了022Cr25Ni7Mo4N超级双相钢热加工图。从应力-应变曲线分析可以看出,022Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢流变应力对热变形过程中的应变速率和温度都非常敏感,随着应变速率的降低和变形温度的升高,流变应力呈逐渐下降趋势。在热变形过程中,提高变形温度和减小应变速率都可以使材料发生动态软化现象。建立的热加工图表明超级双相不锈钢可以热加工的温度范围和应变速率非常狭窄,存在动态再结晶区,但其功率耗散效率η一般不是很高(小于0.45),且应变速率敏感指数也比较低。可热加工区域的范围且随着应变量的增加而缩小。因此,该合金在批量生产时应优先选择动态再结晶区,另一方面还要考虑变形速率对材料热加工变形行为的影响。即:应先“轻锤快打”,然后逐渐增加变形量。
目前,宝钢已实现022Cr25Ni7Mo4N超级双相不锈钢热挤压管和热轧板批量生产,产品质量稳定,并已实现商业化供应,经济效益***。
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