热变形对高氮奥氏体不锈钢Mn18Cr18N组织和显微硬度的影响

第3 4卷第 2期

特 殊钢

S PECI AL S TEEL

6 8 2 0 1 3年 4月

V o 1 . 3 4. N o . 2 A p r i l 2 0 1 3

热 变 形对 高 氮 奥 氏体 不锈 钢 Mn l 8 C r l 8 N组 织和 显微 硬 度 的影 响

徐 国富 李晓 源 时 捷

( 1华 中科技 大学 材料 科学 与工程学院 , 武汉 4 3 0 0 7 4 ; 2钢铁研究 总院特殊钢研究所 , 北京 1 0 0 0 8 1 )

摘 要 试验用 Mn l 8 C r l 8 N钢 ( / %: 0 . 0 3 C 、 1 9 . 2 5 C r 、 1 7 . 9 6 Mn 、 0 . 5 9 N) 经1 0 0 k g 加压真空感应炉冶炼 , 锻 造开

坯并轧成 1 2 mm板 。用 G l e e b l e 3 8 0 0热模拟机研究 了温度 ( 7 5 0~1 1 5 0℃) 和变形 ( 1 5 % ~6 0 %) 对 Mn 1 8 C r 1 8 N高

氮钢显微硬度 和组织 的影 响 , 并得高氮钢 的再结晶 图。试验 结果显示 , 处于未再 结晶区时高 氮钢 Mn l 8 C r l 8 N的显 微硬度随着变形温度升高缓慢下 降, 部分再结晶区时快 速下 降 , 完全 再结 晶区时又缓 慢下 降; 在完 全再结 晶区时 ,

细晶强化是试验钢 主要 强化 方式 , 显微硬度与 晶粒尺寸 符合 H a l l - P e t c h经 验公式 ; 在未再 结晶 区时 , 应 变强化 是主 要强化方式 ; 未再结 晶区变形强化效果要 明显高于再结 晶区。 关键 词 高氮奥氏体不锈钢 热变形 显微硬度 再结晶

Ef f e c t o f Th e r ma l De f o r ma t i 0 n 0 n Mi c r o ha r d ne s s a n d S t r u c t u r e o f Hi g h Ni t r o g e n Au s t e n i t e S t a i n l e s s S t e e l Mn 1 8 Cr 1 8 N

XU Gu o f u .L i Xi a o y u a n a n d S h i J i e ( 1 S c h o o l o f Ma t e r i a l S c i e n c e a n d E n g i n e e i r n g , H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , Wu h a n 4 3 0 0 7 4 ;

2 I n s t i t u t e f o r S p e c i a l S t e e 1 .C e n t r a l I r o n a n d S t e e l

R e s e a r c h I n s t i t u t e.B e i l i n g 1 0 o O 8 1 )

Ab s t r a c t T h e t e s t s t e e l Mn l 8 C r l 8 N( O . 0 3 C,1 9 . 2 5 C r ,1 7 . 9 6 Mn, 0 . 5 9 N)i s me l t e d b y a n 1 0 0 k g p r e s s u r e d v a c u .

u m i n d u c t i o n f u ma c e ,f o r g e d b r e a k d o w n a n d r o l l e d t o 1 2 mm p l a t e . Wi t h u s i n g Gl e e b l e 3 8 0 0 t h e r ma l s i mu l a t i o n ma c h i n e

t h e e f f e c t o f t e mp e r a t u r e( 7 5 0—1 1 5 0℃ )a n d d e f o r ma t i o n( 1 5 % ~6 0 % )o n mi c r o h a r d n e s s a n d s t r u c t u r e o f h i g h n i t r o g e n

s t e e l Mn l 8 C r 1 8 N i s s t u d i e d t o g e t a r e c r y s t a l l i z a t i o n d i a g r a m o f t h e h i g h n i t r o g e n s t e e 1 .T e s t r e s u l t s s h o w t h a t i n n o n — c r y s . t a l l i z a t i o n r e g i o n w i t h i n c r e a s i n g t e mp e r a t u r e a t d e i f n i t e s t r a i n. t h e mi c r o h a r d n e s s o f h i g h n i t r o g e n s t e e l Mn l 8 C r 1 8 N d e c r e a — s e s s l o w l y ,b u t d e c r e a s e s q u i c k l y i n p a r t — r e c r y s t a l l i z a t i o n r e g i o n, i f n a l l y a g a i n d e c r e a s e s s l o wl y i n c o mp l e t e r e e r y s t a l l i z a t i o n r e g i o n;i n c o mp l e t e r e c r y s

t a l l i z a t i o n r e g i o n t h e ma i n s t r e n g t h e n i n g me c h a n i s m i s g r a i n r e i f n i n g s t r e n g t h e n i n g a n d t h e mi c r o —

h a r d n e s s v a l u e a n d a v e r a g e g r a i n s i z e a r e i n a c c o r d a n c e wi t h Ha l 1 . P e t c h e x p e i r e n c e d f o m u r l a :i n n o n . r e c r y s t a l l i z a t i o n r e g i o n

t h e s t r a i n s t r e n t g h e n i n g i s m a j o r s t r e n t g h e n i n g m e c h a n i s m; a n d t h e e f f e c t o f s t r a i n s t r e n t g h e n i n g i n n o n - c r y s t a l l i z a t i o n r e g i o n

i s h i g h e r t h a n t h a t i n r e c r y s t a l l i z a t i o n r e g i o n . Ma t e r i a l I n d e x Hi g h Ni t r o g e n A u s t e n i t e S t a i n l e s s S t e e l ,T h e r ma l De f o r ma t i o n ,Mi c r o h a r d n e s s ,R e c r y s t a l l i z a t i o n

高氮 奥 氏 体 不锈 钢 强 化 方 式 为 : ( 1 ) 氮 原 子 的 固溶 强化 。氮 原子 比碳 原子具 有更 好 的固溶 强化 效 果, 可有效 提 高强度 ¨ 引 。( 2 ) 细 晶强 化 。高氮 奥 氏

75 0, 8 0 0, 8 5 0, 9 0 0, 9 5 0, 1 0 0 0, 1 0 50, 1 1 0 0, 1 1 5 0 o C,

每个 温度 压缩 变形量 分 别为 1 5 %, 3 0 %, 6 0 %。

为 了研究 显示 晶 粒 , 变形 后 试 样 在 6 5 0 c I = 时 效

体钢在热加工过程 中, 通过再结晶区控制轧制可获 得细 晶强化 。( 3 ) 位错强化 和孪 晶强化 。形 变 强化 是 高氮奥 氏体 钢 获 得 强 度 的 主要 方 式 , 其 本 质 是位 错 强化 和孪 晶强 化 』 。

1 实验 材料 和方 法

1 h 。利用 F M - 3 0 0

显微硬度仪测量显微硬度 , 加载 载荷为 2 0 0 g , 每个试样测 2 0点 , 结果取平均值。

2 热 变形对 Mn 1 8 Cr 1 8 N 钢硬 度和 组织 的影 响 充 分 固溶后 实 验 钢 的 显微 硬度 为 2 5 9 H V。不 同温度 热变 形后 的 实验 钢 硬 度 高 于 固溶 状 态 , 其 硬

实 验用 钢为 容 量 1 0 0 k g的 加 压 真 空 感 应 炉 冶 炼 的 M n l 8 C r l 8 N 钢 (0 . 0 3 C - 1 9 . 2 5 C r - 1 7 . 9 6 Mn .

度增量来源 于细 晶、 位错 、 孪 晶等 强化方 式。图 1 ( a ) 中显示 了热变形参数与显微 硬度增量的关系 , 可见在不同变形量下显微硬度增量呈现不同的变化 规律 。1 5 %变形量 的试样在 7 5 0~1 0 5 0℃硬度下

0 . 5 9 N ) , 经锻造开坯后得到( m m ) 2 0 0× 2 3 0× 2 6 0 钢 坯, 1 1 5 0 o C 钢 坯 轧制成 1 2 B1 T I 厚 钢板 , 热 变 形试 样

8 mm×1 2 m l n 。热 变 形试 验 在 G l e e b l e 3 8 0 0型热 模 拟试 验 机 上 进 行 。试 样 以 5 O / s 加 热到 1 1 5 0

降较为缓慢 , 变形 温度超过l 0 5 0℃后 硬度快速下 降; 3 0 %变形量在 7 5 0— 9 5 0℃硬度下降较为缓慢 , 在9 5 0 ~ 1 0 5 0℃快速下降 , 在1 0 5 0~1 1 5 0 o C 又缓 慢下 降 ; 6 0 % 变形 量 在7 5 0 — 8 5 0 o C 缓慢下降, 在

q C, 保温 4 m i n , 然后以 5 ̄ C / s 降至不同变形温度 , 保

温2 S 后进 行压 缩试 验 , 水 冷。变形 温 度分 别 为

热变形对高氮奥氏体不锈钢Mn18Cr18N组织和显微硬度的影响

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