Mn对18%Cr节镍型双相不锈钢的大变形热压缩行为的影响研究
发布时间：2021-01-16 18:25
双相不锈钢作为一种含有奥氏体和铁素体两种不同组织的特殊钢材,因为兼有奥氏体和铁素体两种不同组织的性能特点,所以常作为一种高性能材料应用于石油、海洋、化工以及造纸等行业。节镍型双相不锈钢通过添加Mn元素来降低Ni含量的添加,是一种生产成本相对较低的经济型双相不锈钢。因为Mn对钢中奥氏体的稳定机理以及对层错能影响的差异,导致不同Mn含量对材料热变形行为的影响也会有所差异。本文通过控制添加几种不同Mn元素的含量,对比研究了Mn对18%Cr节镍型双相不锈钢热压缩大变形行为的影响,为18%Cr低铬系列双相不锈钢的热加工工艺、锻造工艺和热挤压等提供必要可靠的理论依据。实验采用Gleeble-3800热模拟试验机对不同Mn含量的实验样品进行了热变形条件为1123～1423K/0.01～10s-1的热压缩实验。通过对其微观组织、热力学本构方程、再结晶动力学以及热加工图的分析可知:1.在低应变速率(0.01-0.1s-1)下,奥氏体再结晶效果良好。随着热压缩温度的升高,奥氏体晶粒逐渐由极细小的初生晶粒向大小均衡的等轴晶转变。当应变速率为10s-1
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双相不锈钢的发展历史Fig1.1Historyofthedevelopmentofduplexstainlesssteel
昆明理工大学硕士学位论文6与铁素体不同，奥氏体层错能低，原子自扩散势垒较高。随着热变形过程中形变增加，各种形变位错之间容易发生堆积，变形储能也随之升高。由于位错的不断增加，会触发再结晶形核，软化的速度会因为再结晶形核所形成的新晶界的迁移以及动态回复形成的亚晶的消失而有所增大。宏观表现为材料的流变应力曲线在应力达到峰值后会出现非常明显的软化行为，随后达到稳定状态，如图1.2a所示。在热变形的初始阶段，应力随应变的升高而升高，达到峰值点(σp)后，合金发生动态再结晶，应力逐渐下降至某个稳定值（也可在这个值上下轻微浮动），随后加工硬化与动态软化效应达到平衡[29]。图1.2应力应变曲线(a)再结晶型;(b)回复型Fig.1.2Stress-straincurve(a)Recrystallizationtype;(b)Recoverytype需要注意的是，压缩试样应力应变曲线中的应变为真应变，其与工程应变的关系如下图1.3所示：图1.3试样压缩前后的尺寸与形状对比Fig.1.3SizeandShapeComparisonofSamplesbeforeandafterCompression真应变：ε=ln(00)(1-1)结合上诉对奥氏体和铁素体两种不同组织微观晶体结构的软化行为机理的分析，传统的理论和一些早期的研究认为，双相不锈钢在热变形过程中两种不同组织的软化行为与各(a)真应变真应力(b)真应力真应变L0L
第一章绪论9切带三种有害机制以及动态再结晶这种安全变形[42]。材料在热加工过程中应该尽量避免前三种有害机制而使用动态再结晶这种安全变形。如图1.3所示，为304奥氏体不锈钢的Raj热加工图图1.3304奥氏体不锈钢的Raj热加工图Fig.1.3RajHotprocessingmapof304AusteniticStainlessSteelRaj热加工图的局限性很大，只能适用于简单合金和纯金属材料，无法适用与各钟变形机制[44]。（2）DMM热加工图Raj加工图所用的原子理论模型局有其局限性，并不适用于一般商业化合金的加工。所以1983年，Prasad和Gegel等人利用物理系统模拟、大塑性变形连续介质力学和不可逆热力学理论创建了动态材料模型[45]，建立起大塑性变形和组织结构耗散的联系，进而将外界作用的能量通过工件塑性变形的耗散过程进行描述。解决了这一缺陷而且将材料的热变形行为准确的引入到有限元的流变分析中。随后Prasad[46],Gegel[47],Malas[48],Alexander[49]等人又在此基础上对此模型做了进一步完善，创建了功率耗散图。同时也提出了稳定变形区和失稳变形区的判据，建立了失稳图。将功率耗散图与失稳图两者叠加便形成了基于DMM的热加工图[50]。如图1.4所示，为18Cr9MnNi节镍型双相不锈钢的在不同应变下的热加工图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于热力学理论的Fe-Mn-Al-C系低密度钢层错能计算模型[J]. 章小峰,杨浩,李家星,阚中伟,施琦,黄贞益. 材料导报. 2018(16)
[2]双相不锈钢在海水淡化中的应用研究[J]. 王东,张东铭,史晓东,寇彦德,张岩岗. 冶金动力. 2018(02)
[3]LZ50钢的热变形行为及热加工图[J]. 杜诗文,陈双梅. 材料热处理学报. 2016(03)
[4]AZ80镁合金流变应力预测及动态再结晶动力学[J]. 李凡波,周海涛,秦径为,徐世鑫,丁洪波. 塑性工程学报. 2016(01)
[5]AerMet100钢的热变形显微组织演变及动态再结晶行为[J]. 王鑫,董洪波,邹忠波,王明主. 特种铸造及有色合金. 2016(02)
[6]国内外双相不锈钢的应用进展[J]. 张文毓,侯世忠. 装备机械. 2015(03)
[7]2507超级双相不锈钢的组织、性能及其焊接工艺[J]. 程巨强,李杰,弥国华,刘志学. 焊接技术. 2014(03)
[8]节镍型双相不锈钢的研究进展[J]. 杜春风,詹凤,杨银辉,严彪. 金属功能材料. 2010(05)
[9]节约型双相不锈钢2101高温变形过程中微观组织演化[J]. 方轶琉,刘振宇,张维娜,王国栋,宋红梅,江来珠. 金属学报. 2010(06)
[10]双相不锈钢2205的热加工性能研究[J]. 宋红梅,江来珠,余敏,林勤. 钢铁研究学报. 2010(02)
博士论文
[1]双相不锈钢热变形行为及组织演变[D]. 马明.东北大学 2016
[2]镍基高温合金高温变形行为及变形机理研究[D]. 周舸.东北大学 2013
硕士论文
[1]Mn对23%Cr节Ni型双相不锈钢的高温热变形行为影响研究[D]. 苏煜森.昆明理工大学 2018
[2]Ti-B20高强β钛合金压缩性能及高温变形行为研究[D]. 徐彦强.哈尔滨工业大学 2017
[3]特超级双相不锈钢热变形行为研究[D]. 刘德罡.东北大学 2015
[4]电热合金Cr20Ni80热变形行为及热加工图研究[D]. 龚乃国.兰州理工大学 2014
[5]Ni、Mn、N对2507超级双相不锈钢组织和性能的影响[D]. 朱岩.哈尔滨理工大学 2014
[6]超级双相不锈钢热变形行为及热加工工艺参数优化[D]. 贾如雷.上海交通大学 2014
[7]经济型双相不锈钢2101高温变形行为及机理研究[D]. 吴琨.西安建筑科技大学 2013
[8]Cr、Ni、Mo对双相不锈钢组织和性能的影响[D]. 张翼.哈尔滨理工大学 2012
[9]双相不锈钢2205中厚板TMCP工艺的研究[D]. 吴明睿.上海交通大学 2011
[10]2205双相不锈钢热加工性能和不锈钢复合板力学性能的研究及预测[D]. 陈治毓.西安建筑科技大学 2011
本文编号：2981316
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双相不锈钢的发展历史Fig1.1Historyofthedevelopmentofduplexstainlesssteel
昆明理工大学硕士学位论文6与铁素体不同，奥氏体层错能低，原子自扩散势垒较高。随着热变形过程中形变增加，各种形变位错之间容易发生堆积，变形储能也随之升高。由于位错的不断增加，会触发再结晶形核，软化的速度会因为再结晶形核所形成的新晶界的迁移以及动态回复形成的亚晶的消失而有所增大。宏观表现为材料的流变应力曲线在应力达到峰值后会出现非常明显的软化行为，随后达到稳定状态，如图1.2a所示。在热变形的初始阶段，应力随应变的升高而升高，达到峰值点(σp)后，合金发生动态再结晶，应力逐渐下降至某个稳定值（也可在这个值上下轻微浮动），随后加工硬化与动态软化效应达到平衡[29]。图1.2应力应变曲线(a)再结晶型;(b)回复型Fig.1.2Stress-straincurve(a)Recrystallizationtype;(b)Recoverytype需要注意的是，压缩试样应力应变曲线中的应变为真应变，其与工程应变的关系如下图1.3所示：图1.3试样压缩前后的尺寸与形状对比Fig.1.3SizeandShapeComparisonofSamplesbeforeandafterCompression真应变：ε=ln(00)(1-1)结合上诉对奥氏体和铁素体两种不同组织微观晶体结构的软化行为机理的分析，传统的理论和一些早期的研究认为，双相不锈钢在热变形过程中两种不同组织的软化行为与各(a)真应变真应力(b)真应力真应变L0L
第一章绪论9切带三种有害机制以及动态再结晶这种安全变形[42]。材料在热加工过程中应该尽量避免前三种有害机制而使用动态再结晶这种安全变形。如图1.3所示，为304奥氏体不锈钢的Raj热加工图图1.3304奥氏体不锈钢的Raj热加工图Fig.1.3RajHotprocessingmapof304AusteniticStainlessSteelRaj热加工图的局限性很大，只能适用于简单合金和纯金属材料，无法适用与各钟变形机制[44]。（2）DMM热加工图Raj加工图所用的原子理论模型局有其局限性，并不适用于一般商业化合金的加工。所以1983年，Prasad和Gegel等人利用物理系统模拟、大塑性变形连续介质力学和不可逆热力学理论创建了动态材料模型[45]，建立起大塑性变形和组织结构耗散的联系，进而将外界作用的能量通过工件塑性变形的耗散过程进行描述。解决了这一缺陷而且将材料的热变形行为准确的引入到有限元的流变分析中。随后Prasad[46],Gegel[47],Malas[48],Alexander[49]等人又在此基础上对此模型做了进一步完善，创建了功率耗散图。同时也提出了稳定变形区和失稳变形区的判据，建立了失稳图。将功率耗散图与失稳图两者叠加便形成了基于DMM的热加工图[50]。如图1.4所示，为18Cr9MnNi节镍型双相不锈钢的在不同应变下的热加工图。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于热力学理论的Fe-Mn-Al-C系低密度钢层错能计算模型[J]. 章小峰,杨浩,李家星,阚中伟,施琦,黄贞益. 材料导报. 2018(16)
[2]双相不锈钢在海水淡化中的应用研究[J]. 王东,张东铭,史晓东,寇彦德,张岩岗. 冶金动力. 2018(02)
[3]LZ50钢的热变形行为及热加工图[J]. 杜诗文,陈双梅. 材料热处理学报. 2016(03)
[4]AZ80镁合金流变应力预测及动态再结晶动力学[J]. 李凡波,周海涛,秦径为,徐世鑫,丁洪波. 塑性工程学报. 2016(01)
[5]AerMet100钢的热变形显微组织演变及动态再结晶行为[J]. 王鑫,董洪波,邹忠波,王明主. 特种铸造及有色合金. 2016(02)
[6]国内外双相不锈钢的应用进展[J]. 张文毓,侯世忠. 装备机械. 2015(03)
[7]2507超级双相不锈钢的组织、性能及其焊接工艺[J]. 程巨强,李杰,弥国华,刘志学. 焊接技术. 2014(03)
[8]节镍型双相不锈钢的研究进展[J]. 杜春风,詹凤,杨银辉,严彪. 金属功能材料. 2010(05)
[9]节约型双相不锈钢2101高温变形过程中微观组织演化[J]. 方轶琉,刘振宇,张维娜,王国栋,宋红梅,江来珠. 金属学报. 2010(06)
[10]双相不锈钢2205的热加工性能研究[J]. 宋红梅,江来珠,余敏,林勤. 钢铁研究学报. 2010(02)
博士论文
[1]双相不锈钢热变形行为及组织演变[D]. 马明.东北大学 2016
[2]镍基高温合金高温变形行为及变形机理研究[D]. 周舸.东北大学 2013
硕士论文
[1]Mn对23%Cr节Ni型双相不锈钢的高温热变形行为影响研究[D]. 苏煜森.昆明理工大学 2018
[2]Ti-B20高强β钛合金压缩性能及高温变形行为研究[D]. 徐彦强.哈尔滨工业大学 2017
[3]特超级双相不锈钢热变形行为研究[D]. 刘德罡.东北大学 2015
[4]电热合金Cr20Ni80热变形行为及热加工图研究[D]. 龚乃国.兰州理工大学 2014
[5]Ni、Mn、N对2507超级双相不锈钢组织和性能的影响[D]. 朱岩.哈尔滨理工大学 2014
[6]超级双相不锈钢热变形行为及热加工工艺参数优化[D]. 贾如雷.上海交通大学 2014
[7]经济型双相不锈钢2101高温变形行为及机理研究[D]. 吴琨.西安建筑科技大学 2013
[8]Cr、Ni、Mo对双相不锈钢组织和性能的影响[D]. 张翼.哈尔滨理工大学 2012
[9]双相不锈钢2205中厚板TMCP工艺的研究[D]. 吴明睿.上海交通大学 2011
[10]2205双相不锈钢热加工性能和不锈钢复合板力学性能的研究及预测[D]. 陈治毓.西安建筑科技大学 2011
本文编号：2981316
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