节约型双相不锈钢性能与研究状况

近年来,由于世界矿石资源的紧缺导致原材料价格不断上涨,节约型双相不锈钢以其价格和性能的双重优势逐渐得到广泛应用,尤其在石油化工、造纸、食品、淡水处理等行业成为替代传统的奥氏体不锈钢304L、316L等的理想材料。主要介绍节约型双相不锈钢的合金成分特点,研究状况和目前开发的新钢种及性能;并与其他不锈钢的性能及应用作出对比。其中双相不锈钢2304和LDX2101作为节约型双相不锈钢的主要产品,在工业和建筑行业已得到了广泛应用和认可。

节约型双相不锈钢组织性能控制与制造技术

节约型双相不锈钢在提高强度、改善韧性、耐蚀性能及焊接性能等方面具有突出优点,可望广泛应用于核电、石化、造船、造纸、海水淡化等领域,成为一种性能优良又节约资源的结构材料。但是,由于缺乏对其热加工特性及合理加工工艺全面深入的了解,还未能实现大规模工业化生产节约型双相不锈钢。针对节约型双相不锈钢热塑性更差、热加工制备更困难等关键问题,分析了合金成分设计、热变形行为与热塑性控制、微观显微组织演变、热加工安全区预测及脆性相析出动力学规律等的研究进展,指出了突破节约型双相不锈钢工业化生产的关键工艺技术方向。

Cr21节约型双相不锈钢的高温塑性

通过高温拉伸和高温压缩试验研究了两种Cr21节约型双相不锈钢在950～1150℃温度范围内的高温塑性,结果表明两种材料的高温塑性差异很大.通过温度、应变速率、相比例和显微组织4个方面的分析发现,适当增加稳定铁素体相元素和升高变形温度有利于提高Cr21节约型双相不锈钢的高温塑性.在较低温度较高应变速率热变形时,裂纹容易在被拉长的奥氏体和铁素体相界处形核并沿着相界在铁素体内进行扩展.

固溶温度对节约型双相不锈钢TRIP/TWIP行为的影响

通过微拉伸、电子背散射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)等手段,研究了具有亚稳奥氏体相的节约型双相不锈钢在1 000~1 200℃范围内不同固溶温度下的组织与性能的演变规律;探讨了固溶温度对形变诱导塑性(TRIP/TWIP)的作用机制。结果表明,随着固溶温度的升高,抗拉强度与伸长率均先升高后降低,而亚稳奥氏体相比例由74%(1 000℃)降低到37%(1 200℃);1 050℃固溶时,试验钢表现出最佳综合性能,抗拉强度达到960 MPa,伸长率达到62%,强塑积达到60 GPa·%。在经拉伸变形的微观结构中形变诱导马氏体与形变孪晶共存,表明试验钢中亚稳奥氏体相的变形机制主要受TRIP及TWIP共同控制,从而导致其塑性变形过程呈现多阶段应变硬化特征,而钢中铁素体相的变形机制主要变形为位错的滑移。

节约型双相不锈钢2101高温变形过程中微观组织演化

采用电子背散射衍射技术(EBSD)和TEM研究了节约型双相不锈钢2101在温度为1000℃和应变速率为5 s^(-1)的高温变形过程中的微观组织演化.结果表明,铁素体和奥氏体都发生以小角度晶界不断向大角度晶界转变为特征的连续动态再结晶(CDRX).固溶退火后双相不锈钢奥氏体内出现大量退火孪晶.随变形量增加,奥氏体中具有∑3位向关系的晶界逐渐消失.高温变形过程中双相微观组织演化机制的耦合作用共同决定了流变曲线特征.

热加工图对节约型双相不锈钢2101表面裂纹的预测

采用THEMOMASTER-Z热模拟试验机对节约型双相不锈钢2101在变形温度950～1150℃、应变速率0.01～30s-1及真应变0.8的条件下进行高温压缩试验。在较低变形温度或较高应变速率区域变形时,试验钢在环形拉应力的作用下,在试样鼓肚处易出现与压缩轴呈45°的表面裂纹。利用试验数据分别采用动态材料模型理论和塑性功方法构建热加工图对试验钢表面裂纹进行预测。基于动态材料模型构建得到的热加工图与试验钢表面裂纹存在较大差别,而基于塑性功方法构建得到的热加工图对压缩试样表面裂纹的预测结果与试验结果基本吻合。

等温时效对节约型双相不锈钢2101析出行为的影响

研究了700~850℃等温时效对节约型双相不锈钢LDX 2101析出行为的影响。研究结果表明经等温时效处理,颗粒状析出物主要在奥氏体和铁素体相界处形核长大,从而恶化材料的冲击韧性。700℃是影响该材料冲击韧性最敏感脆化温度。在700℃等温时效处理120 min后,冲击韧性值降低到33 J,仅为固溶处理后冲击韧性值的31%。经过TEM观察分析,颗粒状析出物主要是Cr2N型氮化物以及少量Cr23C6型碳化物。

节约型双相不锈钢组织演变规律的研究进展

节约型双相不锈钢是一种高性能、低成本的结构材料,拥有广阔的应用前景,有望广泛应用于核电、石化、造船、造纸和海水淡化等领域,但是其热加工制备困难,阻碍了大规模工业化生产。简要介绍了国内外双相不锈钢的研究现状,综述了双相不锈钢的组织性能演变、热变形规律及脆性相析出行为等。从组织演变规律入手,指出改善节约型双相不锈钢热塑性的重要性及可行性。

节约型双相不锈钢TRIP效应致塑性增量及其固溶温度依赖性

在Gleeble-3800试验机上进行了经1000~1200℃固溶处理后的节约型双相不锈钢(LDX)的拉伸变形实验,利用TEM分析了其加工硬化特性的微观机制,利用XRD测定计算了不同条件下形变诱导马氏体的饱和转变量。基于加工硬化规律对变形温度(室温~100℃)的敏感性,分别提出了室温变形时TRIP效应诱发塑性增量(或均匀延伸率增量)的量化指标:表观塑性增量(Δe)、单位体积马氏体诱发的平均塑性增量(Δe^→)及只与奥氏体稳定性有关的本征塑性增量(Δe^*),探讨了固溶温度对它们的影响规律。结果表明:LDX中形变诱导马氏体相变(SIMT)存有γ→ε→α′与γ→α′2种机制,引发TRIP效应并使LDX表现出"三阶段"加工硬化特征。不同固溶温度分别对应不同的临界变形温度(Md),使LDX在M_d温度变形时不存在TRIP,固溶温度越高,Md越低、Δe越小。随着固溶温度增加,Δe^→逐渐增加,而Δe^*则逐渐减小,即奥氏体越稳定,TRIP本征增量越小。此外,Δe^→与Δe^*均与奥氏体稳定性系数(k)间存在一定的线性关系。

采用双辊薄带铸轧工艺制备耐腐蚀性良好的新型TRIP-无镍节约型双相不锈钢及其变形机理

新型TRIP-无镍节约型双相不锈钢薄带是采用双辊薄带铸轧工艺制备的,具有优良的耐腐蚀性能。本研究详细论述了无镍钢(DSS-2)的显微组织、耐腐蚀性能和力学性能,同时与含镍大约2%的双相不锈钢(DSS-1)进行比较,讨论合金镍对耐腐蚀性能和力学性能的影响。由于塑性变形期间发生了应变诱导马氏体相变,DSS-2钢的力学性能比DSS-1钢更为出色,抗拉强度和总延伸率的最终测量值分别可达960MPa和55%。随着固溶处理温度和应变速率的增高,DSS-2钢中应变诱导马氏体相变受到抑制。对于TRIP-无镍节约型双相不锈钢而言,奥氏体稳定性更多取决于奥氏体相内的元素配分,而非奥氏体晶粒尺寸,这种新型无镍钢的耐蚀性能和力学性能比奥氏体不锈钢SUS304更胜一筹,因而在某些领域作为防腐结构材料而取代SUS304。

节约型高强韧不锈钢及其薄带连铸制备技术

双辊薄带连铸技术自上世纪80年代至今已有近40年,但在常规不锈钢的工业化生产方面一直未取得成功。究其原因,主要归因于生产消耗、产品利润与产能之间的不匹配。近年来,国际国内开始将薄带连铸应用于制备节约型高强韧不锈钢,从而简化了热轧生产工艺,解决了因热塑性差而造成的钢板边裂和中裂等缺陷,大大提高了成材率。韩国浦项制铁采用薄带连铸技术生产出节约型双相不锈钢,耐腐蚀性能与SUS304奥氏体不锈钢相当,而抗拉强度可提高1倍,产品主要用于取代材料成本过高的奥氏体不锈钢。我国东北大学开发出高强韧节约型不锈钢的成分体系及其薄带连铸技术,制备出0.30~1.5mm厚薄带,其强塑积高达62 000 MPa·%且其耐腐蚀性能较SUS304高出10%~15%,可以应用于核电、石化、铁路交通及汽车结构等领域。本文就薄带连铸高强韧不锈钢的现状、应用及未来发展趋势进行了综述和分析。

氮对2205双相不锈钢在NaCl溶液中耐腐蚀性能的影响

在实验室条件下,以氮代镍冶炼节约型双相不锈钢2205-N,并采用电化学阻抗技术和电化学极化曲线法研究了试验钢在3.5%Na Cl(质量分数)溶液中的腐蚀行为。试验结果表明:在N含量(质量分数) 0. 11%～0. 35%范围内,随着N含量的增大,试验钢奥氏体相逐渐增多且晶粒细化、容抗弧半径逐渐增大、极化电阻R_p逐渐增大、腐蚀电流I_(corr)逐渐减小,2205-N双相不锈钢的抗腐蚀性随着N含量的增大逐渐增强。试验证明,以氮代镍生产节约型双相不锈钢是行之有效的。