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铁素体不锈钢热变形行为研究

作　者: 周璟
导　师: 樊丁；张建斌
学　校: 兰州理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 铁素体不锈钢热变形动态再结晶激活能热加工图
分类号: TG142.71
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

自不锈钢开发以来,奥氏体不锈钢一直占据主导地位。随着全球镍供应紧张,低镍或无镍的铁素体不锈钢开始得到了国内外重视,并在实际中得到广泛应用。相对于奥氏体不锈钢,铁素体不锈钢具有低成本、低热膨胀率、耐高温氧化和优良耐蚀性的优点,已广泛应用于工业及民用各领域。430铁素体不锈钢是铁素体不锈钢的代表钢种,其低温加工成型性较好,多应用于建筑装饰及各种管材的生产加工。409L铁素体不锈钢以其优良的低冷加工硬化倾向、耐高温、耐点腐蚀性能很好地满足了汽车排气系统用钢的要求并成为其首选材料。近年来薄带钢铸轧成为当今钢铁工业最令人关注的新工艺,但不锈钢铸坯中存在裂纹,会严重影响到铸坯的后续加工以及最终产品的质量。而后续热轧钢卷产生的边损、边裂、起皮等缺陷更是对产品的成品率和经济效益产生了明显的不良影响。本文通过对铸态409L铁素体不锈钢和430铁素体不锈钢的高温力学性能与高温变形行为进行基础性研究,为铸轧工艺的制定提供基础数据。本文采用THERMORSTER-W热模拟试验机对409L铁素体不锈钢和430铁素体不锈钢进行单道次高温压缩热变形试验(压下量为50%)。热变形试样尺寸参考GB／T 7314-2005设计加工,并根据热变形试验性质和实验设备条件(加热速度、冷却速度、温度精度)综合考虑,设计出符合实验要求的工装夹具。试验温度为950℃、1000℃、1050℃、1100℃和1150℃,应变速率为0.01 s-1、0.05 s-1、0.1 s-1、0.5 s-1、1.0 s-1和2.5 s-1。从显微组织、流变曲线、热变形方程及Z参数、热加工图四方面分别讨论了409L铁素体不锈钢和430铁素体不锈钢两种不同钢种的热变形行为。得出以下结论：(1)409L和430不锈钢热变形后铁素体区域变化趋势相似,均经历了回复、部分再结晶及完全再结晶三个阶段。应变速率1.0s-1时,在全温度段内铁素体都发生了动态再结晶,并且随变形温度升高,铁素体晶粒明显粗大；变形温度一定时,应变率越大,铁素体动态再结晶尺寸越细小。(2)两种不锈钢的流变曲线大都具有相似特征,大致可分为三类。第一类为流变曲线呈逐渐上升的加工硬化型；第二类为流变曲线具有一个稳态的动态回复型；第三类为流变曲线出现明显峰值,然后逐步下降进入稳定变形状态,曲线呈水平状态,即动态再结晶型,例如409L不锈钢T=950℃、ε=0.1 s-1(真应变为0.18,σp=38.35 MPa)及430不锈钢T=950℃、ε=0.05 s-1(真应变为0.3,σp=42.32MPa)时,流变曲线即为动态再结晶型。(3)得出409L铁素体不锈钢的热变形激活能Q为310 kJ/mol,应力指数n为5.51,热变形方程为430铁素体不锈钢的热变形激活能Q为344 kJ/mol,应力指数n为1.08,热变形方程为(4)根据表观应力指数n及热变形激活能Q的大小推测出409L不锈钢变形机制为扩散攀移,430不锈钢变形机制为晶界扩散。铁素体不锈钢软化机制与Z参数有关：Z值越小,位错和晶界的迁移性越高,变形中发生动态再结晶倾向越大,动态再结晶组织发展越充分。(5)碳含量和铬含量的差异导致409L不锈钢应变量对热加工图形状影响大,而对430不锈钢的热加工图影响不大。

全文目录

目录  5-8
摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
插图索引  12-14
附图索引  14-15
第1章绪论  15-32
  1.1 研究背景与意义  15-16
  1.2 不锈钢的分类  16-17
  1.3 铁素体不锈钢的发展和应用现状  17-22
    1.3.1 铁素体不锈钢的发展历史  17-18
    1.3.2 铁素体不锈钢的分类  18-19
    1.3.3 铁素体不锈钢的性能特点及在一些领域中的主要应用  19-20
    1.3.4 铁素体不锈钢的研究现状和发展动态  20-22
      1.3.4.1 铁素体不锈钢的化学成分  20-21
      1.3.4.2 铁素体不锈钢的性能优势  21-22
  1.4 合金元素对铁素体不锈钢的影响  22-25
  1.5 不锈钢热变形行为研究  25-31
    1.5.1 本构方程及Zener-Hollomon参数  25-27
    1.5.2 金属材料高温塑性变形中的动态回复与动态再结晶  27-29
      1.5.2.1 动态回复  27-28
      1.5.2.2 动态再结晶  28
      1.5.2.3 再结晶组织对成型性能的影响  28-29
    1.5.3 不锈钢热变形行为的研究现状  29-31
  1.6 本文的研究内容  31-32
第2章试验材料及方法  32-40
  2.1 技术路线  32-33
  2.2 试验材料  33-35
    2.2.1 409L不锈钢  33-34
    2.2.2 430 不锈钢  34-35
  2.3 热变形试验  35-39
    2.3.1 取样部位  35-36
    2.3.2 试样尺寸  36
    2.3.3 试验夹具的设计  36-37
    2.3.4 试验装置  37-38
    2.3.5 试验方法  38
    2.3.6 试样显微组织观察  38-39
  2.4 本章小结  39-40
第3章 409L不锈钢热变形行为研究  40-62
  3.1 单轴压缩试验可行性分析  40-41
  3.2 409L不锈钢热变形显微组织  41-43
    3.2.1 不同变形温度条件下的显微组织  41-42
    3.2.2 不同变形速率条件下的显微组织  42-43
  3.3 409L不锈钢高温流变曲线  43-50
    3.3.1 不同变形温度条件下的流变曲线  43-46
    3.3.2 不同变形速率条件下的流变曲线  46-50
  3.4 热变形方程与Z参数  50-53
    3.4.1 热变形方程的建立  50-52
    3.4.2 Zener-Hollomon参数  52-53
  3.5 热变形应变速率敏感性指数及能量消耗效率  53-57
  3.6 409L不锈钢的热加工图  57-60
  3.7 本章小结  60-62
第4章 430不锈钢热变形行为研究  62-81
  4.1 引言  62
  4.2 430不锈钢热变形显微组织  62-65
    4.2.1 不同变形温度条件下的显微组织  62-64
    4.2.2 不同变形速率条件下的显微组织  64-65
  4.3 430不锈钢高温流变曲线  65-70
    4.3.1 不同变形温度条件下的流变曲线  65-67
    4.3.2 不同变形速率条件下的流变曲线  67-70
  4.4 热变形方程与Z参数  70-73
    4.4.1 热变形方程的建立  70-71
    4.4.2 Zener-Hollomon参数  71-73
  4.5 热变形应变速率敏感性指数及能量消耗效率  73-76
  4.6 430不锈钢的热加工图  76-79
  4.7 本章小结  79-81
第5章试验结果分析与讨论  81-90
  5.1 显微组织分析  81-84
  5.2 流变曲线分析  84
  5.3 热变形方程与Z参数分析  84-86
  5.4 热加工图分析  86-89
  5.5 本章小结  89-90
结论  90-92
参考文献  92-97
致谢  97-98
附录攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  98

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