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用于代替18-8型铬镍奥氏体不锈钢并以锰、氮代镍的铬-锰-镍-氮节镍型奥氏体不锈钢在20世纪30年代首先由德国开始研制,到40年代美国在此方面的研究已经取得了显著的成果。近十年来,通过加入铜元素又开发出了许多经济型奥氏体不锈钢,比如204Cu不锈钢的镍含量(质量分数,下同)比304不锈钢的低6%,同时通过加入3%Cu、8%Mn和不超过0.25%N,可获得与304不锈钢类似的成型性能、加工硬化率和耐腐蚀性。

节镍型奥氏体不锈钢的高温塑性—不锈钢加铜作用

钢中加入铜后可以提高钢液的流动性以及钢的冷加工性能;在轧后缓慢冷却或固溶时效处理后会析出ε-Cu相产生强化作用;铜还会阻碍形变奥氏体的再结晶,增加铁素体的形核率并抑制铁素体长大而起到细化晶粒的作用;在不锈钢中加入4%的铜,可有效提高奥氏体的稳定性和耐腐蚀性。但是不锈钢中加入铜后,其热加工性能受到影响,容易发生热脆。这是因为将钢加热到1100~1200℃时,由于选择性氧化,会优先形成氧化皮,在氧化层和钢之间的界面上会有一层极薄的液态铜(铜的熔点为1083℃),热轧或连铸时,钢中残余的铜便大量渗入晶界,造成晶间开裂。高温塑性是衡量连铸坯性能的重要指标,前人对加入铜后在不锈钢表面形成氧化皮的研究较多,而关于铜对不锈钢尤其是节镍型奥氏体不锈钢高温塑性影响的研究比较少。为此,对不同铜含量的两种节镍型奥氏体不锈钢的高温塑性进行了对比研究,并分析了铜在其中的作用。

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试验材料为某厂生产的铜含量不同的两种铸钢坯,其化学成分如表1所示。机加工出φ10mm×130mm的高温拉伸圆柱试样(两端各有一长度为10mm的M10螺纹),试样表面粗糙度Ra不大于0.32μm。

表1试验用钢的化学成分(质量分数)

试样

C

Mn

Cr

Ni

Cu

Si

S

P

N

1

0.017

8.7

16.1

6.2

3.20

≤0.3

≤0.004

≤0.02

≤0.015

2

0.018

8.9

15.8

6.4

2.88

≤0.3

≤0.004

≤0.02

≤0.015

拉伸试验在Gleeble-3800型热/力模拟机上进行,将试样以5℃·s-1的速率升温至1300℃,保温4min,然后再以5℃·s-1的冷速降至900~1250℃之间的不同温度,以1mm·s-1的速度进行拉伸。拉伸后对断口立即水冷,以保留高温变形时的组织。金相及电镜试样在断口附近沿变形的垂直方向截取,经手工在不同型号金相砂纸上研磨后抛光,用氢氟酸、硝酸、水的体积比例为2∶1∶7的混合溶液腐蚀,然后用MDS型光学显微镜观察显微组织。

节镍型奥氏体不锈钢的高温塑性—不锈钢加铜作用不锈钢装饰管

(2)随着铜含量的增加,奥氏体不锈钢高温塑性降低,原因是富集的铜和杂质形成了低熔点颗粒脆化导致了塑性降低。

(3)奥氏体中的铁素体对奥氏体不锈钢的高温塑性影响较大,铁素体含量的增多及网状分布会使不锈钢的高温塑性显著降低。

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