2507双相不锈钢在高温轧制变形量与力学性能之间关系

浙江宏盛特钢有限公司技术人员，通过研究2507双相不锈钢在1000℃下不同轧制变形量的拉伸工程应力-应变曲线发现为不同轧制变形量后材料抗拉强度以及相应屈服强度的变化趋势。从图可以看出，材料的抗拉强度随轧制变形量的增加而增加。轧制变形量为40、60和80%的抗拉强度分别为533、577和582 MPa。随着变形量的增加屈服强度也是增加的，轧制变形量为40、60和80%的屈服强度分别为232、284和456 MPa。轧制变形量为40、60和80%的延伸率分别为12.5、11.1和11.5%。延伸率随轧制变形量的增加有所下降。从上述分析可知，轧制后材料硬度，抗拉强度和屈服强度都随轧制变形量的增加而增加，延伸率随变形量的增加稍有下降。

图为2507双相不锈钢在1000℃下不同轧制变形量下的低倍和高倍断口SEM图，可以看到40%轧制量时，在低倍SEM照片上可以看到河流状花样和细小的韧窝，在放大图上可以清晰的观察到有大的韧窝和小的韧窝，也有少量的解理面，结合材料的拉伸应力应变曲线，可以知道材料为韧-脆混合型断裂，以韧性断裂为主。60%轧制量时，在低倍下可以看到主要由解理面区域和韧窝区域构成，材料的韧性断裂区和脆性断裂区分布不均匀，在高倍下可以看到材料在解理面区域内只有少量的韧窝存在，材料为韧-脆混合型断裂。变形量为80%时，材料的断口形貌主要由解理面构成，只有少量的韧窝存在，材料的断裂方式为韧-脆混合型断裂。在不同变形轧制量下材料的断裂都是韧-脆混合型断裂，但随着轧制变形量的增加，脆性断裂的所占的比例逐渐提高。

2507双相不锈钢材料在1000℃下不同变形量轧制时，主要由铁素体相和奥氏体相组成，随轧制变形量的增加，奥氏体体积分数先基本保持不变，后急剧减少。这主要是由于在500~1600℃的范围对不锈钢进行热加工时，会发生奥氏体向铁素体的转变。因为在轧制过程中奥氏体的晶界和奥氏体/铁素体相界处都可以作为铁素体的形核点，双相不锈钢由奥氏体和铁素体两相组成，在铸态时，基本有1:1的相比例，奥氏体和铁素体相界面多，随着变形量的增大，晶粒破碎后相界面增多，形核位置也随之增加，因此随着轧制变形量大的增加，奥氏体体积分数减少，铁素体体积分数增大，实验观察到的结果是奥氏体的体积分数分别为48%、49%和27%，这和实验结果相吻合。也和其他文献的报道相一致。

在1000℃下轧制后，材料的组织明显比铸态的更加致密，在SEM组织照片中没有观察到微小孔洞，奥氏体沿轧制方向被拉长。微纳结构2507双相不锈钢在1000℃下轧制变形量为40%、60%和80%时，由于在再结晶温度以上加工变形时，轧制过程中加工硬化与高温动态软化同时进行，两者作用相抵消，不显示硬化效果。根据文献报道，在铁素体中同时存在动态回复和连续的动态再结晶，而奥氏体中只存在不连续的动态再结晶。轧制变形后组织中的气孔、疏松等缺陷消失，偏析部分消除，粗大的晶粒变为细小均匀的等轴晶，夹杂物或脆性相的形态及分布得以改善，提高了材料的致密度，使材料的力学性能相比于铸态得到显著提高。为了进一步研究微纳结构对力学性能的影响，利用透射电镜拍摄的不同变形量的明场像、暗场像和选区电子衍射花样，从图可以看到选区电子衍射花样为一系列的圆环，分别为铁素体和奥氏体，还有一些分散的不连续的衍射斑点，这说明合金主要由铁素体相和奥氏体相组成，组织中含有纳米晶颗粒及细小的微米晶颗粒。结合暗场相，可以看到在明场相中，白色的区域为微米晶，黑色小块及灰色区域为纳米晶。通过Image Pro Plus软件统计10张暗场相中的纳米晶，计算得到轧制变形量为30、50和70%时，对应的纳米晶的平均体积分数分别17.1、8.2和4%，平均晶粒尺寸分别为19.2、32和23.2 nm，变化趋势如图所示。相比于铸态合金，在1000℃轧制后纳米晶晶粒尺寸先减小后增大，再减小，纳米晶晶粒尺寸的分布范围逐渐缩小，晶粒大小逐渐趋于一致，且随着轧制变形量的增加，纳米晶颗粒分散变得更加的均匀。这主要是要由于轧制过程中既有外力作用下晶粒的破碎，也有在高温下纳米晶的长大。在轧制的早期，在外力作用下，大的晶粒破碎为小晶粒，晶粒尺寸减小。另外在外力作用下铁素体和奥氏体相都要发生变形，由于多相滑移的作用，奥氏体通过位错墙的连续细分而得到细化，晶粒尺寸减小。随着轧制的进一步进行，亚晶粒旋转，增加了一部分高角度晶粒边界，最终导致奥氏体晶粒的晶粒尺寸进一步减小。变形量为50%时，由于伴随有晶粒的破碎，且在高温下停留时间较长，晶粒长大占主导趋势，所以晶�；嵊兴ご�。在变形量为70%时，由于大的变形量使晶粒破碎更明显，纳米晶晶粒尺寸减小。纳米晶体积分数随着轧制变形量的增加一直减小，随着变形量增加，出现大量的亚微米晶，这是由于在高温下轧制，纳米晶合并长大为亚微米晶的原因。随着变形量增加，纳米晶体积分数减少，亚微米晶体积分数增加，纳米晶晶粒尺寸趋于一致且分散均匀，这些都使得材料的强度逐渐提升，延伸率基本不变。

在1000℃不同变形量轧制后，材料的硬度逐渐提高，这和强度的变化基本保持一致，但根据硬度和强度的换算关系式发现，材料的实际抗拉强度远低于硬度的估算值，这是主要由于铝热反应法制备的微纳结构合金内部有一些孔洞，在1000℃轧制后虽然在SEM照片中没有观察到孔洞，但由于拉伸试样尺寸小，难免在其中还存在一些孔洞，使得材料的实际强度低于测量强度。

浙江宏盛特钢有限公司主要探索铝热反应制备的2507双相不锈钢的开坯参数，将2507双相不锈钢在1000℃下不同变形量轧制，分析其组织和力学能，主要得出以下结论：

1. 在1000℃下不同变形量轧制时没有发生相变，材料由奥氏体和铁素体两相组成，结合SEM照片统计，在40%和60%变形量轧制时，都能得到奥氏体和铁素体以1:1组成。在80%变形量轧制时，材料主要由73%的铁素体相和27%的奥氏体组成。奥氏体晶粒尺寸随轧制变形量增大而减小，铁素体晶�；颈３植槐�。

2. 在1000℃下不同变形量轧制后，材料的组织更加的密实，在SEM组织照片中没有观察到微小孔洞。合金的元素分布基本均匀，在40%和60%变形量轧制时，有少量碳化物析出，80%变形量轧制时，有少量富铬相区域。

3. 随着轧制变形量增加，材料的抗拉强度分别为533、577和582 MPa，延伸率分别为12.5、11.1和11.5%。随着轧制变形量的增加，材料的强度增加，延伸率有所下降。断口分析表明材料是韧脆混合断裂，随着变形量的增大，脆性断裂的比例逐渐增大。

4. 结合1000℃下不同变形量轧制后的组织及力学性能，参考课题组前期304不锈钢等轧制工艺，确定1000℃下变形量40%为开坯工艺，主要是因为在这一条件下，材料相比例接近1:1，微观组织密实，奥氏体和铁素体晶粒尺寸都在纳米晶范围内，且材料的厚度较厚，有利于后续加工。

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