轧制参数对微纳结构2507双相不锈钢力学性能的影响

轧制是工业生产常用的加工方式，轧制后材料的力学性能除了受到材料自身的力学性能影响外，还由材料的轧制工艺参数所决定。轧制的过程受到很多因素的影响，其中以轧制温度和变形量最为重要。在不同的温度下，材料有不同的相组成，直接影响着材料的高温塑性。且在不同的温度下，材料有不同的流变应力，决定了材料的变形抗力。在不同的温度下轧制，材料的软化机制也有所不同，对轧制后材料的力学性能有很大的影响。

轧制变形量也是对轧制后材料的组织和力学性能有重要影响，随着轧制变形量的增大，制备的材料厚度更薄，晶粒拉长更加的明显，材料的硬化能力也有所改变。而且对微纳结构材料进行轧制时，轧制变形量对材料的组织有着显著的影响，随着轧制变形量的增大，组织中的亚微米晶奥氏体晶粒尺寸逐渐减小，组织细化并分布越来越均匀，最终反应在力学性能上，主要是强度的大幅提高，从而制备出高强度并同时具有高塑性的微纳结构材料。因此很有必要研究轧制温度和变形量对微纳结构 2507双相不锈钢的影响。

浙江宏盛特钢有限公司利用铝热反应法制备了微纳结构的304不锈钢，在600℃不同变形量轧制，结果表明，随着轧制变形量的增加，亚微晶奥氏体随着轧制变形量增加破碎为纳米晶。当轧制变形量为70%时，亚微晶全部分解为纳米晶，钢中微米晶奥氏体相分散较均匀，但晶粒尺寸较大。纳米晶奥氏体增加到70 nm�？估慷却�850 MPa提高到965 MPa，屈服强度由652 MPa提高到837 MPa，伸长率由33%下降到19%，晶间腐蚀速率从1.36g/( m2 /h)下降到0.46g/(m2 /h)。强度和晶间腐蚀性能明显提高。当轧制变形量为70%时，抗拉强度、屈服强度、伸长率和晶间腐蚀性能最好。

根据之前的试验结论，我们可以知道微纳结构2507双相不锈钢在1000℃下40%变形量时，奥氏体和铁素体相比例接近1:1，奥氏体晶粒和铁素体晶粒均在纳米晶范围内，且材料的塑性较好。因此本章主要利用在1000℃下变形量为40%变形量轧制后的样品，在800和600℃下以不同的变形量轧制，利用单向拉伸实验、XRD，SEM和EPMA，研究轧制温度对其力学性能的影响。

一、实验过程

不锈钢的轧制将1000℃下变形量为40%轧制后的样品上下表面用砂纸打磨光亮。在电阻炉内加热至800℃，然后在二辊热冷轧机上以30、50和70%变形量轧制，相比于1000℃，材料的变形抗力增大，因此每次的压下量调整为0.8 mm，其余参数和操作均与第三章相同。600℃下的轧制过程和800℃轧制过程完全一样。

二、实验结果

1. 800℃下不同变形量轧制的力学性能

图为微纳结构2507双相不锈钢在800℃下不同轧制变形量的拉伸工程应力-应变曲线，图)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先增加后减小。轧制变形量为30%、50%和70%的抗拉强度分别为574、912和817 MPa�？估慷人孀疟湫瘟康脑黾酉仍黾雍蠹跣�，轧制变形量为30%、50%和70%的屈服强度分别为555、523和711 MPa，屈服强度和抗拉强度随着变形量的先减小后增加，当轧制变形量。轧制变形量为30%、50%和70%的延伸率分别为8.3、24.3和7.4%。延伸率随轧制变形量的增加先增加后减小。

图为微纳结构2507双相不锈钢在800℃下不同变形轧制量下的硬度变化。在800℃下经轧制变形为30%、50%和70%后的硬度分别为294、393和418 HV，轧制后材料硬度随轧制变形量的增加而增加。

图是微纳结构2507双相不锈钢在800℃下不同轧制变形量下的低倍和高倍断口SEM图，可以看到断口表面大体形貌粗糙、不均匀、灰白色，可以看到试样在30%轧制量时，试样在宏观上没有明显的塑性变形，在低倍SEM照片上可以看到大小不均匀，长度和宽度不一致的韧窝，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。50%轧制量时，试样在宏观上有明显的颈缩变形，在低倍SEM照片上可以看到细小的韧窝和撕裂面，在放大图上可以清晰的观察到有大的韧窝和小的韧窝，断口表面不平整，结合材料的拉伸应力应变曲线，可以知道材料为韧型断裂。70%轧制量时，可以观察到大量的大小不一致的韧窝，几乎没有解理面，为韧性断裂。在不同变形轧制量下材料的断口照片中都能观察到大量的韧窝存在，解理面很少，除30%变形量为韧-脆混合型断裂，50%和70%都为韧性断裂。

图是微纳结构2507双相不锈钢在800℃下不同变形轧制量下的XRD图谱，30%和50%轧制后材料依然由铁素体和奥氏体两相组成，各峰的峰强基本保持不变，在70%轧制变形量后主要由铁素体和奥氏体组成，还有少量的σ相。

图是微纳结构2507双相不锈钢在800℃下不同变形轧制量下的EPMA图谱，从背散射图中可以看出合金由灰色和白色构成，由第三章的结果可知白色为奥氏体，灰白色为铁素体。试样在800℃下30%轧制时有铝元素富集区，其他元素分布基本均匀。50%变形量轧制后铝元素偏聚基本消失，70%变形量轧制后出现一些贫铁富铬区，结合XRD结果可知为σ析出相，且奥氏体体积分数增多。

2. 600℃下不同变形量轧制的力学性能

图是微纳结构2507双相不锈钢在600℃下不同变形量轧制的力学性能，图为微纳结构2507双相不锈钢在不同轧制变形量的拉伸工程应力-应变曲线，图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，材料的强度提高，轧制变形量为30%、50%和70%的抗拉强度分别为726、863和971 MPa，随着变形量的增加屈服强度也是增加的，轧制变形量为30%、50%和70%的屈服强度分别为508、511和712 MPa，轧制变形量为30%、50%和70%的延伸率分别为10.5、11.9和14.2%，延伸率随轧制变形量的增加也增加。

图为微纳结构2507双相不锈钢在1000℃下不同变形轧制量下的硬度变化。在600℃下经轧制变形为30%、50%和70%后的硬度分别为345、347和395 HV。硬度随变形量的增加而增加，变化趋势和材料的强度保持一致。

图是微纳结构2507双相不锈钢在800℃下不同轧制变形量下的低倍和高倍断口SEM图，可以看到断口表面大体形貌粗糙、分布不均匀、呈灰白色，可以看到30%轧制量时，试样在宏观上没有明显的塑性变形，在低倍SEM照片上可以看到少量韧窝，大量的河流花样，高倍下可以观察到有大小不一的韧窝，较多的解理面，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。50%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，断口表面大体形貌粗糙、分布不均匀、呈灰白色，宏观上没有明显的塑性变形，有少量的韧窝，大小不均匀，材料的韧性断裂区和脆性断裂区分布不均匀，在高倍下可以看到断口形貌主要为河流状花样，有大量的解理面存在，只有极少部分的韧窝存在，结合材料的拉伸应力应变曲线，材料为韧-脆混合型断裂。相比与50%的断口形貌，70%轧制量时，低倍下的断口形貌几乎一致，在高倍下可以观察到数量更多的韧窝，材料的韧性断裂区和脆性断裂区分布变得均匀，结合材料的拉伸应力应变曲线，材料为韧-脆混合型断裂。600℃下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，韧性断裂的所占的比例逐渐提高。

图是微纳结构2507双相不锈钢在600℃下不同轧制变形量下的XRD图谱，不同变形量轧制后材料依然由铁素体和奥氏体两相组成，各峰的峰强基本保持不变，在70%轧制变形量后奥氏体的峰强有所减弱，没有出现σ析出相。

图是微纳结构2507双相不锈钢在600℃下不同变形轧制量下的EPMA图谱，从背散射图中可以看出合金由灰色和白色构成，由第三章的结果可知白色为奥氏体，灰白色为铁素体。试样在600℃下不同变形量轧制时铝元素有不同程度的富集，其他元素分布基本均匀。没有发现贫铁富铬区，结合XRD结果可知没有σ析出相。由BEI图像上可以看到材料在600℃轧制后奥氏体和铁素体都沿轧制方向拉长。其中50%变形量下奥氏体和铁素体呈交替排列。

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