軋制溫度對(duì)高鋁310S不銹鋼管力學(xué)性能和高溫抗氧化性能的影響及其機(jī)理

在不銹鋼管中加入鋁，可以形成附著力好的反擴(kuò)散氧化物Al2O3，大大提高了鋼的抗氧化能力。鋁的加入使鋼顆粒細(xì)化。它干擾基體中其他元素的擴(kuò)散，原子大小的不同引起原子間結(jié)合力的變化，晶格的扭曲，強(qiáng)度的增加，從而產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用。添加鋁元素時(shí)，會(huì)出現(xiàn)鐵素體相，鐵素體含量隨著鋁含量的增加而大大增加。不銹鋼管的范圍和強(qiáng)度不僅與元素的含量和種類有關(guān)，還與軋制工藝的工藝參數(shù)密切相關(guān)。不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)適中，可能因快速加熱和軋制而開裂。奧氏體不銹鋼在高溫下具有較大的變形抗力，所以如果加熱溫度不合適，軋制延展性會(huì)下降。加熱不僅要保證燃燒均勻，還要防止過熱。奧氏體鋼在高溫下會(huì)產(chǎn)生兩相晶粒，如果軋制溫度過高，兩相晶粒增多，在此溫度軋制時(shí)，塑性降低，容易產(chǎn)生邊緣裂紋和表面缺陷。奧氏體鋼在軋制過程中會(huì)產(chǎn)生碳化物和其他一些元素析出物，也會(huì)產(chǎn)生加工應(yīng)力；在加熱過程中，碳化物和二次相顆粒分解并溶解到奧氏體基體中，將加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力釋放出來，再結(jié)晶過程也會(huì)發(fā)生。軋制加熱溫度過高，晶粒長大趨勢(shì)增大，晶粒變粗，塑性降低。軋制溫度過高，會(huì)使鋼材表面形成一層厚厚的氧化膜，如果在軋制過程中不剝落，將嚴(yán)重影響鋼材表面質(zhì)量。本章系統(tǒng)探討了鍍鋁310S不銹鋼管在各種軋制溫度下的性能。

實(shí)驗(yàn)程序

試驗(yàn)合金的熱軋

根據(jù)2.1 節(jié)中的合金熔煉、軋制和固溶處理方法制備合金樣品。然后研究了不同軋制溫度對(duì)材料性能的影響，首先，選擇具有良好性能的1.5wt%、2wt%和3wt%鋁的合金，用線切割成70mm75mm5mm的軋制樣品。然后將樣品在1100C、1150C 和1200C 下軋制。對(duì)軋制樣品進(jìn)行固溶處理（1150+30分鐘水冷），最后測(cè)試樣品的性能。

測(cè)試合金的性能測(cè)試

1100、1150、1200軋制310S不銹鋼管維氏硬度試驗(yàn)同2.1.2節(jié)，1100、1150、1200軋制310S不銹鋼管室溫拉伸性能，高溫抗氧化性試驗(yàn)采用與2.1.2節(jié)相同的試驗(yàn)方法，計(jì)算各合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率和高溫氧化率。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如圖3.1-3.3 為不同軋制溫度下軋制板材的宏觀圖片。軋制溫度為1100時(shí)，三種變形合金表面基本光滑，無明顯裂紋。當(dāng)軋制溫度升高到1150時(shí)，合金板表面的成形性明顯變差，表面出現(xiàn)多條橫向和縱向裂紋，板邊出現(xiàn)裂紋。當(dāng)軋制溫度升至1200時(shí)，板表面出現(xiàn)許多裂紋，但邊緣裂紋已消除。從宏觀上看，材料的最佳成形性是在軋制溫度為1100時(shí)。

機(jī)械性能

圖3.4 顯示了310S 奧氏體不銹鋼管在50% 應(yīng)變、各種鋁含量和各種軋制溫度下的維氏硬度。從圖中可以看出，隨著軋制溫度的升高，維氏硬度基本沒有變化?？梢?，軋制溫度對(duì)合金的硬度影響不大。圖3.5為310S奧氏體不銹鋼管在室溫、不同鋁含量、不同軋制溫度下50%應(yīng)變的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線，從圖中可以看出合金在不同軋制溫度下發(fā)展。更大的塑性變形。軋制溫度為1200的合金塑性和強(qiáng)度最好，軋制溫度為1100的合金比軋制溫度為1150的合金強(qiáng)度高，塑性低。軋制溫度1150C。