SUS304不锈钢温力学性能的物理模拟.doc

304 不锈钢高温力学性能的物理模拟 关小霞 田建军 杨健 指导教师：杨庆祥 胡宏彦博士 燕山大学 材料科学与工程学院 摘要：采用Gleeble-3500热模拟试验机对 304 不锈钢的高温力学性能进行了物理模拟。对模拟结果中应力-应变曲线进行分析，并结合断口附近组织形貌的观察，得出结论：金属的极限应力随温度升高呈下降趋势；在δ-Fe向γ-Fe转变的某一温度，金属塑性急剧下降；对断口附近金相组织及SEM分析，推测晶界处可能存在着元素偏聚或析出相现象。 关键词：304不锈钢；力学性能；物理模拟 前言： 双辊铸轧薄带技术是目前冶金及材料领域的前沿技术之一[1]，是直接用钢水制成25mm厚薄带的工艺过程。该技术可以大大简化薄带钢的生产流程，降低生产成本，并形成低偏析、超细化的凝固组织，从而使带材具有良好的性能，被公认为钢铁工业的革命性技术[、]。但是，不锈钢薄带[4-6]。 国外在铸轧薄带技术开展了研究。文献[]对比了铸轧铁素体和奥氏体不锈钢薄带；文献[、]对铸轧304不锈钢薄带过程中高温铁素体的溶解动力学进行了研究；文献[1]对不锈钢薄带铸轧过程中凝固热参数和组织进行了研究；文献[1-14]对不锈钢薄带铸轧过程中的流场和温度场进行了数值模拟；文献[]对铸轧304不锈钢薄带的力学性能进行了研究。文献[]对304不锈钢在加热过程中的高温铁素体形核与长大和夹杂物在固－液界面的聚集进行了原位观察；文献[]对薄带铸轧溶池液进行了物理模拟；文献[]对铸轧薄带过程的凝固组织、流场、温度场及热应力场进行了数值模拟但是，缺少对铸轧不锈钢薄带机理以及的研究。 [19]应用THERMECMASTOR-Z热加工模拟机对奥氏体不锈钢的高温热变形进行了模拟试验[20]利用Gleeble1500试验机对铸态奥氏体不锈钢在1000-1200温度区间进行了热压缩试验[21]从位错理论角度出发对高钼不锈钢热加工特征与综流变应力模型进行了研究铸轧不锈钢不锈钢薄带Gleeble-3500热模拟试验机进行。Φ10×125mm圆柱试样，采用凝固法，先将试样以10℃/s的速度加热至1330℃，保温2min，然后以20℃/s的速度冷却到固相线以下规定的拉伸温度，在恒温下以1×10-3/s的拉伸速率进行拉伸变形。测得 304 不锈钢在不同变形温度下的应力-应变曲线。本试验在Gleeble3500热模拟试验机上，测得了 304 不锈钢在不同温度下的应力-应变关系曲线。图-1为热模拟试样拉伸断口的宏观形貌，从图中可以看出拉伸温度为1150℃和1200℃的试样断口处出现了明显的颈缩，断面收缩率较大，属于延性断裂；其余试样在拉伸过程中几乎没发生塑性变形，断面收缩率很小属于脆性断裂。即温度为1150℃-1200℃范围内塑性较好。图 304 不锈钢拉伸断口的宏观形貌图 304 不锈钢在不同温度下拉伸的应力-应变曲线 700℃ (b)800℃ (c)900℃ (d)1000℃ (e)1100 (f)1150℃ (g)1200℃ (h)1300℃ 图为 304 不锈钢在不同温度下拉伸的应力-应变曲线。对比这几组曲线可以看出变形抗力与形变温度有一定关系形变温度愈低，变形抗力愈大。温度在700℃至1300℃两者时，以700℃时的变形抗力最大。变形抗力随形变温度升高而降低的主要原因是奥氏体强度随温度升高而降低，因而温度愈高，变形愈容易；反之，形变温度愈低，变形愈困难，变形抗力愈大。金相组织分析对比试样断裂前端的金照片，如图所示，可以看出，拉伸温度为1200℃试样的缩孔最大。从前面应力-应变曲线分析出，试样在1200℃拉伸时表现出来的塑性最好，加上温度较高，使得1200℃试样的应力-应变曲线在达到极限应后并没有马上卸载，而是经过一段相对较长的时间，在拉应力作用下形成较大缩孔。 图3-4 拉伸温度为1300℃试样的金相照片 试样在温度为1300℃时拉断，断口处金相照片如图4-11所示。从图中可以看出，晶界处明显凹陷。在制作金相试样时，由于 304 不锈钢耐腐蚀性很强，故选用王水进行腐蚀。王水的腐蚀性极强，在腐蚀不锈钢试样的同时，也会将偏聚的合金元素或析出相腐蚀。因此，采用SEM进一步进行观察。 3.3 断口附近扫描形貌 为了确定拉伸温度为1300℃试样断口附近，凹陷处晶界是否为裂纹沿晶界扩展现象，采用扫描电子显微镜对试样进行扫描，结果如图3-5所示。从图中可以看出，沿晶界凹陷处并没有像从金相照片中看到的凹陷的那么深，只是略低于表面。说明此处的裂纹是沿晶界扩展，断裂类型是沿晶断裂，同时在晶界处存在着元素偏聚或是析出相，被强腐蚀性物质王水的腐蚀掉，沿晶界留下较浅的凹陷。 图3-5 拉伸温度为1300℃试样的组织形貌扫描图 (a)全貌 (b)A区放大 (c)B区放大 图3-6 拉伸温度为130