超純21％Cr鐵素體不銹鋼熱軋粘輥機理及組織織構控制.pdf

1、超純21％Cr鐵素體不銹鋼以優(yōu)異的耐蝕性、可焊接性、高熱傳導效率及成本優(yōu)勢自開發(fā)以來受到廣泛青睞。其可以用來替代價格昂貴的304奧氏體不銹鋼，甚至是316奧氏體不銹鋼。目前，超純21％Cr鐵素體不銹鋼在生產和使用中主要面臨三個問題:1、熱軋過程中發(fā)生粘輥現象;2、冷成形過程中形成嚴重的表面起皺;3、薄板成形性能有待進一步提高。針對以上問題，本論文對超純21％Cr鐵素體不銹鋼的微合金化機理、熱變形行為、熱軋粘輥機理，以及軋制和退火過程中的

2、組織和織構演變進行了系統(tǒng)研究。論文主要工作及創(chuàng)新性成果如下:
　　(1)明確了微合金元素對超純21％Cr鐵素體不銹鋼凝固組織的影響，闡明了Ti、Ti+Nb穩(wěn)定化及析出物對組織和織構演變影響的微合金化機理。
　　通過真空冶煉澆注實驗并結合Thermo-Calc熱力學計算，分析了間隙原子和微合金元素對超純21％Cr鐵素體不銹鋼凝固組織的影響。實驗表明，添加微合金元素可以提高凝固組織的等軸晶率，復合添加Ti、Nb微合金元素比單一添

3、加Ti元素更加有效。與Ti單一穩(wěn)定化實驗鋼相比，Ti、Nb復合穩(wěn)定化實驗鋼冷軋退火后，γ纖維織構增加、中心層晶粒簇減弱，成形性能和抗表面起皺性能更好。這是因為對于Ti、Nb復合穩(wěn)定化實驗鋼，凝固組織中高的等軸晶比率和在無固溶C原子條件下熱軋，促進了帶鋼中有利織構的形成。在熱軋退火過程中，析出物會阻礙再結晶晶粒的生長，對柱狀晶組織起到一定的破碎作用。此外，析出物對Σ13b重位點陣晶界的阻礙作用相對較小，優(yōu)化了晶界結構，有利于通過Σ13b晶

4、界遷移形成γ纖維織構。
　　(2)分析了超純21％Cr鐵素體不銹鋼的熱變形行為，明確了熱變形和靜態(tài)再結晶過程中的顯微組織特征、靜態(tài)再結晶形核機制和織構變化特點。
　　通過熱模擬實驗，得到了超純21％Cr鐵素體不銹鋼熱變形過程中的應力—應變曲線，建立了高溫變形過程中的本構方程。實驗顯示，超純21％Cr鐵素體不銹鋼在熱變形過程中易于發(fā)生動態(tài)回復，不能發(fā)生動態(tài)再結晶，可在中低溫進行熱軋，變形晶粒內部組織隨變形溫度的下降和變形量的增

5、加而細化。靜態(tài)再結晶形核機制為晶界弓出形核，靜態(tài)再結晶對變形組織的織構具有弱化作用。
　　(3)分析了超純鐵素體不銹鋼的高溫氧化行為特點，闡明了鐵素體不銹鋼熱軋粘輥的形成機理，揭示了工藝參數對超純21％Cr鐵素體不銹鋼熱軋粘輥的影響規(guī)律。
　　對超純17％Cr和21％Cr鐵素體不銹鋼進行了高溫氧化實驗，并采用開發(fā)的模擬熱軋粘輥實驗裝置對超純21％Cr鐵素體不銹鋼的熱軋粘輥機理和影響因素進行了研究。分析發(fā)現，隨著超純化和高鉻量

6、，鐵素體不銹鋼的高溫抗氧化能力提高。明確了軋輥表面循環(huán)疲勞微裂紋是熱軋粘輥的形核源，鐵素體不銹鋼由于高溫流變應力小容易發(fā)生局部塑性失穩(wěn)，造成部分帶鋼由表面撕裂并粘附在帶有裂紋的軋輥表面，形成熱軋粘輥。超純21％Cr鐵素體不銹鋼容易發(fā)生粘輥的溫度區(qū)間為900～1100℃，與普通鐵素體不銹鋼相比，其粘輥溫度區(qū)間向著高溫方向擴大。減弱超純21％Cr鐵素體不銹鋼熱軋粘輥的手段有:促進帶鋼表面氧化、降低熱軋溫度、降低軋輥表面粗糙度、增加變形速率和

7、采用高溫耐磨性能優(yōu)異的高速鋼輥代替高鉻軋輥，其中前兩種方法最為有效。
　　(4)揭示了精軋溫度與壓下量對超純21％Cr鐵素體不銹鋼組織和織構演變的影響規(guī)律，闡明了晶內剪切帶的形成特點及其對鐵素體不銹鋼組織和織構演變的重要作用。
　　通過將粗軋與精軋分開的兩階段軋制實驗，分析了熱軋精軋溫度和壓下量對織構演變的影響。實驗鋼在800℃以下且55％以上壓下量精軋時生成晶內剪切帶變形組織，晶內剪切帶主要在γ纖維取向變形晶粒和{112}

8、<110>取向的變形晶粒內形成。剪切帶的形成使變形晶粒內部的取向差增加，亞晶粒破碎程度加劇。晶內剪切帶在退火過程中，通過亞晶合并形核方式，與晶界形核一起提供了再結晶形核核心，促進了帶鋼組織細化。在晶內剪切帶處形成的再結晶晶粒還具有取向形核特點，再結晶晶粒多具有{111}<112>取向，促進了熱軋退火板中γ纖維織構的生成，并經冷軋和冷軋退火會遺傳至成品板，促進成品板中{111}再結晶織構的生成。
　　(5)基于上述實驗研究成果，針對