張澤宇，趙新榮

（吉林昊宇電氣股份有限公司，吉林 吉林 132000）

316LN奧氏體不銹鋼晶粒長大傾向性

張澤宇，趙新榮

（吉林昊宇電氣股份有限公司，吉林 吉林 132000）

在不同的加熱溫度和保溫時(shí)間下研究核電主管道用鋼316LN奧氏體晶粒的長大規(guī)律。結(jié)果表明，隨著加熱溫度的升高和保溫時(shí)間的延長，實(shí)驗(yàn)鋼奧氏體晶粒尺寸逐漸增大。對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸，建立了描述316LN鋼奧氏體晶粒長大規(guī)律的數(shù)學(xué)模型；通過對比實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值驗(yàn)證了模型的精度和可靠性。研究結(jié)果對確定316LN鋼始鍛溫度和制訂加熱規(guī)范具有指導(dǎo)意義。

316LN不銹鋼鋼；晶粒長大；晶粒長大模型；加熱規(guī)范

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h2>

鍛造前鋼的加熱，對鍛造生產(chǎn)率和鍛件質(zhì)量有很大的影響。高溫加熱過程必然伴隨著晶粒長大過程，故研究鍛件在長時(shí)間的保溫過程中的晶粒長大規(guī)律對生產(chǎn)過程有一定的指導(dǎo)意義。本實(shí)驗(yàn)探討316LN奧氏體不銹鋼在不同加熱溫度和保溫時(shí)間條件下晶粒尺寸長大傾向性。

2 實(shí)驗(yàn)材料及過程

試驗(yàn)用材料316LN 奧氏體不銹鋼其化學(xué)成分見表1；試樣加工成7×7×20mm矩形試塊，測定原始材料平均晶粒尺寸并記錄見表2。將試樣加熱到溫度（1000℃、1050℃、1100℃、1150℃，1200℃）進(jìn)行保溫，保溫時(shí)間分別為5min、15min、30min、45min，60min保溫結(jié)束后將試樣立即水冷處理。

表1 試驗(yàn)材料316LN化學(xué)成分Tabe 1 chemical composition A335P92

采用實(shí)驗(yàn)室ZEISS Scope A1金相顯微鏡金相分析軟件上的截線法定量測材料平均晶粒尺寸。

表2 原始材料平均晶粒尺寸（單位：μm）Table 2 The average grain size of raw material（units：μm）

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 保溫時(shí)間與加熱溫度對晶粒長大規(guī)律的影響

分析圖1 中的曲線走勢可以看出加熱溫度越高晶粒尺寸增長越大；晶粒尺寸隨著保溫時(shí)間的增長而逐漸增大；其長大速率隨著保溫時(shí)間的增長，晶粒增長的速度變緩。

3.2 晶粒長大模型的建立

目前奧氏體晶粒尺寸多采用Sallars模型和Anelli改進(jìn)模型，本文采用Sallars模型，如式（1）所示。

圖1 不同溫度下晶粒尺寸隨保溫時(shí)間的變化關(guān)系

其中，Dt為加熱時(shí)間為t時(shí)的平均晶粒尺寸，Do為加熱前，原始材料平均晶粒尺寸，t為加熱時(shí)間，Q為晶粒長大激活能（J/mol），T為加熱溫度（K），R為理想氣態(tài)常數(shù)，其值為8.3145J/（mol·K），A和n為常數(shù)。

觀察上式，有n、A、Q三個(gè)未知常數(shù)，不能夠通過線性擬合求出這三個(gè)值，可通過實(shí)驗(yàn)的方法先求出n值，再求出Q和A值，具體求解方法如下：

對式（1）兩端取以e為底的對數(shù)，上式變?yōu)榉匠蹋?）

分別取不同的n值對1/T進(jìn)行擬合；求出多組值Qi，再用多組Q值的方差與n值進(jìn)行多元擬合。擬合曲線的極小值對應(yīng)的n值即為所求n值。擬合的函數(shù)為方程（3）：

求得n=4.61，將n=4.61帶入方程（2），通過線性擬合求得A=3.71×1026，Q=4.9×105J。晶粒長大動(dòng)力學(xué)方程為：

4 結(jié)論

（1）通過對 316LN 奧氏體不銹鋼晶粒長大過程的研究可知，晶粒尺寸在初始保溫時(shí)間內(nèi)隨時(shí)間的增長而增大，其增長趨勢則逐漸趨緩；溫度越高，保溫時(shí)間對晶粒尺寸的影響越大。

（2）采用以回歸誤差平方和最小為優(yōu)化目標(biāo)的方法，給出了晶粒長大過程動(dòng)力學(xué)模型，并通過實(shí)驗(yàn)值與擬合值比較驗(yàn)證，雖然個(gè)別數(shù)據(jù)與實(shí)際值有較大偏差但是不可避免實(shí)驗(yàn)過程中有一定誤差，所以本模型具有一定的可靠性。

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