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        加工工藝對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼管高溫拉伸性能的影響

        2018-06-11 01:23:54供稿趙林科于軍輝李小寧
        金屬世界 2018年3期
        關(guān)鍵詞:不銹鋼管延伸率屈服

        供稿|趙林科,于軍輝,李小寧 /

        0Cr18Ni10Ti不銹鋼屬于Cr-Ni奧氏體不銹鋼系列,不僅具有優(yōu)良的抗氧化性和耐腐蝕性能,還具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能,在核反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)件中得到了廣泛應(yīng)用。目前,國內(nèi)外學(xué)者對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼進(jìn)行了大量的研究。羅通偉[1]介紹了TiN對(duì)0Cr18Ni10Ti的耐腐蝕性能具有不利的影響,提出了通過選擇適宜的原輔材料、冶煉工藝流程及工藝參數(shù)可有效降低鋼中TiN含量。傅前進(jìn)[2]等針對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼的鍛造變形、加熱溫度進(jìn)行了研究,確定了采用穩(wěn)定化處理+中低溫鍛造變形+靜態(tài)再結(jié)晶細(xì)化晶粒的方法可有效的提高材料的抗拉強(qiáng)度。余志川[3]認(rèn)為提高α相含量和冷軋變形量可有效的提高管材高溫拉伸性能。馬勝斌[4]認(rèn)為對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼中的化學(xué)成分、α相和晶粒度進(jìn)行控制,可有效的提高高溫拉伸性能。王學(xué)鵬和石國發(fā)[5]研究了0Cr18Ni10Ti不銹鋼在固溶中保溫溫度和保溫時(shí)間對(duì)力學(xué)性能的影響,最終獲得非比例延伸強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨溫度變化的規(guī)律。

        高溫拉伸性能是0Cr18Ni10Ti 的基本性能之一,f10 mm×0.5 mm的0Cr18Ni10Ti不銹鋼管常被作為核反應(yīng)堆控制棒包殼,反應(yīng)堆中高溫高壓的環(huán)境對(duì)其高溫力學(xué)性能提出了較高的要求,間接評(píng)價(jià)了0Cr18Ni10Ti不銹鋼堆內(nèi)運(yùn)行的可靠性,因此開展0Cr18Ni10Ti不銹鋼包殼管高溫拉伸性能的課題是目前核材料工作者研究的熱點(diǎn)之一。有關(guān)加工工藝對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼管高溫拉伸性能的影響目前尚未報(bào)道,本文研究了變形量、固溶溫度及矯直次數(shù)對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼管高溫拉伸性能的影響,為核材料的理論和實(shí)踐提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

        實(shí)驗(yàn)方法

        實(shí)驗(yàn)材料為0Cr18Ni10Ti不銹鋼包殼管,其化學(xué)成分如表1所示。由管坯(f19 mm×1.2 mm)依次經(jīng)過軋制、除油、固溶、拉拔、矯直、拋光及酸洗加工至成品管材(f10 mm×0.5 mm)。拉拔變形量分別為8%、10%及13%,固溶溫度分別為1020、1040及1060℃,分別進(jìn)行一次和二次矯直。對(duì)以上不同加工工藝的材料進(jìn)行高溫拉伸實(shí)驗(yàn),為保證實(shí)驗(yàn)的可靠性,每組實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn),取平均值作為材料的拉伸性能。

        表1 0Cr18Ni10Ti不銹鋼主要化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

        拉拔變形量對(duì)高溫拉伸性能的影響

        圖1為拉拔變形量對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼管320℃高溫拉伸性能的影響關(guān)系圖。從圖1可見,隨著拉拔變形的增加,0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的高溫屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度顯著降低,而高溫延伸率明顯升高。0Cr18Ni10Ti不銹鋼是Fe-Cr系奧氏體不銹鋼,該鋼通過添加了Ti元素從而形成TiC和TiN相來強(qiáng)化鋼的力學(xué)性能。隨著變形量的增大,鋼中TiC和TiN相的析出更加困難,導(dǎo)致TiC和TiN相的強(qiáng)化作用減弱,因此屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度顯著降低,延伸率明顯升高[1-4]。

        圖1 拉拔變形量對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼管320℃高溫拉伸性能的影響

        固溶溫度對(duì)高溫拉伸性能的影響

        圖2 為固溶溫度對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼管320℃高溫拉伸性能的影響關(guān)系圖。隨著固溶溫度的升高,0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的高溫抗拉強(qiáng)度先升高后降低,屈服強(qiáng)度升高,延伸率降低。這是由于在1020~1040℃固溶溫度時(shí),0Cr18Ni10Ti不銹鋼中析出的TiN和TiC二次粒子數(shù)量較多,該粒子彌散分布在晶內(nèi)和晶界處,具有強(qiáng)化的效果,所以抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度升高,延伸率降低;隨著固溶溫度的升高,即在1040~1060℃時(shí),鋼中原有析出的TiN和TiC二次相會(huì)逐漸溶解于奧氏體中,從而造成鋼的抗拉強(qiáng)度顯著下降[3-8],而1040~1060℃之間不銹鋼的屈服強(qiáng)度和延伸率的變化規(guī)律有待進(jìn)一步研究。

        圖2 固溶溫度對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼管320℃高溫拉伸性能的影響

        矯直次數(shù)對(duì)高溫拉伸性能的影響

        圖3為矯直次數(shù)對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的320℃高溫拉伸性能的影響關(guān)系圖。從圖3中可見,隨著矯直次數(shù)的增加,0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的高溫抗拉強(qiáng)度先降低后變化不大,高溫屈服強(qiáng)度略有升高,延伸率變化不大。0Cr18Ni10Ti不銹鋼管矯直的目的主要為提高鋼管的直線度,對(duì)于管材局部尺寸偏大處采用壓力方法進(jìn)行調(diào)整確保0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的外徑尺寸達(dá)到要求。由于只是對(duì)鋼管尺寸進(jìn)行微調(diào),即鋼的變形量變化不大,所以鋼的高溫延伸率變化不大,而屈服強(qiáng)度略有升高。鋼在二次矯直后,抗拉強(qiáng)度變化不大,而對(duì)于一次矯直后,0Cr18Ni10Ti不銹鋼的抗拉強(qiáng)度明顯降低的趨勢有待進(jìn)一步研究。

        圖3 矯直次數(shù)對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼管320℃高溫拉伸性能的影響

        結(jié)論

        通過對(duì)不同拉拔變形量、不同固溶溫度、不同矯直次數(shù)加工的0Cr18Ni10Ti不銹鋼包殼管320℃高溫拉伸性能的測試,摸索了加工工藝對(duì)0Cr18Ni10Ti不銹鋼管高溫力學(xué)性能的影響規(guī)律:隨著拉拔變形量的增大,0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的高溫拉伸屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度明顯降低,延伸率顯著升高;隨著固溶溫度的升高,0Cr18Ni10Ti不銹鋼管高溫抗拉強(qiáng)度先升高后降低,屈服強(qiáng)度升高,延伸率降低;隨著矯直次數(shù)的增加,0Cr18Ni10Ti不銹鋼管的高溫抗拉強(qiáng)度先降低后變化不大,高溫屈服強(qiáng)度略有升高,延伸率變化不大。

        攝影 賈大庸

        [1] 羅通偉. 0Cr18Ni10Ti鋼中TiN夾雜物的危害及應(yīng)對(duì)措施. 特鋼技術(shù),2014(3):1

        [2] 傅前進(jìn),劉波,張思清,等. 0Cr18Ni10Ti鋼鍛造工藝研究. 大型鑄鍛件,2001(4):3

        [3] 余志川. 0Cr18Ni10Ti管材350℃性能問題探討. 特鋼技術(shù),2015(3):11

        [4] 馬勝斌. 0Cr18Ni10Ti中溫(350℃)性能探討. 特鋼技術(shù),2013(4):24

        [5] 王學(xué)鵬,石國發(fā). 大型電機(jī)材料0Cr18Ni10Ti不銹鋼的高溫力學(xué)性能. 理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),2016,52(3):159

        [6] 羅毅軍. 反應(yīng)堆冷卻劑主管道316LN新型管材替代321管材的可行性研究. 核動(dòng)力工程,2013,34(5):80

        [7] 吳杰. 關(guān)于0Cr18Ni10Ti鋼高溫R_(P0.2)數(shù)據(jù)異常的分析. 特鋼技術(shù),2013(2):56

        [8] 肖紀(jì)美. 不銹鋼的金屬學(xué)問題. 北京:冶金工業(yè)出版社,2006

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