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316LN不锈钢管的动态再结晶行为与晶粒细化 低层错能的金属材料在热塑性变形过程中,动态再结晶是其主要的软化机制。316LN不锈钢管为典型低层错能钢,在再结晶温度线以上可以发生动态再结晶。动态再结晶是以无畸变的晶核生成、长大形成再结晶晶粒代替含有高位错密度的形变晶粒的过程,在消除大量位错的同时可以达到细化晶粒的目的。图1a为1100℃时,316LN不锈钢管原始试样显微组织;图1b为1100℃、应变速率为0.01s-1时,316LN不锈钢管发生完全动态再结晶的试样显微组织。 核电主管道锻造时应变速率可达0.01s-1量级。热力学模拟实验[6]得到了316LN不锈钢管发生完全动态再结晶的规律,即随着真实应变的增加,流动应力趋于稳态,其临界的真实应变值为稳态应变εs。根据实验结果,稳态应变εs和Z参数之间存在以下关系:εs=0.153Z0.044。其中,Z为Zener-Hollomon参数,即温度补偿应变速率因子。316LN不锈钢管发生动态再结晶后的晶粒尺寸dDRX与Z参数之间的关系为dDRX=6.108×106Z-0.392。根据以上公式,可以计算获得316LN不锈钢管在应变速率为0.01s-1条件下,各个温度的稳态应变εs以及晶粒尺寸dDRX,如表1中所示。 ASTM4级的晶粒大小大约为80μm,因此在锻造的过程中,如果能保证每个温度条件下,316LN不锈钢管的真实应变大于稳态应变,则锻造后的晶粒尺寸可以达到ASTM4级或更细。在锻造的过程中,锻件温度是逐渐降低的。本文通过热力学模拟实验[7],研究了316LN不锈钢管多道次变形条件下的动态再结晶行为。图2中为316LN不锈钢管在不同变形温度梯度、应变速率为0.01s-1条件下的双道次变形试样显微组织。其中:T1,T2,ε1和ε2分别为第1、2道次的变形温度和应变量。用截线法计算得到其晶粒尺寸分别为(a)50.5μm和(b)23.8μm,满足晶粒度要求。因此,在1050~1200℃的高温区,在锻造条件允许的情况下,增大316LN不锈钢管锻造时的变形量,有利于保证动态再结晶的充分发生和晶粒细化。
适用范围
为什么选择我们
316LN不锈钢管双道次变形条件下的高温流动应力曲线。温度梯度1100~1050℃时,道次2的流动应力曲线没有达到稳态,其稳态应变εs>0.60;温度梯度1200~1150℃时,道次2的流动应力曲线已经达到稳态,其稳态应变εs约为0.58。因此,后续道次发生动态再结晶的稳态应变值基本上不受初始道次的影响。在可锻温度的低温区900~1050℃时,316LN不锈钢管的变形抗力比较大,达到完全动态再结晶所需的稳态应变值和压机吨位也比较大,316LN不锈钢管很难达到完全动态再结晶,考虑预防裂纹缺陷的萌生、锻造设备条件和锻造可操作性(采用单一变形量),因此316LN不锈钢管锻造过程高温区完全动态再结晶是实现晶粒细化的主要技术手段。综上所述,在316LN不锈钢管的锻造过程中,通过动态再结晶可以细化晶粒。如果以1050℃发生完全动态再结晶为参考标准,则锻造过程中的真实应变应大于0.655。考虑到温度降低的因素,真实应变越大越好。核电主管道锻件锻造过程中,控制316LN不锈钢管产生完全动态再结晶的工艺条件,并提高锻件塑性变形的均匀性,是解决316LN不锈钢管晶粒细化和晶粒均匀性的关键。
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