超純21％Cr鐵素體不銹鋼熱軋粘輥機理及組織織構(gòu)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(chǎn)和使用中主要面臨三個問題:1、熱軋過程中發(fā)生粘輥現(xiàn)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(gòu)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(gòu)演變影響的微合金化機理。
　　通過真空冶煉澆注實驗并結(jié)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(fù)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(fù)合穩(wěn)定化實驗鋼冷軋退火后，γ纖維織構(gòu)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(fù)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(gòu)的形成。在熱軋退火過程中，析出物會阻礙再結(jié)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(jié)構(gòu)，有利于通過Σ13b晶

4、界遷移形成γ纖維織構(gòu)。
　　(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(jié)晶過程中的顯微組織特征、靜態(tài)再結(jié)晶形核機制和織構(gòu)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(yīng)力—應(yīng)變曲線，建立了高溫變形過程中的本構(gòu)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(fù)，不能發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，可在中低溫進行熱軋，變形晶粒內(nèi)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(jié)晶形核機制為晶界弓出形核，靜態(tài)再結(jié)晶對變形組織的織構(gòu)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(shù)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(xiàn)，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(yīng)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(gòu)演變的影響規(guī)律，闡明了晶內(nèi)剪切帶的形成特點及其對鐵素體不銹鋼組織和織構(gòu)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(gòu)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(nèi)剪切帶變形組織，晶內(nèi)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(nèi)形成。剪切帶的形成使變形晶粒內(nèi)部的取向差增加，亞晶粒破碎程度加劇。晶內(nèi)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(jié)晶形核核心，促進了帶鋼組織細化。在晶內(nèi)剪切帶處形成的再結(jié)晶晶粒還具有取向形核特點，再結(jié)晶晶粒多具有{111}<112>取向，促進了熱軋退火板中γ纖維織構(gòu)的生成，并經(jīng)冷軋和冷軋退火會遺傳至成品板，促進成品板中{111}再結(jié)晶織構(gòu)的生成。
　　(5)基于上述實驗研究成果，針對