2205双相不锈钢丝材的制备及组织性能研究

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2205双相不锈钢丝将奥氏体不锈钢丝所具有的优良韧性和焊接性能与铁素体不锈钢丝所具有的较高强度和耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起,使其兼有奥氏体不锈钢丝和铁素体不锈钢丝的优点。2205双相不锈钢丝在制备时发生了严重的塑性变形,人们对拉拔变形中微观组织演化过程的机理分析通常只是形貌观察,从而导致对微观组织演化行为与机理理解相对不足,同时又缺少对双相不锈钢细丝的深入研究。为此,本课题选择具有广泛应用的2205双相不锈钢,进行拉拔变形以得到不同形变量的钢丝材料,对双相不锈钢丝的变形机制进行深入的研究,把握变形规律有助于双相不锈钢丝乃至新一代高强钢丝的优化设计。本文采取多道次小变形量的拉拔方案,尽可能提高双相不锈钢丝的塑性和韧性,每个道次的变形量控制在20%以下,在实验室条件下成功制备出直径为0.9 mm的2205双相不锈钢丝。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术和透射电镜(TEM)等对不同变形量下双相不锈钢丝中两相的变化进行了深入的分析,研究了 Schmid因子与晶粒取向对孪晶的影响,并对双相不锈钢丝中两相的变形机制进行了探讨。研究结果表明:(1)2205双相不锈钢丝按照实验方案将Φ5 mm丝材经过24个道次拉拔到Φ0.9 mm的目标尺寸丝材。通过对不同变形量下丝材的显微组织进行分析,奥氏体呈连续或不连续带状分布在铁素体基体上,变形初始阶段,晶粒发生轻微变形,位错密度较低;随着变形量的增大,横截面晶粒尺寸呈现逐渐减小的趋势,纵截面逐渐变成了与拉拔方向平行的纤维状组织,透射电镜下发现奥氏体滑移不易进行时孪生系统启动,铁素体通过交滑移继续发生变形。最终位错发生严重缠结,产生加工硬化效果。(2)XRD测试结果分析可知,随着变形量的增大,bcc的峰逐渐增大,fcc的峰逐渐减小,由此可知拉拔过程中发生了奥氏体向α’-马氏体的相变,即发生了形变诱导马氏体相变,使材料的硬度大大提高。(3)2205双相不锈钢丝材不同变形量下的力学测试结果表明,随着变形量的增大,丝材的显微硬度逐渐增大,最终直径为0.9 mm时横截面的硬度值440 HV,横截面的硬度值403 HV,横截面的硬度值高于纵截面的硬度值;屈服强度和抗拉强度大幅上升,结合XRD分析证明主要是因为拉拔过程中奥氏体发生了形变诱导马氏体相变。(4)随着变形量增加,奥氏体<001>方向的丝织构逐渐减弱,奥氏体中出现了大量稳定的剪切织构<111>。铁素体的初始丝织构主要为<001>方向,逐渐减弱产生新的丝织构<114>。固溶处理过程中析出的细小弥散碳氮化物对<001>丝织构的形核具有促进作用,阻碍了不利丝织构<114>和<111>的形核;由Schmid因子分析可知,低的Schmid因子对应着孪生;高的Schmid因子对应着滑移;Schmid因子的中间取值对应着交滑移。由反极图和应变分布图可以看出,两相变形首先在奥氏体中发生,铁素体是影响塑性变形的主要相。
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