Cr18Mn18型高氮钢的高温变形行为及高温氧化特性

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Cr18Mn18型高氮钢以其优异的耐腐蚀性能、较高的屈服强度和良好的塑性韧性引起行业的广泛关注。但由于该钢种在高温下具有流变应力大、动态再结晶温度高和热加工温度范围窄等原因,使其在热锻、热轧等热加工时,存在严重的开裂现象,致使废品率较高。对其高温变形行为和高温氧化特性进行深入研究,有助于改善Cr18Mn18高氮钢热加工困难的现状,提高热加工成材率和推动Cr18Mn18高氮钢的实际应用具有重大意义。因此,本文通过在常压下冶炼Cr18Mn18型高氮钢并研究了其高温氧化特性,重点研究了Cr18Mn18型高氮钢高温变形行为。在此基础上构建包含热加工参数的本构模型以及热加工图,结合显微组织演变规律提出热锻优化工艺。研究结果表明:常压下通过中频感应炉熔炼,可制备含氮量0.85%的Cr18Mn18型高氮钢。且中频感应炉熔炼铸锭经电渣重熔后合金元素变化并不明显,锰元素损失量小于2.6%、氮元素损失小于2.4%。经电渣重熔后氮化铬及γ相明显消失组织更加均匀。由拉伸性能可知电渣重熔后抗拉强度同比中频感应炉冶炼提高了35%,断裂延伸率提高了313%。通过对Cr18Mn18型高氮钢高温氧化特性研究,得出950-1150℃下各温度的氧化速率常数Kp,分别为KP(950℃)=3.10×10-5kg2.m-4.h-1、KP(1050℃)=1.85×10-4kg2.m-4.h-1、KP(1150℃)=3.71×10-4kg2.m-4.h-1。Cr18Mn18型高氮钢的热激活能Q值为191.40KJ/mol。并结合Cr18Mn18型高氮钢的氧化层成分、表面形貌等综合分析得出优化的热加工加热规范,温度应大于1050℃,时间控制在6-8h。通过对Cr18Mn18型高氮钢高温变形行为研究,构建包含应变参数的本构模型和热加工图结合热压缩后的显微组织演变规律得出:应变速率为0.1s-1时,热加工温度在1050℃时发生动态再结晶;应变速率为0.5s-1时激活动态再结晶机制需要温度达到1100℃;当应变速率达到1s-1时整个实验温度范围呈现明显的加工硬化特征。利用包含应变参数的双曲正弦型Arrhenius方程构建了本构关系方程,通过该模型预测和实验数值对比在整个应变范围内吻合度较好。采用优化工艺对Cr18Mn18型高氮钢进行锻造并对锻造后试样进行性能及断口形貌分析得出:经优化工艺锻造后Cr18Mn18型高氮钢表层抗拉强度明显高于芯层说明外侧具有更高的塑性组织更加均匀。试样未出现宏观裂纹,且平均抗拉强度为1140MPa较感应炉熔炼及电渣重熔分别提高了83.0%、35.1%,平均屈服强度为892.71MPa,平均断后伸长率为41.8%,较中频感应炉熔炼及电渣重熔分别提高了334.5%、38.9%。
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