254SMo超级奥氏体不锈钢的热变形行为

zonde

254SMo是一种典型的6Mo超级奥氏体不锈钢，具有较高的强度、良好的韧性、优越的耐腐蚀性和一定的成形性。高的铬、镍、钼含量和超低的碳含量赋予了它相较304L、316L等更好的耐蚀性。254SMo作为一种特殊的奥氏体不锈钢，广泛地应用在腐蚀环境比较恶劣的领域，如海水淡化、纸浆漂白、化学化工、烟气脱硫等。

关于超级奥氏体不锈钢的高温塑性研究鲜有报道。254SMo相对于普通奥氏体不锈钢而言，其热塑性温度区间窄、热塑性差、变形抗力大，在实际生产中变形存在一定的难度，需要对其热塑性开展系统研究。

慈溪市中德密封材料有限公司主要通过对其热拉伸性能、 热压缩性能进行测试及分析，确定最佳的热塑性温度区间，并计算相关热变形方程，为254SMo超级奥氏体不锈钢加工提供数据支持，使其钢材更加符合密封件铸造，满足不同领域的耐腐蚀性能。

一、试验材料及试验方案

1、试验材料

试验用钢经过大生产冶炼，经锻、挤制成坯料，化学成分如表1所示（质量分数）。加工成φ10mm×110mm的棒材，两端加工浅槽进行热拉伸试验；以及加工成φ8mm×15mm的小圆柱进行热压缩试验。

热变形参数

试验在Gleeble 1500热模拟试验机上进行，热变形参数如图1所示。变形温度为850～1300℃；热压缩应变量为70%，应变速率为0.1/1.5S-1变形温度为1000～1300℃。

二、试验结果和分析

1、254SMo的高温热塑性

254SMo的热拉伸试验结果如图2所示。从图中可以看出，254SMo的变形抗力随温度的升高逐渐降低，在试验温度范围内断面收缩率都在45%以上，1200～1250℃断面收缩率达到了66%，且此时变形抗力最低，易于热加工，为最佳的热塑性温度区间。

图3是254SMo高温拉伸断裂宏观形貌，试验温度为950～1000℃和1200～1250℃，拉伸试样断口面积较小，“缩肩”明显，热塑性较高；1050～1200℃断口面积逐渐变小，“ 缩肩” 也越来越明显；当试验温度不到950℃和超过1250℃时断口面积又增大，热塑性下降。

由图4可以看出，,950℃晶界上出现很多细小的析出相，能谱发现（图4和表2），该相富钼（基体的ωMo＝6%），但由于其比较小，在其周围的贫钼情况不明显，对塑性的影响不太明显；而在较高温度1100℃时，细小的析出相发生聚集，产生大的析出相，其本身硬而脆，降低塑性，加之其周围的贫钼情况比较明显，析出相周围出现塑性弱化，塑性进一步变差，因而在图2中呈现出了一个塑性下降区Ⅲ。


2、254SMo的流变曲线

254SMo在变形参数下的真应力－真应变曲线如图5所示。由图5可以看出，试验材料的真应力－真应变曲线呈现出明显的动态再结晶特征。254SMo典型真应力－真应变的特征为峰值应力较高和再结晶特征较明显。在变形的初始阶段，由于晶粒破碎和位错密度的增加，其塑性变形抗力将迅速增大，出现加工硬化现象；当应变值达到峰值应变后，达到再结晶临界变形量，随变形进一步增加，出现再结晶，发生软化，表现为真应力开始下降。当发生完全动态再结晶（图5中0.5～0.6的应变量）后，流变应力不随变形量变化，即进入稳态阶段；继续变形，储存能增加，再结晶晶粒再次发生变形，应力应变曲线上升，出现二次硬化，图5中变形速率为0.1、1S-1时均观察到明显的二次硬化现象。

如图6所示，当变形温度及应变量均相同时，随应变速率提高，其峰值应力值明显提高，主要原因是应变速率的提高，降低了位错的攀移和运动，位错缠结，材料的回复和再结晶变得困难，加工硬化率提高，因此其峰值应力相对提高。

由图可以看出，变形温度和应变速率等工艺参数对奥氏体高温变形行为都有明显的影响，随变形温度的降低和应变速率的增加，峰值应力和峰值应变随之增大，说明在低温和变形速率较高的条件下，发生再结晶的临界应变值增加，即需要更大的变形量才能发生动态再结晶。因而在实际的热加工时，若要发生再结晶，至少要达到0.3的应变量，完全的动态再结晶需达到0.5～0.6的应变量。

3、微观结构的分析

　　1050和1150℃试样以1S-1的变形速率压缩到70%应变量的微观组织如图7所示。1050℃新生成细小晶粒的存在证明了动态再结晶的发生，同时组织中存在一些未再结晶的条状晶粒，动态再结晶晶粒很小，不到10μm，如图7（a）所示。1150℃观察到完全的动态再结晶，如图7（b）所示，晶粒大小明显不同，再结晶晶粒尺寸在20～30μm之间，这可归因于高温有更大的长大驱动力，促进了晶粒的长大。

高应变速率时，如上所述，材料的再结晶推迟，因此再结晶比率降低。同时，由于大的变形量变形时间短，新形成的再结晶晶核无充足时间长大，因而动态再结晶的量和再结晶晶粒都较之低应变速率小。如图8可以看到大量的未再结晶的变形晶粒。

4、动态再结晶形核机制的分析

在变形过程中，由于不均匀变形，在原来的大角度晶界两侧局部储存能可能不同，即位错密度存在差异。位错密度低的区域长入相邻位错密度高的晶粒中，形成类似“舌状”的晶界突起。凸进高位错密度位置的突起几乎是无应变硬化的，这个突起就作为了再结晶的核心。图9（a）中A和B就是这种形变诱导晶界迁移再结晶形核的例子可以看到这些突起的位向和它借以突出的形变区域位向相同。

图９为1050℃压缩试样纵切后不同部位（可代表不同变形量）的组织形貌，图9（a）到图9（d）变形量依次增大，都可以看到晶界的突起和再结晶的发生。图9（a）中，晶界局部出现突起，可以看到清晰的晶界突起A，突起Ｂ已经成长为新的细小晶粒；图9（b）有更多的部位突起和新的细小晶粒生成；图9（c）中新的细小晶粒在更大的范围生成，已经在变形晶粒晶界上连贯起来；图9（d）中只残留有少量的未再结晶晶粒。

三、热变形方程

影响热变形的因素主要有变形温度、应变速率和变形量，其中变形温度和应变速率对热变形过程的影响更为显著。表达流变应力与变形条件之间关系的动力学方程为

将式（1）两端取对数得到下式：

将式（2）和图5中的峰值应力拟合得到图10（a）。从图10（a）可以看出，在同一变形温度下，254SMo的ln[sinh（ασ）]和lnε呈直线线性关系，随应变速率的增加，峰值应力呈线性增加，各个温度下的变化率几乎一致，图10（b）示出ln[sinh（ασ）]和1000/T的关系，当应变速率相同时，两者也呈线性关系，随变形温度的升高，热变形峰值应力逐渐减小。

由图10（b）可得出，表观应力指数n＝5.9259由图10（b）可得出254SMo的热变形激能Q＝508.7kj，A=38038×1013所以，试验钢的热变形方程为：

Z-Hollomen参数是温度校正过的应变速率，被广泛用来表示变形温度以及应变速率对热变形过程的综合作用。通过已求得的热变形激活能Q值,可计算出254SMo不锈钢热变形的Z参数，即：

由式（4）可得到不同温度，变形速度条件下的Ｚ参数。
由式（1） 和式（4）可有：

由式（5）计算结果可绘出254SMo的峰值应力修正ln[sinh（ασ）]与Z参数对数的关系，如图11。

可看出，其呈线性关系。随Z-Hollomen的增大，热变形峰值应力也相应提高。Z-Hollomen参数综合描述了一定变形温度及应变速率条件下，254SMo超级奥氏体不锈钢的变形行为。经过计算得出254SMo的高温流变应力和Z-Hollomen参数的方程式：

由式（4）和（6）可以看出，同一变形温度，变形速率越高，峰值应力越大；同一变形速率，温度越高，峰值应力越小。此结果与本试验所得数据一致。利用式（4） 和式（6）计算得到的峰值应力值与试验结果值的比较见图12。

可见各数据点分布于直线的两侧，计算结果与试验数据存在较小的误差，说明本文计算得到的峰值应力公式与实际情况符合较好。因此通过式（4） 和式（6）可以计算在所试验温度和变形速率变化范围内的峰值大小，为实际的热加工工艺提供了理论基础。


结论
1）254SMo的最佳热塑性温度区间为1200～1250℃，热加工温度区间窄。

2）在热压缩试验温度（1000～1300℃）范围内，254SMo发生了明显的动态再结晶，动态再结晶激活能为508.7kJ。动态再结晶的机制为形变诱导晶界迁移形成局部突起，作为再结晶形核中心发生动态再结晶。

3）254SMo超级奥氏体不锈钢的Z-Hollomen的方程式为

zonde

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youlong1008

楼主能不能转化为文档，以附件形式上传，这样看着太不方便了，谢谢。

tian98

感谢交流与分享，，，

hanpingsiping

谢谢楼主分享

benlee1015

有没有PH值的变化，对SMO材质腐蚀影响的标准和资料

STEADY01

谢谢大佬分享好资料