应变强化奥氏体不锈钢的低温冲击韧性.docx

10.11973/jxgccl201506015应变强化奥氏体不锈钢的低温冲击韧性陈 勇 陆 戴丁 孔韦海 合肥通用机械研究院，国家压力容器与管道安全工程技术研究中心， 安徽省压力容器与管道安全技术重点实验室，合肥230031摘要：对S30408和S31603奥氏体不锈钢在室温下进行不同应变量1020的应变强化处 理，然后分别在常温至-269进行低温冲击试验，研究了应变量对试验钢低温冲击韧性的影响。 结果表明：两种钢的冲击韧性随着应变量的增大逐渐降低，应变强化后两种试验钢冲击吸收能随 着试验温度的降低而逐渐降低，当温度低于-196(77K)后冲击吸收能趋于平缓，呈现出“平 台”；两种钢经过20应变量强化后低温韧性仍较好，能够满足奥氏体不锈钢应变强化技术标准 中低温冲击韧性指标要求。应变强化;奥氏体不锈钢;低温冲击韧性TH49;TG142.25A1000-3738(2015)-06-0073-06CryogenicImpactToughnessofStrainStrengthenedAusteniticStainlessSteel CHEN YongLUDai-dingKONG Wei-haiKeyLaboratoryforSafetyTechnologyofPressureVesselsandPipelinesofAnhuiProvince,NationalSafety EngineeringTechnologyResearchCenterforPressureVesselsandPipeline,HefeiGeneralMachineryResearchInstitute,Hefei230031,ChinaAbstract:S30408andS31603austeniticstainlesssteelwerestrengthenedwithdifferentstraindegrees10- 20 atroomtemperature.Theeffectofstaindegreeoncryogenicimpacttoughnessofausteniticstainlesssteel wasinvestigatedthroughimpacttestsfromroom temperatureto-269.Theresultsshowthatimpacttoughness oftwosteelsdecreased withincreasingstaindegree.Theimpactabsorbed energyofS30408steelandS31603 steelafter strainstrengtheningdecreasedwiththedecreaseoftemperature.Whenthetemperaturewaslowerthan-196 (77K),theimpactabsorbedenergybecame stableshowingaplatform.Bothausteniticstainlesssteels hadgoodcryogenictoughnessafterstrainstrengtheninginlargestaindegree(20),whichcouldconformtothe requirementsintechnicalstandards.strain strengthening;austeniticstainlesssteel;cryogenicimpact toughness2014 -06-292015-04-20安徽省 自然科学基金资助项目(1308085ME69)；安徽 省重大科学仪器设备开发专项(1310115194) 陈勇（1979-），男，安徽合肥 人，工程师，博士。万方数据陈勇，等：应变强化奥氏体不锈钢的低温冲击韧性1试样制备与试验方法按照GBT 22812010金属材料拉伸试 验第1部分：室温试验方法，采用WE30型试验试验材料选择某厂热轧生产的S31603(板厚机在室温下进行拉伸试验(应变强化处理)，加载12 mm)和S30408(板厚16 mm)奥氏体不锈钢速度为2 rflm，rain，应变量分别为0，25，5， 钢板，它们的化学成分及力学性能如表l，2所示。75，10，20，拉伸试样的尺寸为12 mrn考虑成品分析允许偏差，各元素含量以及力学性】2 mm】00 mm。能指标符合GBT 245ll一20091标准要求。表1试验钢的化学成分(质量分数)Tab1 Composition analysis of experimental steels(mass)条件CSiMnPSCrNiMoS31603钢实测值0021048911100270005 716651005220标准值【“100300752000035002016oo1800100014002030$30408钢实测值0046049611700320005 31847806标准值00807520000350020180020008001050一表2试验钢的室温力学性能温冲击吸收能随着应变量的增大而逐渐降低。Tab2Mechanical properties of experimental steels at当应变量从0增大至20时，$30408钢和S31603ambient temperature钢的冲击吸收能平均值分别由286 J和312 J降至140 J和180 J。O O O皇谧O以O螫O媚O拉伸(应变强化处理)后，在试样标距中心位是 勰拍M挖加堪M OO置切取10 m1TI长矩形试块，手工打磨抛光后采用H挖 O质量分数10草酸溶液进行电解腐蚀，然后采用应变量XJG05型光学显微镜观察显微组织。低温处理方图1 不同应变量强化后$30408钢的室温冲击吸收能法为将试样浸泡在液氮及液氦中2 h，使试样降温Fig1 Impact absorbed energy of$30408 steel after strengthening至fJ77 K和42 K，取出后重复上述打磨抛光腐蚀过with different strain degrees at room temperature程，进行显微组织观察。O按照GBT 2292007金属材料夏比摆O O锤冲击试验方法加工标准冲击试样(尺寸为毒镒O10 mm10 mm55 rfliil，V型缺口，深2 mm)，娥0螫O冲击试验在ZBC2452N一4型摆锤式冲击试验机怊O臭上进行，试验温度范围为室温269 oC(300 0O42 K)，每个温度取3个试样进行测试。采用SRDK-弭弛如勰拍抖挖加博M O408S型GM$1J冷机实现30010 K低温，温度测控仪应变量由LakeshoreDT670传感器和Lakeshore336控温仪图2不同应变量强化后$31603钢的室温冲击吸收能组成，并以一定的过冷温度补偿来保证试验温度。Fig2 Impact absorbed energy of$31603 steel after strengthening采用持续喷淋液氦的方法使试样温度降至一269with different strain degrees at room temperature(42 K)并保温15 min后进行冲击试验。由图3，4可见，两种钢的原始态组织均主要为 2试验结果与讨论奥氏体相，应变强化后(以应变量20为例)部分 奥氏体相发生马氏体相变，并产生了一定量的马氏21应变量对室温冲击韧性的影响体，显微组织为马氏体相与奥氏体相混合组织；且 由图l2可知，S30408钢和S31603钢的室应变量越大，马氏体含量越多(相应的图略)。万方数据陈勇，等：应变强化奥氏体不锈钢的低温冲击韧性(a)处理前(b)处理后图3$30408钢室温应变强化处理前后的显微组织Fig3 Microstructure of S30408 steel before(a)and after(b)strain strengthening(a)处理前(b)处理后图4$31603钢室温应变强化处理前后的显微组织Fig4 Microstructure of S31603 steel before(a)and after(b)strain strengthening拉伸变形过程中材料晶格结构畸变以及部分 至一196(77 K)，S30408钢和S31603钢冲击 奥氏体相发生马氏体相变是导致奥氏体不锈钢冲 吸收能的平均值分别由286 J和312 J降至165 J和 击韧性降低的主要原因1 2q4。$30408钢和$31603 232 J。钢经应变强化后，其晶格结构畸变严重，位错密度 增加；另一方面应变诱发产生的a马氏体相为体心淼260立方晶格结构，其强度、硬度高，而塑性、韧性低。遵240所以应变强化后s30408钢和s31603钢冲击韧性堇220 型都有所下降。三200i 18022应变强化对低温冲击韧性的影响 160140对于奥氏体不锈钢而言，温度低于马氏体转变lOO l 50 200 250 300溢发K起始温度M。后，面心立方晶格结构的奥氏体可能会发生马氏体相变，形成一定量的热诱发马氏体1 51。图5应变强化前S30408钢的低温冲击吸收能Fig5 Impact absorbed energy of$30408 steel before strain奥氏体不锈钢低温冲击韧性取决于奥氏体相及马strengthening at low temperatures氏体相的体积分数，试验温度高于M。时，显微组织主要为奥氏体相，试验温度低于M。时，部分奥由图7，8可知，应变强化前S 3 0 4 0 8钢在 氏体开始转变为0【吗氏体相。一196(77 K)液氮中低温处理后产生了一定 由图5，6可知，应变强化前两种钢的冲击吸量的马氏体相，但仍以奥氏体相为主；在一269 收能均随着试验温度的降低而逐渐降低，但当 (42 K)处理后的显微组织与在77 K处理后的差 温度低于一196(77 K)后趋于平缓，并未呈现 别不大。应变强化前S31603钢在低温处理后的显连续下降的趋势，而是出现“平台”。从室温降微组织与$30408钢的类似，如图8所示。万方数据陈勇，等：应变强化奥氏体不锈钢的低温冲击韧性雾乏 o型 I=O50葫砖矿引万1如扩1 80r温度K图6应变强化前$31603钢的低温冲击吸收能(a)77KFig6 Impact absorbed energy of$31603 steel before strainstrengthening at low temperatures(b)42K图8应变强化前$31603钢分别在77K和42K低温处理后的显微组织(a)77KFig8 Microstructure of$31603 steel before strain strengthening butafter cryogenic treatment：(a)77 K and(b)42 K 300 r黎爹250要200，型，t 150 L戮肌爹破破啵波彼帔弋_| 拙嘲和铋勉啪一100l_一- 。一(h)42 K050100 150 200 250 300图7应变强化前$30408钢分别在77 K和42 K低温处理后的温度显微组织Fig7 Micrestructure of$30408 steel before strain strengthening but图9不同应变量强化后$30408钢的低温冲击吸收能after cryogenic treatment：(a)77 K and(b)42 KFig9 Impact absorbed energy of$30408 steel after strainstrengthening with different strain degrees at low temperatures由图9，10可知，应变强化后$30408和S31603m400 L一两种钢的低温冲击韧性随着应变量的增大而整体350 L一一 h虻h生L址 变变变 岜里卫】里邑里 ，-，7 m姒罄呈下降的趋势，应变量达到20时，冲击韧性下降乏300 r的幅度最大。在应变量相同条件下，S30408钢和蓦250I乏1 50 L 遮簿hiit-ItS31603钢的冲击韧性随着温度降低出现下降，但餐200l100 LII一 t习一降幅比应变强化前小。23讨论对于应变强化并经低温处理的奥氏体不锈钢0茹百旷夏广云万及而50 LIf复K而言，应变和低温都有可能引起奥氏体相向马氏图10不同应变量强化后$31603钢的低温冲击吸收能体相转变，生成铁磁性体心立方结构的马氏体相Fig10 Impact absorbed energy ofS31603 steel after strain(c【)和密排六方结构的马氏体相()的混合体。strengthening with different strain degrees at low temperatures万方数据1 韩豫，陈学东，刘全坤，等.奥氏体不锈钢应变强化工艺及性能研究J.机械工程学报，2012，48(2):87-92.2 韩豫，陈学东，刘全坤，等.基于应变强化技术的奥氏体不锈钢压力容 器轻型化设计探 讨J.压力容 器，2010，27(9):16-203 舒翔宇，郑津洋，寿比南，等.应变强化奥氏体不锈钢焊接接头 冲击试验研究J.浙江大学学报：工学版，2012，46(7):1162-1167.4 陈挺，王步美，徐涛，等.奥氏体不锈钢压力容器应变强化技 术的发 展及国外标准比 较J.机械工 程材料，2012，36(3)： 1-4.5 JOSHUAA,LICHTENFELD,MARTINC,etal.Effectofstrainrateonstress-strainbehaviorofalloy309and304L austenitic stainless steelJ.MetallurgicalandMaterials Transactions:A,2006,37:147-150.6 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