奧氏體不銹鋼低溫應(yīng)變性能測(cè)試與評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)研究報(bào)告-zjm1127

1、報(bào)告編號(hào)：201010028質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目項(xiàng)目編號(hào)：201010028項(xiàng)目名稱(chēng)：奧氏體不銹鋼低溫應(yīng)變性能測(cè)試與評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)研究 起止時(shí)間：2010.11-2013.4：陶雪榮（蓋章）： 中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)項(xiàng)目項(xiàng)目承擔(dān)二一三年七月摘要奧氏體不銹鋼因其優(yōu)良的低溫性能廣泛應(yīng)用于低溫容器尤其是移動(dòng)式低溫容器的制造。由于奧氏體不銹鋼屈服強(qiáng)度較低、變形能力較好，因此，在低溫容器制造中利用應(yīng)變強(qiáng)化工藝，在確保奧氏體不銹鋼原有機(jī)械性能不受大的影響的前提下，使材料發(fā)生一部分塑性變形，可以有效提高奧氏體不銹鋼的屈服強(qiáng)度，減小設(shè)備壁厚。奧氏體不銹鋼低溫容器應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)能夠大幅度提高材料的許用應(yīng)力，減薄容器

2、的壁厚，從而節(jié)約材料、減少低溫容器的制造成本，降低其制造和運(yùn)輸過(guò)程中的能耗，提高的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)容器輕量化的重要技術(shù)。目前國(guó)際上存在兩種應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)：室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)(Avesta 技術(shù))和低溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)(Aredeform 技術(shù))。室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)在室溫下用潔凈水對(duì)奧氏體不銹鋼深冷容器內(nèi)容器進(jìn)行超壓處理，使其產(chǎn)生一定量的塑性變形，通過(guò)提高奧氏體不銹鋼屈服強(qiáng)度而提高許用應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)了低溫容器的輕量化，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的，目前有著較為成工業(yè)化使用經(jīng)驗(yàn)。低溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)則是采用液氮對(duì)容器進(jìn)行強(qiáng)化處理，使容器在低溫（-196）下發(fā)生一定程度的塑性變形，從而實(shí)現(xiàn)容器的強(qiáng)化。目前，國(guó)外對(duì)低溫應(yīng)變

3、強(qiáng)化容器的設(shè)計(jì)制造、強(qiáng)化工藝、安全性影響、強(qiáng)化后的材料性能等多個(gè)方面進(jìn)行了研究。在國(guó)內(nèi)，奧氏體不銹鋼低溫應(yīng)變強(qiáng)化（-196）的研究非常少。本項(xiàng)目通過(guò)選取 S30403 和 S31608 兩種典型的奧氏體不銹鋼進(jìn)行應(yīng)變強(qiáng)化處理（常溫和-196），對(duì)常溫和低溫條件下的力學(xué)性能影響關(guān)系、應(yīng)變強(qiáng)化處理（常溫和-196）與馬氏體相變轉(zhuǎn)化關(guān)系、應(yīng)變強(qiáng)化處理（常溫和-196）對(duì)材料耐腐蝕性能影響等進(jìn)行研究和比較；測(cè)試了兩種典型奧氏體不銹鋼材料經(jīng)過(guò)應(yīng)變強(qiáng)化處理和過(guò)應(yīng)變強(qiáng)化處理在常溫和一系列低溫條件下的Rp0.2、Rp1.0 和 Rm 等力學(xué)參數(shù)，建立奧氏體不銹鋼低溫應(yīng)變強(qiáng)化處理與馬氏體相變轉(zhuǎn)化的定量關(guān)系，建立

4、奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化處理對(duì)耐腐蝕性能的影響關(guān)系，為奧氏體不銹鋼低溫容器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂、安全監(jiān)管和使用維護(hù)提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。: 奧氏體不銹鋼、低溫應(yīng)變性能、測(cè)試與評(píng)價(jià)目錄1概述31.1 研究目的31.2 研究意義3國(guó)內(nèi)外研究概況及國(guó)內(nèi)存在的問(wèn)題42.1 國(guó)外研究概況42.2 國(guó)內(nèi)研究概況和存在的問(wèn)題5研究?jī)?nèi)容7. 94.1 奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化處理對(duì)力學(xué)性能的影響關(guān)系94.2 奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化處理對(duì)馬氏體相變轉(zhuǎn)化的影響關(guān)系184.3 奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化處理中化學(xué)元素對(duì)馬氏體相變轉(zhuǎn)化的影響關(guān)系474.4 奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化處理對(duì)其耐腐蝕性能的影響關(guān)系67技術(shù)總結(jié)及創(chuàng)新點(diǎn)10323

5、455.15.25.35.4技術(shù)總結(jié)103項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)103項(xiàng)目的技術(shù)水平104需進(jìn)一步完善的技術(shù)內(nèi)容104附錄 A 材料拉伸測(cè)試數(shù)據(jù)105附錄 B附錄 C材料低溫拉伸性能測(cè)試平臺(tái)123和文章件124參考文獻(xiàn)125奧氏體不銹鋼低溫應(yīng)變性能測(cè)試與評(píng)價(jià)研究1 概述1.1 研究目的我國(guó)容器制造行業(yè)相對(duì)成熟，各種和標(biāo)準(zhǔn)已成體系，整個(gè)行業(yè)的制造能力達(dá)到較高的水平，但是低溫容器的設(shè)計(jì)規(guī)范與國(guó)外相比還存在較多空白，國(guó)內(nèi)奧氏體不銹鋼低溫容器設(shè)計(jì)和制造，都依據(jù) GB150鋼制容器、GB18442低溫絕熱容器等標(biāo)準(zhǔn)，與同國(guó)際同類(lèi)先進(jìn)相比，按國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的材料厚、自、成本高。容器輕型化技術(shù)已成為我國(guó)容器未來(lái)發(fā)展的重要

6、趨勢(shì)，是安全與經(jīng)濟(jì)并重，安全與節(jié)約并重設(shè)計(jì)理念的具體體現(xiàn)。將應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用于奧氏體不銹鋼低溫容器,提高材料屈服強(qiáng)度，減薄設(shè)計(jì)壁厚,實(shí)現(xiàn)容器輕量化,降低其制造和運(yùn)輸過(guò)程中的能耗，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)低溫容器輕量化的重要技術(shù)。隨著奧氏體不銹鋼低溫容器的發(fā)展，奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外主要研究方向，采用應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)的容器壁厚通?？梢詼p薄 30%-50%。目前，國(guó)產(chǎn)奧氏體不銹鋼材料應(yīng)變強(qiáng)化性能及其影響因素研究不夠系統(tǒng)，尤其是奧氏體不銹鋼低溫應(yīng)變性能及其影響的研究很少，其低溫應(yīng)變性能的數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺乏。本項(xiàng)目針對(duì)上述情況，對(duì)兩種典型的奧氏體不銹鋼 S30403 和 S31608 進(jìn)行了常溫和低溫的應(yīng)變強(qiáng)化

7、處理，研究了應(yīng)變強(qiáng)化尤其是低溫應(yīng)變強(qiáng)化對(duì)奧氏體不銹鋼材料的力學(xué)性能、微觀組織轉(zhuǎn)化以及材料的耐腐蝕性能的影響，累計(jì)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定了相關(guān)影響關(guān)系，為奧氏體不銹鋼低溫容器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂、安全監(jiān)管和使用維護(hù)提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。1.2 研究意義本項(xiàng)目選用 S30403 和 S31608 兩種典型的奧氏體不銹鋼進(jìn)行常溫和低溫應(yīng)變強(qiáng)化處理，通過(guò)對(duì)奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化尤其是低溫應(yīng)變強(qiáng)化后的力學(xué)性能、微觀組織轉(zhuǎn)變以及耐蝕性等性能能測(cè)試對(duì)奧氏體不銹鋼低溫應(yīng)變性能主要影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和分析，獲得低溫應(yīng)變性能的指標(biāo)參數(shù)，為奧氏體不銹鋼低溫容器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂、安全監(jiān)管和使用維護(hù)提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支

8、撐。2 國(guó)內(nèi)外研究概況及國(guó)內(nèi)存在的問(wèn)題2.1 國(guó)外研究概況目前國(guó)際上存在兩種應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)：室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)(Avesta 技術(shù))和低溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)(Aredeform 技術(shù))。瑞典 Avesta Sheffield 公司1從 1956 年開(kāi)始，從事容器奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化工作。于 1959 年生產(chǎn)出第一臺(tái)室溫應(yīng)變強(qiáng)化容器。1969 年AvestaSheffield 公司在美國(guó)申請(qǐng)了專(zhuān)利“奧氏體不銹鋼容器”（US 3456831 A）。1975年瑞典將室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)納入容器標(biāo)準(zhǔn)2（Cold-Stretching Directions）。 1977 年，瑞典、芬蘭、挪威、德國(guó)、澳大利亞、荷蘭、英

9、國(guó)、西班牙、葡萄牙、捷克斯洛伐克及南非等國(guó)已接受容器奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)3。1999 澳 大 利 亞 將 室 溫 應(yīng) 變 強(qiáng) 化 技 術(shù) 以 標(biāo) 準(zhǔn) 增 補(bǔ) 形 式 納 入 標(biāo) 準(zhǔn) AS 1210-Supplyment2-1999。2002 年歐盟將奧氏體不銹鋼室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)納入標(biāo)準(zhǔn) EN 13458-2：2002 附錄 C3和 EN 13530-2：2002 附錄 C。2008 年美國(guó)將奧氏體不銹鋼室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)納入 ASME BPVC-Code Case 2596。同時(shí) ISO21009-1：2008 頒布4-13。室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)至今已有 50 多年的歷史了，在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展的非常

10、完善了。目前應(yīng)變強(qiáng)化容器有硫酸蒸煮器，硝酸吸收塔，蒸發(fā)器，反應(yīng)器，紙漿酸類(lèi)貯罐，高壓氣瓶，球罐，深冷裝置用的容器，運(yùn)輸用容器，核動(dòng)力反應(yīng)堆冷卻水罐，承受輻照作用的反應(yīng)堆用，供水管線等。美國(guó) Arde-Portland 公司于 1961 年將退火態(tài) 301 奧氏體不銹鋼容器，在196（液氮）保溫，進(jìn)行應(yīng)變強(qiáng)化處理，產(chǎn)生 10%左右（最大 13%）塑性變形， 提高 301 鋼的屈服強(qiáng)度，有的再經(jīng)過(guò) 427，20 小時(shí)時(shí)效處理，進(jìn)一步提高 301鋼的屈服強(qiáng)度，用于航天領(lǐng)域，使用介質(zhì)為液氮、和液氫等。通常稱(chēng)該方法為 Ardeform 模式，Cryogenic Stretch Forming。國(guó)外對(duì)低溫

11、應(yīng)變強(qiáng)化容器的設(shè)計(jì)制造、強(qiáng)化工藝、安全性影響、強(qiáng)化后的材料性能（包括機(jī)械性能、腐蝕性能、疲勞性能以及高溫性能）等多個(gè)方面進(jìn)行了研究。2.2 國(guó)內(nèi)研究概況和存在的問(wèn)題相比國(guó)外，國(guó)內(nèi)關(guān)于容器應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)起步較晚。華東石油學(xué)院奧氏體不銹鋼強(qiáng)化試驗(yàn)組最早開(kāi)始進(jìn)行奧氏體不銹鋼容器應(yīng)變強(qiáng)化研究，詳細(xì)介紹了奧氏體不誘鋼的應(yīng)力應(yīng)變行為14；綜合敘述了冷加工或冷變形奧氏體不誘鋼常溫及高溫機(jī)械性能、疲勞性能與抗腐蝕性能的影響；討論了容器超壓處理15根據(jù)奧氏體不銹鋼材料技術(shù)及模擬試驗(yàn)結(jié)果。2001 年鄭州大學(xué)化學(xué)的拉伸曲線及線彈性強(qiáng)化材料模型，回歸出一種奧氏體不銹鋼塑性強(qiáng)化段的應(yīng)力應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系式，并利用薄膜理論，推

12、導(dǎo)出常溫奧氏體不銹鋼容器的超壓強(qiáng)化處理的計(jì)算公式。但是，所推導(dǎo)的計(jì)算公式誤差較大，而且計(jì)算結(jié)果過(guò)于保守，不利于推廣到工程應(yīng)用中。2003 年，浙江大學(xué)開(kāi)始室溫應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)研究，并于 2006 年浙江大學(xué)成功研制深冷容器應(yīng)變強(qiáng)化用控制系統(tǒng)。2007 年，中國(guó)國(guó)際海運(yùn)集裝箱（）申請(qǐng)專(zhuān)利“容器應(yīng)變強(qiáng)化系統(tǒng)及其所生產(chǎn)的奧氏體不銹鋼低溫容器”。周高斌16對(duì)應(yīng)變強(qiáng)化過(guò)程進(jìn)行了非線性數(shù)值模擬，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比；探討了應(yīng)變強(qiáng)化對(duì)材料的性能影響規(guī)律。2008 年，中集圣達(dá)因應(yīng)變強(qiáng)化低溫容器新發(fā)布會(huì)成功召開(kāi)。2008 年江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究了焊接方法對(duì)國(guó)產(chǎn) 304 不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化因素的影響，按照AS

13、ME CASE2596-2008 制造模型容器進(jìn)行應(yīng)變強(qiáng)化，并對(duì)其強(qiáng)化過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬17。2009 年鄧陽(yáng)春18在考慮材料應(yīng)變強(qiáng)化的前提下研究了容器的靜壓承載能力。2010 年，鍋爐容標(biāo)委關(guān)于應(yīng)變強(qiáng)化技術(shù)對(duì)材料提出試驗(yàn)要求。迄今為止，經(jīng)浙江大學(xué)技術(shù)評(píng)審，北京泰萊華頓低溫設(shè)備、北京建安特西維歐特種設(shè)備制造、張家港中集圣達(dá)因低溫裝備、查特深冷工程系統(tǒng)(常州)深冷容器。、張家港韓中深冷科技等已開(kāi)始制造室溫應(yīng)變強(qiáng)化國(guó)內(nèi)目前主要是采用國(guó)外材料或按國(guó)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的國(guó)外牌號(hào)奧氏體不銹鋼按照國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)制造應(yīng)變強(qiáng)化低溫容器對(duì)其常溫強(qiáng)化過(guò)程進(jìn)行彈塑性行為及應(yīng)變強(qiáng)化性能的影響因素進(jìn)行研究，奧氏體不銹鋼材料應(yīng)變強(qiáng)化

14、性能及其影響因素研究較少，尤其是奧氏體不銹鋼在低溫應(yīng)變下的力學(xué)性系能、微觀組織轉(zhuǎn)變已經(jīng)耐腐性性能的影響尚缺乏系統(tǒng)的材料性能研究。主要存在材料實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有限，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不全，缺乏標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)難以保障，難以推廣等問(wèn)題。3 研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目研究工作來(lái)源于質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目（201010028），奧氏體不銹鋼低溫應(yīng)變性能測(cè)試與評(píng)價(jià)體目標(biāo)為：研究。其主要總奧氏體不銹鋼過(guò)應(yīng)變強(qiáng)化處理和經(jīng)過(guò)應(yīng)變強(qiáng)化處理后對(duì)常溫和低溫條件下的力學(xué)性能影響關(guān)系、應(yīng)變強(qiáng)化處理與馬氏體相變轉(zhuǎn)化關(guān)系、應(yīng)變強(qiáng)化處理對(duì)材料耐腐蝕性能影響等進(jìn)行研究和比較，測(cè)試兩種典型奧氏體不銹鋼材料經(jīng)過(guò)應(yīng)變強(qiáng)化處理和過(guò)應(yīng)變強(qiáng)化處理在常溫和一系列低溫條件下

15、的Rp0.2、Rp1.0 和 Rm 等力學(xué)參數(shù)，建立奧氏體不銹鋼低溫應(yīng)變強(qiáng)化處理與馬氏體相變轉(zhuǎn)化的定量關(guān)系，建立奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化處理對(duì)耐腐蝕性能的影響關(guān)系，為奧氏體不銹鋼低溫容器的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂、安全監(jiān)管和使用維護(hù)提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容：1. 兩種典型奧氏體不銹鋼進(jìn)行常溫應(yīng)變強(qiáng)化處理和-196低溫應(yīng)變強(qiáng)化處理。2. 經(jīng)過(guò)應(yīng)變強(qiáng)化處理（常溫應(yīng)變強(qiáng)化和-196低溫應(yīng)變強(qiáng)化）后和應(yīng)變強(qiáng)化處理的兩種奧氏體不銹鋼在常溫、0、系列低溫（不少于 5 個(gè)）條件下的Rp0.2、Rp1.0 和 Rm 等力學(xué)參數(shù)的測(cè)試和評(píng)價(jià)。3. 經(jīng)過(guò)應(yīng)變強(qiáng)化處理（常溫應(yīng)變強(qiáng)化和-196低溫應(yīng)變強(qiáng)化）后和應(yīng)

16、變強(qiáng)化處理的兩種奧氏體不銹鋼，應(yīng)變強(qiáng)化程度（預(yù)變形程度和應(yīng)變速率）與馬氏體相變轉(zhuǎn)化關(guān)系研究。4. 經(jīng)過(guò)應(yīng)變強(qiáng)化處理（常溫應(yīng)變強(qiáng)化和-196低溫應(yīng)變強(qiáng)化）后和應(yīng)變強(qiáng)化處理的兩種奧氏體不銹鋼在常溫條件下的耐腐蝕性能（腐蝕電位、極化掃描曲線、慢應(yīng)變速率拉伸（SSRT）、U 型彎浸泡試驗(yàn)）測(cè)試和評(píng)價(jià)。5. 奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化處理過(guò)程中化學(xué)元素對(duì)馬氏體相變轉(zhuǎn)化的影響關(guān)系研究。以上 14 內(nèi)容是在任務(wù)書(shū)中明確的研究?jī)?nèi)容，本項(xiàng)目在實(shí)施時(shí)發(fā)現(xiàn)奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化過(guò)程中化學(xué)元素對(duì)馬氏體相變的轉(zhuǎn)化起著重要的作用，因此，拓展了本項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容，補(bǔ)充研究了奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化處理過(guò)程中化學(xué)元素對(duì)馬氏體相變轉(zhuǎn)化的影響

17、關(guān)系研究。本項(xiàng)目的研究工作嚴(yán)格按照項(xiàng)目的實(shí)施方案完成，具體實(shí)施路線如下圖 3-1所示。注：紅色字體為任務(wù)書(shū)規(guī)定范圍外拓展研究?jī)?nèi)容。圖 3-1 項(xiàng)目研究工作實(shí)施路線本項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中，主要解決了以下幾個(gè)方面的技術(shù)關(guān)鍵和難點(diǎn)：1. 各試驗(yàn)試樣的低溫應(yīng)變強(qiáng)化處理技術(shù)和試樣的。奧氏體不銹鋼材料進(jìn)行-196低溫應(yīng)變強(qiáng)化時(shí)，必須將試樣全浸泡在液氮環(huán)境中進(jìn)行預(yù)拉伸，難度大，性高；尤其是液氮的揮發(fā)以及盛裝液氮的容器和拉伸試驗(yàn)機(jī)之間的密封、卡具的耐低溫性能等系列問(wèn)題需要解決，對(duì)設(shè)備和操作要求較高。2. 系列低溫條件下（包括-196）的試樣力學(xué)性能參數(shù)的測(cè)試技術(shù)，以及試驗(yàn)結(jié)果與常規(guī)力學(xué)參數(shù)的比對(duì)和評(píng)價(jià)技術(shù)。-19

18、6條件下的低溫應(yīng)變強(qiáng)化過(guò)程基于-196的拉伸性能試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)，試樣全浸泡在液氮環(huán)境進(jìn)行各種測(cè)試。在常溫和-196之間的溫度范圍的低溫拉伸性能測(cè)試需要在環(huán)境箱中通過(guò)拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，對(duì)環(huán)境箱的溫控精度，保溫時(shí)間有很高的要求。目前，大部分低溫環(huán)境箱提供的溫度范圍在常溫到-120之間，而部分液化氣體液態(tài)常壓沸點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于這個(gè)溫度，現(xiàn)有試驗(yàn)條件很難滿足。3. 低溫條件下的應(yīng)變強(qiáng)化與馬氏體相變轉(zhuǎn)化的定性與定量關(guān)系的研究。4. 低溫條件下的應(yīng)變強(qiáng)化處理后試樣的的耐腐蝕性能測(cè)試與評(píng)價(jià)技術(shù)。44.1 奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化處理對(duì)力學(xué)性能的影響關(guān)系4.1.1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法本研究?jī)?nèi)容選取了兩種常用應(yīng)變強(qiáng)化

19、容器用奧氏體不銹鋼材料，在一系列溫度條件下進(jìn)行材料拉伸性能測(cè)試，主要測(cè)試材料的屈服強(qiáng)度Rp0.2 和抗拉強(qiáng)度 Rm，另外，考慮到歐盟標(biāo)準(zhǔn) EN13445 等對(duì)于奧氏體不銹鋼材料屈服強(qiáng)度值一般用 Rp1.0 代替 Rp0.2，本研究?jī)?nèi)容同時(shí)測(cè)量 Rp1.0 和 Rp0.2。采用 5 標(biāo)準(zhǔn)圓棒試樣， 每組取 3 個(gè)試樣，在 MTS-800 機(jī)上進(jìn)行材料拉伸實(shí)驗(yàn)，采用位移控制，加載速度為 1mm/min。兩種奧氏體不銹鋼材料分別為 S30403 和 S31608(以下簡(jiǎn)稱(chēng) 304 和 316) ， 材料的化學(xué)成份見(jiàn)表 4-1 。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T228.1-2010 和GB/T4338-2006。

20、表 4-1 實(shí)驗(yàn)材料化學(xué)成分考慮到應(yīng)變強(qiáng)化常用溫度范圍，并結(jié)合溫度對(duì)奧氏體不銹鋼材料組織變化已有研究成果，選擇了 7 個(gè)溫度，重點(diǎn)在低溫，分別為-196，-160，-120，-60，20，200，400。為了研究材料扎制的方向性導(dǎo)致不同方向的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度差異，在材料扎制方向的縱向和橫向兩個(gè)方向分別取樣進(jìn)行材料拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)試。一次加載，試樣直接從零開(kāi)始連續(xù)加載至斷裂，獲得材料不同溫度條件下的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。二次加載。為了研究應(yīng)變強(qiáng)化對(duì)材料性能的影響，每種材料在上述每種溫度材料牌號(hào)化學(xué)成分(%)CSiMnPSCrNiNSS304030.02520.43551.12350.03500.001

21、618.1608.12700.0424SS316080.0600.56131.1450.03000.001817.86012.430條件下，分別進(jìn)行了 5%，10%, 15%共 3 個(gè)不同等級(jí)應(yīng)變強(qiáng)化的拉伸實(shí)驗(yàn)，采用將材料拉伸到部分塑性變形，例如 10%應(yīng)變，卸載到零，再拉斷，即二次加載。每個(gè)試樣實(shí)驗(yàn)溫度和預(yù)應(yīng)變量確定后，采用兩種溫度條件進(jìn)行預(yù)應(yīng)變，一種在實(shí)驗(yàn)溫度條件下進(jìn)行預(yù)變形，然后，在實(shí)驗(yàn)溫度條件下拉斷；另一種在室溫條件下進(jìn)行預(yù)變形，然后，在實(shí)驗(yàn)溫度條件下拉斷。本項(xiàng)目對(duì)不同溫度條件下的拉伸試樣斷口各選擇一個(gè)進(jìn)行掃描電鏡觀察，結(jié)合材料的微觀特性分析材料宏觀力學(xué)特性。4.1.2 材料的拉伸性能

22、兩種材料在不同溫度條件下，以及不同加載路徑和加載條件下，材料拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)附錄 A 表 1 和附錄 A 表 2。另外，考慮到歐盟標(biāo)準(zhǔn) EN13445 等對(duì)于奧氏體不銹鋼材料屈服強(qiáng)度一般用Rp1.0 代替Rp0.2，本文同時(shí)測(cè)量 Rp1.0 和Rp0.2。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)量非常龐大，為了便于尋找本質(zhì)規(guī)律，特地將實(shí)驗(yàn)結(jié)果制成圖像。圖 4-1 和圖 4-2 分別為兩種材料兩個(gè)方向，材料屈服強(qiáng)度s0.2 和抗拉強(qiáng)度sb 與溫度的關(guān)系曲線。一般，s1 0 » s 0 2 + 40MPa ，圖像中沒(méi)有另外給出s1.0 的值。圖 4-1304 屈服強(qiáng)度 Rp0.2 和抗拉強(qiáng)度 Rp1.0 與溫度的關(guān)系

23、316 屈服強(qiáng)度 Rp0.2 和抗拉強(qiáng)度 Rp0.2 與溫度的關(guān)系圖 4-2從圖 4-1 和圖 4-2 可知，兩種材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨溫度升高而降低，溫度對(duì)材料的屈服強(qiáng)度影響比較平緩；在室溫以上，溫度對(duì)材料的抗拉強(qiáng)度影響也比較平緩，但是，在室溫以下，溫度對(duì)材料的抗拉強(qiáng)度影響非常明顯，溫度越低，材料的抗拉強(qiáng)度明顯提高；-196材料的抗拉強(qiáng)度是室溫的兩倍多。產(chǎn)生這一結(jié)果的主要原因，塑性變形導(dǎo)致馬氏體組織增加，溫度越低，馬氏體組織含量增加越大，馬氏體組織使材料的強(qiáng)度明顯增大。在民用領(lǐng)域容器應(yīng)變強(qiáng)化一般在室溫條件下進(jìn)行，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在低溫條件下，材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高于常溫條件下的值。

24、因而，低溫壓力容器設(shè)計(jì)在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度取常溫條件下的值偏保守，安全合理。如今后對(duì)材料的其它低溫特性進(jìn)一步研究，在保障安全前提下，也可用材料的低溫強(qiáng)度值進(jìn)行計(jì)算。因而，低溫?cái)?shù)據(jù)為今后進(jìn)一步挖掘設(shè)備潛力提供重要參數(shù)。從圖 4-1 和圖 4-2 可看出，材料縱向和橫向抗拉強(qiáng)度幾乎一致，材料縱向屈服強(qiáng)度略高于橫向抗拉強(qiáng)度值。材料在扎制方向塑性變形程度略高于橫向塑性變形，因而，屈服強(qiáng)度縱向略高于橫向值；到達(dá)抗拉強(qiáng)度時(shí)，兩個(gè)方向塑性變形量均達(dá)到極限值，因而，抗拉強(qiáng)度值基本一致。工程設(shè)計(jì)計(jì)算，可不用考慮材料不同方向的材料屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度微小差別。二次加載主要目的是為了研究不同加載

25、路徑對(duì)材料抗拉強(qiáng)度的影響。為了便于比較，以試樣原始為基準(zhǔn)計(jì)算材料抗拉強(qiáng)度值。分別進(jìn)行了 5%，10%,15%共 3 個(gè)不同等級(jí)應(yīng)變強(qiáng)化的拉伸實(shí)驗(yàn)，采用將材料拉伸到部分塑性變形，例如10%應(yīng)變，卸載到零，再拉斷，即二次加載。二次加載采用兩種溫度條件進(jìn)行預(yù)應(yīng)變，一種在實(shí)驗(yàn)溫度下預(yù)變形，然后，在實(shí)驗(yàn)溫度條件下拉斷；另一種在室溫條件下預(yù)變形，然后，在實(shí)驗(yàn)溫度條件下拉斷。圖 4-3 和圖 4-4 分別為 304 材料縱向和橫向試樣在二次加載下，材料抗拉強(qiáng)度sb 與溫度的關(guān)系曲線。圖 3-5 分別為 316 材料在二次加載下，材料抗拉強(qiáng)度sb 與溫度的關(guān)系曲線。圖 4-3304 抗拉強(qiáng)度 Rm 與溫度的關(guān)

26、系（縱向）圖 4-4 304 抗拉強(qiáng)度 Rm 與溫度的關(guān)系（橫向）圖 4-5 316 抗拉強(qiáng)度 Rm 與溫度的關(guān)系（縱向）從圖 4-3 到圖 4-5 可知，不同應(yīng)變強(qiáng)化程度，兩種溫度條件下預(yù)應(yīng)變，二次加載所得材料抗拉強(qiáng)度與一次加載（實(shí)驗(yàn)溫度下直接拉斷）所測(cè)得材料抗拉強(qiáng)度值基本一致。鄧陽(yáng)春等19,22不考慮溫度影響，對(duì)圓棒拉伸試樣進(jìn)行過(guò)理論推導(dǎo)，并給出了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，證明圓棒拉伸加載路徑對(duì)材料抗拉強(qiáng)度無(wú)影響。本次實(shí)驗(yàn)量巨大，并且包含溫度因素，進(jìn)一步證明結(jié)果更加具備普遍性。因而，二次加載時(shí)，材料的新屈服強(qiáng)度為前一次卸載前材料的應(yīng)力值，材料的抗拉強(qiáng)度值不變。鄧陽(yáng)春等19,22不考慮溫度影響，對(duì)圓筒和

27、球形容器進(jìn)行過(guò)理論推導(dǎo)，并進(jìn)行了有限元驗(yàn)證，內(nèi)壓條件下加載路徑對(duì)容器的承載能力無(wú)影響。應(yīng)變強(qiáng)化改變的僅是材料的屈服強(qiáng)度值，材料的抗拉強(qiáng)度值不變。因而，壓力容器應(yīng)變強(qiáng)化設(shè)計(jì)強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，不考慮加載路徑（過(guò)程），僅以應(yīng)變強(qiáng)化程度為基準(zhǔn)確定材料的許用應(yīng)力值，以容器的原始為依據(jù)，按常規(guī)方法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，安全合理。不同程度應(yīng)變強(qiáng)化程度處理，材料屈服強(qiáng)度提高程度不同。表 4-2 列出了兩種材料在不同應(yīng)變強(qiáng)化程度，材料新屈服強(qiáng)度值。顯然，相同的應(yīng)變強(qiáng)化程度，低溫條件下材料屈服強(qiáng)度值提高更加明顯。應(yīng)變強(qiáng)化程度越大，材料屈服強(qiáng)度值越高，在 5%的應(yīng)變強(qiáng)化程度，材料屈服強(qiáng)度提高較大，大于 5%的應(yīng)變強(qiáng)化程度后，材料

28、屈服強(qiáng)度提高相對(duì)比較緩慢。表 4-2 應(yīng)變強(qiáng)化后材料的新屈服強(qiáng)度值選擇不同的應(yīng)變強(qiáng)度程度進(jìn)行容器設(shè)計(jì)，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性不同。應(yīng)變強(qiáng)度程度越高越經(jīng)濟(jì)，但結(jié)合材料性能變化，國(guó)際上，一般容器整體部位不超過(guò)10%應(yīng)變程度，局部不超過(guò) 12%應(yīng)變程度。4.1.2 斷口掃描電鏡分析本項(xiàng)目選擇不同溫度條件下的 304 材料拉伸試樣各選擇一個(gè)斷口進(jìn)行掃描電鏡觀察。圖 4-6 圖 4-10 為常溫拉伸試樣斷口掃描電鏡。材料Rp0 2(MPa)Rp5 0(MPa)Rp10 0(MPa)Rp15 0(MPa)試驗(yàn)溫度30430742048553020304390640665/-1963162503614324782031

29、6436600627735-196斷口低倍形貌見(jiàn)圖 4-6，放大 80 倍進(jìn)行觀察，呈“杯錐”狀，這是韌性斷口的典型標(biāo)志。斷口主要由纖維區(qū)和剪切唇區(qū)兩部分組成，斷口中部為纖維區(qū)，斷口周邊為剪切唇區(qū)。纖維區(qū)高倍形貌見(jiàn)圖 4-7、圖 4-8，分別放大 500 倍和 2000倍進(jìn)行觀察，主要呈等軸韌窩特征，斷口形貌反映出材料組織具有一定方向性。剪切唇區(qū)高倍形貌見(jiàn)圖 4-9、圖 4-10，分別放大 500 倍和 2000 倍進(jìn)行觀察，主要呈剪切韌窩特征。圖 4-11圖 4-15 為在-196條件下的拉伸斷口。其斷口形貌與常溫拉伸斷口形貌相似。-160，-120，-60條件下的拉伸斷口也與常溫拉伸斷口形

30、貌相似，為省篇幅，未放入。圖 4-16圖 4-20 為在 200條件下的拉伸斷口。斷口中部纖維區(qū)組織比常溫拉伸斷口的組織大些，且斷口周邊為剪切唇區(qū)很明顯組織塑性變形較比常溫拉伸斷口的大些，為典型材料高溫拉伸特性。400條件下的拉伸斷口 200條件下的拉伸斷口形貌相似，為省篇幅，未放入。在常溫到-196之間，材料拉伸斷口形貌相似，說(shuō)明低溫對(duì)奧氏體不銹鋼材料的韌性無(wú)明顯影響。圖 4-6A-2080x圖 4-7A-20500x圖 4-8A-202000x圖 4-9A-20500x圖 4-10A-202000x圖 4-11A-196-19680x圖 4-12A-196-196 500x圖 4-13A-

31、196-196 2000x圖 4-14A-196500x圖 4-15A-1962000x圖 4-16A-20080x圖 4-17A-200500x圖 4-18A-2002000x圖 4-19A-200500x圖 4-20A-2002000x4.1.3 結(jié)論1)奧氏體不銹鋼材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度隨溫度升高而降低。在室溫以下，溫度對(duì)材料的抗拉強(qiáng)度影響更加顯著。2)材料縱向和橫向抗拉強(qiáng)度幾乎一致，材料縱向屈服強(qiáng)度略高于橫向抗拉強(qiáng)度值，但工程計(jì)算可忽略這一差異。3)4)加載路徑對(duì)材料的抗拉強(qiáng)度無(wú)明顯影響。低溫容器設(shè)計(jì)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)以常溫條件下材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度為基準(zhǔn)，確定材料的許用應(yīng)力值，以容

32、器的原始為依據(jù)，按常規(guī)方法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，安全合理。5)6)材料的低溫強(qiáng)度值可作為今后進(jìn)一步挖掘材料潛力的重要參數(shù)。在 5%的應(yīng)變強(qiáng)化程度，材料屈服強(qiáng)度提高較大，大于 5%的應(yīng)變強(qiáng)化程度后，材料屈服強(qiáng)度提高相對(duì)比較緩慢。7)掃描電鏡觀察奧氏體不銹鋼低溫拉伸斷口形貌與常溫拉伸斷口形貌相似，低溫對(duì)材料奧氏體不銹鋼的韌性影響較小。4.2 奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化處理對(duì)馬氏體相變轉(zhuǎn)化的影響關(guān)系4.2.1 S31608 奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化處理對(duì)馬氏體相變轉(zhuǎn)化的影響4.2.1.1 試樣和試驗(yàn)方法本項(xiàng)目以 S31608 奧氏體不銹鋼 10mm 板材為研究對(duì)象，為了比較常溫下和低溫下奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化特性,分為

33、常溫組(20)和低溫組(-196),并選擇較易實(shí)現(xiàn)的兩種應(yīng)變速率分別代表快速(1×10-2/s)和慢速應(yīng)變(1×10-3/s)在的行為特征進(jìn)行拉伸應(yīng)變強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)，常溫組設(shè)計(jì)了 3 種應(yīng)變強(qiáng)化程度(10%,20%,斷裂),低溫快拉組設(shè)計(jì)了 3 種應(yīng)變強(qiáng)化程度(10%,20%,30%),低溫慢拉組設(shè)計(jì)了 2種應(yīng)變強(qiáng)化程度(20%,30%),用于奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化組織變化特征,分別采用金相法、SEM 和磁性檢測(cè)法分析應(yīng)變強(qiáng)化形變馬氏體變化規(guī)律，以及對(duì)比 3種檢測(cè)方法有效性，技術(shù)路線如圖 3-21。圖 4-21 研究方案技術(shù)路線試驗(yàn)試樣來(lái)自于厚度為 10mm 的 S31608 奧氏

34、體不銹鋼鋼板，鋼板的化學(xué)成分如表 4 所示，化學(xué)成分符合 GB24511 的要求。沿鋼板平行軋制方向，按GB228.1-2010 附錄 D.2 矩形橫截面比例試樣設(shè)計(jì)，用線切割方法加工成如圖4-22(a)所示的室溫拉伸試樣，共計(jì) 6 塊試樣；沿平行軋制方向，按圖 4-22(b)所的機(jī)加工成低溫拉伸試樣，共計(jì) 5 塊試樣。為溫度、應(yīng)邊速率和變形率對(duì)奧氏體不銹鋼形變誘發(fā)馬氏體相變的影響，采用室溫和低溫拉伸應(yīng)邊強(qiáng)化試驗(yàn)，試件編號(hào)及試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表 4-4。表 4-3 實(shí)驗(yàn)材料化學(xué)成分表 4-4 試驗(yàn)試件及參數(shù)一覽表(a) 室溫(b) 低溫圖 4-22 拉伸試樣結(jié)構(gòu)圖試件編號(hào)規(guī) 格/mm試驗(yàn)溫度/應(yīng)變速率

35、/s變形程度/%C-1T=1020±51×10-210C-2T=1020±51×10-230C-3T=1020±51×10-2斷裂C-4T=1020±51×10-310C-5T=1020±51×10-330C-6T=1020±51×10-3斷裂D-15-196±51×10-210D-25-196±51×10-220D-35-196±51×10-230D-45-196±51×10-320D-55-1

36、96±51×10-330材料牌號(hào)化學(xué)成分（%）CSiMnPSNiCrMoS316080.0390.481.220.0340.00610.0816.452.06室溫拉伸應(yīng)變強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)在SHT4305 材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,采用控制工程應(yīng)變速率方式加載,應(yīng)變速率為 1×10-2/s 和 1×10-3/s，拉伸方向與板材軋制方向相同， 變形程度分別達(dá)到 10%、30%和斷裂后，停止加載并取下試樣，如圖 4-23；低溫拉伸應(yīng)變強(qiáng)化試驗(yàn)在低溫拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，在-196液氮中浸泡充分冷卻后， 分別采用控制工程應(yīng)變速率 1×10-2/s 和 1×10-

37、3/s 方式進(jìn)行低溫加載拉伸試驗(yàn)， 變形程度分別達(dá)到 10%、20%和 30%后，停止加載并取下試樣，如圖 4-24。對(duì)應(yīng)邊強(qiáng)化后試樣采用金相顯微鏡和掃描電鏡(SEM)觀察分析變形微觀組織，并用鐵素體測(cè)定儀檢測(cè)試樣鐵磁性相鐵素體當(dāng)量23，如圖 4-25。圖 4-23 S31608 室溫應(yīng)變強(qiáng)化試驗(yàn)圖 4-24 S31608 低溫應(yīng)變強(qiáng)化試驗(yàn)（a） SEM 檢測(cè)（b）磁性檢測(cè)圖 4-25 S31608 應(yīng)變強(qiáng)化試樣檢測(cè)4.2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果Ø 金相檢測(cè)在室溫條件下，C1-C6 試樣應(yīng)變強(qiáng)化金相組織見(jiàn)圖 4-26，在-196低溫條件下 D1-D5 試樣應(yīng)變強(qiáng)化金相組織見(jiàn)圖 4-27。1

38、00x奧氏體+少量形變馬氏體100x奧氏體+少量形變馬氏體（1）C-1 試樣1×10-2/s ,A=10%（4）C-4 試樣 1×10-3/s ,A=10%100x奧氏體+少量形變馬氏體100x奧氏體+少量形變馬氏體（2）C-2 試樣 1×10-2/s ,A=30%（5）C-5 試樣 1×10-3/s ,A=30%100x奧氏體+少量形變馬氏體100x奧氏體+少量形變馬氏體（3）C-3 試樣 1×10-2/s ,A=斷裂圖 4-26 室溫下 C1-C6（6）C-6 試樣 1×10-3/s ,A=斷裂試樣應(yīng)變強(qiáng)化金相組織100X（1）奧

39、氏體+約 30%形變馬氏體D- 1 試樣 1×10-2/s ,A=10%100X（2）奧氏體+約 40%形變馬氏體D-2 試樣 1×10-2/s ,A=20%100X（3）奧氏體+約 55%形變馬氏體D- 3 試樣 1×10-2/s ,A=30%100X（4）奧氏體+約 40%形變馬氏體D-4 試樣 1×10-3/s ,A=20%100X（5）奧氏體+約 55%形變馬氏體D- 5 試樣 1×10-3/s ,A=30%圖 4-27-196下 D1-D5試樣應(yīng)變強(qiáng)化金相組織Ø SEM 檢測(cè)在室溫條件下，C1-C6 試樣 SEM 微觀組織見(jiàn)

40、圖 4-28，在-196低溫條件下D1-D5 試樣 SEM 微觀組織見(jiàn)圖 4-29。（1）C-1 試樣,A=10%（2）C-4 試樣 1×10-3/s ,A=10%1×10-2/s（3）C-2 試樣,A=30%（4）C-5 試樣 1×10-3/s ,A=30%1×10-2/s（5）C-3 試樣 1×10-2/s ,A=斷裂（6） C-6 試樣 1×10-3/s ,A=斷裂圖 4-28室溫下 C1-C6 試樣 SEM（1）D- 1 試樣 1×10-2/s,A=10%（2）D-2 試樣 1×10-2/s ,A=20%（

41、3）D- 3 試樣 1×10-2/s,A=30%（4）D-4 試樣 1×10-3/s ,A=20%（5）D- 5 試樣 1×10-3/s,A=30%圖 4-29-196下 D1-D5 試樣 SEMØ 當(dāng)量鐵素體檢測(cè)采用MP30E-S 型鐵素體測(cè)試儀對(duì) C1-C6 和 D1-D5 試樣應(yīng)變強(qiáng)化后的磁性相檢測(cè)，當(dāng)量鐵素體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 4-5。表 4-5當(dāng)量鐵素體檢測(cè)結(jié)果.2.1.3 試驗(yàn)結(jié)果分析圖 4-26 和圖 4-28 為在室溫條件下形變的金相和 SEM 微觀組織，由圖 4-26（1）和（4）可見(jiàn)，經(jīng)過(guò) 10%的變形后的組織，因變形量較小,組織沿變形方向

42、不明顯，組織中并沒(méi)有出現(xiàn)太明顯可見(jiàn)的形變跡象，在 5k 倍下可見(jiàn)奧氏體晶粒含內(nèi)極少量板條狀馬氏體，見(jiàn)圖 4-28（1）和（4）；而經(jīng) 30%變形（圖 4-26（2）和（5）后，可以看到組織中晶粒沿變形方向被拉長(zhǎng)變形且晶粒內(nèi)部存在的平行分布的變形滑移帶，在 3k 倍下均可見(jiàn)奧氏體晶粒內(nèi)出現(xiàn)板條狀馬氏體， 見(jiàn)圖 4-28（2）和（5）；而當(dāng)變形量進(jìn)一步增加直至斷裂后，原晶粒已被拉長(zhǎng)形成纖維狀組織，晶粒內(nèi)存在較為密切的變形滑移帶，但變形的不均勻性并未減小，原始材料的粗大晶粒被徹底破碎，晶界模糊不清，在 3k 倍下均可見(jiàn)奧氏體晶粒內(nèi)出現(xiàn)大量細(xì)條狀的馬氏體，變形量越條狀馬氏體越細(xì)小越密集，見(jiàn)圖4-28（

43、3）和（6）。當(dāng)量鐵素體檢測(cè)結(jié)果也間接證明，變形量越大，馬氏體等磁性相含量越多，見(jiàn)表 4-5。圖 4-27 和圖 4-29 為在低溫條件下形變的金相和 SEM 微觀組織，由可見(jiàn)，經(jīng)過(guò) 10%的低溫變形后的組織（見(jiàn)圖 4-27（1）,組織沿變形方向不明顯，但在 SEM 下觀察到奧氏體晶粒含出現(xiàn)少較多的板條狀馬氏體，見(jiàn)圖 4-29（1），當(dāng)量鐵素體檢測(cè)結(jié)果顯示磁相量約占 13%；而經(jīng) 20%和 30%變形（圖 4-27（2） 和（3）后，可以看到組織中晶粒沿變形方向被拉長(zhǎng)，在 3k 倍下均可見(jiàn)奧氏體晶粒內(nèi)出現(xiàn)大量細(xì)小的板條狀馬氏體，見(jiàn)圖 4-29（2）和（3），磁相量約占 35%和 46%；低應(yīng)變

44、速率下形成的馬氏體相形態(tài)與含量與高應(yīng)變速率相近，見(jiàn)圖 4-27試樣編號(hào)C-1C-2C-3C-4C-5C-6磁當(dāng)量/%0.91.53.10.91.73.4試樣編號(hào)D-1D-2D-3D-4D-5磁當(dāng)量/%（4）和（5），磁相量檢測(cè)結(jié)果表明也相近，見(jiàn)表 4-5。4.2.1.4 馬氏體相變機(jī)理Ø 溫度對(duì)馬氏體相變的影響實(shí)驗(yàn)研究表明，室溫下形變 30%，奧氏體晶粒內(nèi)出現(xiàn)少量的板條狀馬氏體， 馬氏體相含量約占 5%；而在-196環(huán)境下形變 30%，奧氏體晶粒內(nèi)形成大量的板條狀馬氏體，馬氏體相在原奧氏體相的部位產(chǎn)生，馬氏體相和奧氏體相相間而存在，且板條狀馬氏體有變細(xì)、變小的趨勢(shì)，馬氏體所占的比例有

45、所增加，約占50%。因此在-196下形變誘發(fā)的馬氏體相量比在常溫下形變多，說(shuō)明溫度對(duì)S31608 奧氏體不銹鋼形變誘發(fā)馬氏體相變有明顯的影響，低溫促使部分奧氏體發(fā)生了馬氏體相的轉(zhuǎn)變。在M s 點(diǎn)溫度以下，奧氏體發(fā)生以晶格畸變?yōu)橹?，無(wú)成分變化，無(wú)擴(kuò)散的位移型相變。奧氏體不銹鋼中馬氏體形成數(shù)量?jī)H與溫度有關(guān)，馬氏體形成數(shù)量與冷卻到達(dá)溫度的函數(shù)如圖 524，冷卻到達(dá)溫度越低，馬氏體形成數(shù)量越多，形成數(shù)量與時(shí)間無(wú)關(guān)。根據(jù)奧氏體鋼相變臨界點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式25:M s (K ) = 731 - 227(C + N ) -17.6Ni - 22.5Mn -17.3Cr -16.2Mo由表 4-5 化學(xué)成分含量可得

46、 S31608 奧氏體不銹鋼相變臨界點(diǎn)溫度：M s = 199.3K = -73.85°C因此，在-73.85以下 S31608 奧氏體不銹鋼將發(fā)生無(wú)擴(kuò)散型馬氏體相變， 溫度越低，馬氏體相變過(guò)冷度越大（即相變驅(qū)動(dòng)力越大），根據(jù)圖 4-30 馬氏體體積數(shù)與溫度的關(guān)系，形成的馬氏體相體積數(shù)越多。在-196形變時(shí)，S31608 奧氏體不銹鋼穩(wěn)定性降低，有足夠的過(guò)冷度使奧氏體發(fā)生馬氏體相變，馬氏體的形核部位進(jìn)一步增多，由于溫度與應(yīng)變誘發(fā)馬氏體的協(xié)合效應(yīng)使得馬氏體轉(zhuǎn)變更加充分。在常溫（ M s 點(diǎn)以上）形變，達(dá)不到馬氏體相變的熱力學(xué)條件，僅發(fā)生形變誘發(fā)馬氏體相變。根據(jù)常溫和低溫形變兩組試樣金相

47、組織及磁通量檢測(cè)對(duì)比表明，在M s 點(diǎn)以下，馬氏體相變量均在 10%以上，而M s 點(diǎn)以上，馬氏體相變量均在 1%左右。因此，在 M s 點(diǎn)以下形變比在M s 點(diǎn)以上形變更易誘發(fā)馬氏體相變。圖 4-30 馬氏體體積數(shù)與溫度的關(guān)系Ø 應(yīng)變速率對(duì)馬氏體相變的影響由表 4-54 可以看出，在常溫下，快應(yīng)變速率（1×10-2）下的馬氏體相轉(zhuǎn)變量低于慢應(yīng)變速率（1×10-3）。常溫形變過(guò)程受到變形熱效應(yīng)的影響，應(yīng)變速率的加快使形變產(chǎn)生的熱量來(lái)不及充分，試樣拉伸過(guò)程中的溫升與應(yīng)變和平均應(yīng)力成正比，應(yīng)變?cè)龃鬁厣黾?。層錯(cuò)能較低的亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼，層錯(cuò)類(lèi)缺陷較低，平面位錯(cuò)較少。

48、隨著應(yīng)變速率的加快和溫度升高，平面位錯(cuò)隨之增多，奧氏體層錯(cuò)能也升高，奧氏體的穩(wěn)定性增加，馬氏體相變熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力減小，所需的機(jī)械驅(qū)動(dòng)力在變形中動(dòng)態(tài)增加。奧氏體不銹鋼為低層錯(cuò)能合金，常溫的塑性變形組織通常為平面排列位錯(cuò)和層錯(cuò)，隨應(yīng)變速率加快和應(yīng)變量增大，會(huì)形成位錯(cuò)纏結(jié)的胞狀組織，而且位錯(cuò)胞隨應(yīng)變速率加快和應(yīng)變量增大而減小，胞壁變厚，而金屬的流變應(yīng)力與位錯(cuò)密度的平方根成正比，熱效應(yīng)導(dǎo)致奧氏體硬化率動(dòng)態(tài)降低、流變應(yīng)力上升減慢，在這兩方面因素綜合作用下，盡管應(yīng)變速率高能產(chǎn)生較多的剪切帶，但達(dá)不到相變驅(qū)動(dòng)能量，馬氏體轉(zhuǎn)變速度減慢、轉(zhuǎn)變量減少。對(duì)于穩(wěn)定性較低的 S31608奧氏體不銹鋼，常溫下，在應(yīng)變量高于

49、 10%的大應(yīng)變階段，應(yīng)變速率高的變形熱導(dǎo)致試樣溫度升高，增加了奧氏體的穩(wěn)定性，馬氏體的轉(zhuǎn)變速度和轉(zhuǎn)變量低于慢應(yīng)變速率拉伸試樣。但在-196低溫條件下，應(yīng)變速率對(duì)馬氏體相的轉(zhuǎn)變量影響不大，在 20%應(yīng)變量下，快應(yīng)變速率（1×10-2）下的馬氏體相轉(zhuǎn)變量與慢應(yīng)變速率（1×10-3）得馬氏體相轉(zhuǎn)變量相當(dāng)，磁性檢測(cè)均為 35%。在-196下，應(yīng)變速率差異產(chǎn)生的變形熱不足以影響奧氏體層錯(cuò)能的變化，應(yīng)變速率快慢對(duì)低溫環(huán)境下奧氏體不銹鋼應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變量變化無(wú)明顯影響。Ø 應(yīng)變量對(duì)馬氏體相變影響層錯(cuò)能是了解奧氏體不銹鋼組織與性能之間關(guān)系的一個(gè)關(guān)鍵性參數(shù)，影響著馬氏體相變臨界

50、點(diǎn)及其相變特性，它對(duì)馬氏體形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)的形成也有顯著的影響。大量的層錯(cuò)以及位錯(cuò)的增加會(huì)使材料的自由能增大，促成相變過(guò)程中的形核，并最終轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，大量層錯(cuò)的產(chǎn)生是形變誘導(dǎo)馬氏體相變的重要條件。當(dāng)奧氏體沒(méi)有發(fā)生塑性變形時(shí)，奧氏體內(nèi)的位錯(cuò)密度較低，晶格畸變程度較小。由于塑性變形使得晶粒拉長(zhǎng)，晶粒之間的邊界由原先的光滑平整的形狀變成了不規(guī)則的波紋形，在晶界處產(chǎn)生許多具有較高晶界能的微小區(qū)域，這些微小區(qū)域是馬氏體相變的優(yōu)先形核地點(diǎn)；同時(shí)因變形形成的變形帶也是馬氏體相變的優(yōu)先形核地點(diǎn)；因此，應(yīng)變量增加加快了體積的奧氏體中馬氏體的形核速度，即應(yīng)變誘導(dǎo)馬氏體相變。實(shí)驗(yàn)研究表明，S31608 奧氏體不銹鋼因

51、具有較高的層錯(cuò)能，隨應(yīng)變量增加，細(xì)晶強(qiáng)化導(dǎo)致母相產(chǎn)生加工硬化程度增大，從而增大了馬氏體相變所必須的滑移或?qū)\生切變的阻力，在常溫下應(yīng)變量增加對(duì)馬氏體相轉(zhuǎn)變量影響不明顯。但在低溫環(huán)境下，應(yīng)變量對(duì)馬氏體相轉(zhuǎn)變量有明顯的影響，當(dāng)應(yīng)變量為 10%，馬氏體相量為 13%；當(dāng)應(yīng)變量達(dá)到 20%，則馬氏體相量為 35%；應(yīng)變量越大，馬氏體相形核點(diǎn)越多，同時(shí)低溫為馬氏體相變提供了熱力學(xué)相變驅(qū)動(dòng)力，溫度與應(yīng)變的協(xié)合效應(yīng)使得馬氏體相轉(zhuǎn)變更加充分。因此，在低溫環(huán)境下，應(yīng)變量越大，馬氏體相轉(zhuǎn)變量增加越多。4.2.1.5 結(jié)論1) 溫度對(duì) S31608 奧氏體不銹鋼形變誘發(fā)馬氏體相變有重要的影響，在M s 點(diǎn)以下溫度形變

52、比在M s 點(diǎn)以上形變更易誘發(fā)馬氏體相變；2) 在M s 點(diǎn)以下溫度環(huán)境下，應(yīng)變速率對(duì) S31608 奧氏體不銹鋼形變誘發(fā)馬氏體相變無(wú)明顯影響，但在常溫下高應(yīng)變速率形成的馬氏體相較慢應(yīng)變速率少。3) S31608 奧氏體不銹鋼因具有較高的層錯(cuò)能，在常溫下應(yīng)變量增加對(duì)其馬氏體相轉(zhuǎn)變量影響不明顯，但在 M s 點(diǎn)以低溫形變，由于溫度與應(yīng)變的協(xié)合效應(yīng)，應(yīng)變量越大，S31608 奧氏體不銹鋼馬氏體相轉(zhuǎn)變量增加越多4.2.2S31608 奧氏體不銹鋼應(yīng)變強(qiáng)化處理對(duì)馬氏體相變轉(zhuǎn)化的影響4.2.2.1 試樣和試驗(yàn)方法主要采用 4mm、6.5mm、12mm 厚固溶態(tài) S30403 奧氏體不銹鋼熱軋板為原材料拉

53、伸試樣，試樣厚度為原板材厚度。在室溫下，分別以 5x10-4/s（慢速）、2x10-2/s（快速）兩種速率進(jìn)行預(yù)拉伸試樣，拉伸至試樣變形量為 3.5%、6%、10%、15%、18%，對(duì)不同程度強(qiáng)化后的試樣進(jìn)行組織觀察、顯微硬度測(cè)試、X 射線衍射物相分析來(lái)研究應(yīng)變程度、應(yīng)變速率對(duì)不同厚度試樣馬氏體相轉(zhuǎn)變及其顯微硬度的影響。在-196下，以 2x10-2/s 快速拉伸 6.5mm 厚試樣至變形量為 3.5%、6%、10%、15%、18%。對(duì)拉伸強(qiáng)化后的試樣進(jìn)行組織觀察、顯微硬度測(cè)試、X 射線衍射物相分析，與室溫下預(yù)拉伸強(qiáng)化的試樣比較來(lái)研究應(yīng)變溫度對(duì)馬氏體相轉(zhuǎn)變及其顯微硬度的的影響。另對(duì)上述應(yīng)變強(qiáng)化后試樣進(jìn)行金相組織、顯微硬度測(cè)試、掃描電鏡和透射電鏡觀察，來(lái)研究其組織變化規(guī)律及馬氏體相變機(jī)理。試驗(yàn)采用 4mm、6.5mm、12mm 厚固