铜对304不锈钢应变诱发马氏体相变的影响有哪些

 浙江至德钢业有限公司借助X射线衍射分析法研究了0.45%~1.44%铜对(%):0.068~0.072碳、18.72~19.06铬、9.40~9.46镍的304不锈钢-196℃低温拉伸应变诱发马氏体相变的影响。结果表明,Cu对304不锈钢-196℃应变诱发马氏体相变有明显的抑制作用;当铜含量增至1.44%时,在经低温变形的钢中未检测到马氏体相变。随钢中铜含量增加,-196℃应变诱发马氏体相变倾向降低,致使应变累积到一定程度后,流变应力低于低铜钢。

 亚稳奥氏体较低的层错能是发生应变诱发马氏体相变最直接的原因,而合金元素镍、铬、锰和钼等均可增加层错能并降低应变诱发马氏体相变倾向,如316不锈钢应变诱发马氏体相变倾向低于304不锈钢。至德钢业技术人员分别在304不锈钢中添加3.2%和1.6%的铜,得出铜对304不锈钢应变诱发马氏体相变及相关的力学行为有重要的影响。本文借助液氮温度拉伸试验,研究了0.45%~1.44%铜对304不锈钢低温拉伸应变诱发马氏体相变的影响。

一、试验过程

 试验钢由50kg真空感应炉冶炼,化学成分见表。冶炼的坯料经锻造、热轧后,再冷轧成板材。从板材上沿纵向切取标距为的板拉伸试样,试样经过固溶处理(1050℃，30分钟水冷)后,在液氮内(-196℃)拉伸,工程应变分别控制在0.05、0.10、0.15、0.20、0.25和0.30,并记录各应变对应的载荷(P),用记录的载荷计算流变应力,并根据下式计算相应的真应变和真应力。

二、试验结果与讨论

 1. 应变诱发马氏体相变行为

 图为液氮温度拉伸试样的X射线衍射谱,可以看出:随应变的累积,尽管1#、2#、3#和4#钢均发生应变诱发马氏体相变,但铜对相变产物和相变倾向均有明显的影响。对相变产物的影响主要为变形初始阶段马氏体相变的影响,不含铜的1#钢在应变较小的3个试样内检测到马氏体衍射峰(真应变分别为0.058、0.13、0.17),2#和3#钢均在应变较小的一个试样内检测到马氏体，而且随铜含量增加,马氏体衍射峰越来越弱,最高铜含量的4#钢(1.44%铜)未能检测到马氏体衍射。为进行对比分析,用公式计算了马氏体的相对含量,计算结果见图，不含铜的1#钢3个试样内的马氏体均高于2#和3#钢,真应变累积到0.13后,马氏体的相对含量超过10%;2#钢(0.45%铜)在一个试样内形成约5%的马氏体(真应变0.054);3#钢(0.93%铜)一个试样内形成约35%的马氏体(真应变0.068),这些结果证实铜明显抑制应变诱发马氏体相变。尽管1#、2#、3#和4#钢均形成马氏体,但铜明显影响应变诱发马氏体相变倾向,从图可见,在应变累积程度相近的情况下,铜含量增加使马氏体衍射峰相对强度下降。用公式计算马氏体相对含量见图，由图可见,要形成等量的马氏体铜含量较高的钢,需累积更高的应变。这些结果证实,铜降低304不锈钢应变诱发马氏体相变倾向。

 2. 相变对流变应力的影响

 从图可以看出,随应变的累积,流变应力表现出复杂的变化规律;变形初始阶段不含铜的1#钢流变应力最低,但真应变累积到0.07~0.08之间,流变应力超过3#和4#钢;真应变累积约0.15后,流变应力超过2#钢。同样2#钢变形初始阶段流变应力低于3#和4#钢,应变累积到一定程度后超过3#和4#钢。从不含铜的1#钢实验结果可以看出,虽然变形初期应变诱发形成较多的马氏体,但流变应力始终低于马氏体相变倾向相对较小的2#、3#和4#钢,说明马氏体的形成对流变应力没有明显的影响。对比分析图可以看出,应变初始阶段铜含量较高的钢流变应力较高,可归结为铜原子的固溶强化效应。应变累积到一定程度后,变形在奥氏体和马氏体复相组织内进行,由于马氏体变形抗力高于奥氏体(尤其是超低温变形),因此马氏体的相对含量成为影响流变应力的主要因素。在相近应变条件下,形成的马氏体随铜含量的增加而下降,从而导致流变应力下降。

三、结论

 1. 铜对304不锈钢液氮温度变形诱发马氏体相变有明显的抑制作用,1.44%铜的钢未检测到形成马氏体。

 2. 尽管铜含量较高的304不锈钢变形初始阶段流变应力较高,但较高铜含量可降低液氮温度变形诱发马氏体相变倾向,致使应变累积到一定程度后,流变应力反而低于铜含量较低的钢。