不锈钢高温力学性能

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1、304不锈钢高温力学性能的物理模拟1.前言：双辘铸轧不锈钢薄带技术是目前冶金及材料领域的前沿技术之一［1］,是直接用钢水制成2-5mm厚薄带的工艺过程。该技术可以大大简化薄带钢的生产流程，降低生产成本，并形成低偏析、超细化的凝固组织，从而使带材具有良好的性能，被公认为钢铁工业的革命性技术［2、3］。但是，不锈钢经铸轧后，薄带表面会形成宏观的裂纹，从而降低不锈钢薄带的力学性能，影响其质量［4-6］o国内外在双辘铸轧不锈钢薄带技术上已经开展了一些研究工作。文献［7］对比了铸轧铁素体和奥氏体不锈钢薄带；文献［8、9］

2、对铸轧304不锈钢薄带过程中高温铁素体的溶解动力学进行了研究；文献［10］对不锈钢薄带铸轧过程屮凝固热参数和组织进行了研究；文献［11-14］对不锈钢薄带铸轧过程屮的流场和温度场进行了数值模拟；文献［15］对铸轧304不锈钢薄带的力学性能进行了研究。文献［16］对304不锈钢在加热过程屮的高温铁素体形核与长大和夹杂物在固一液界面的聚集进行了原位观察；文献［17］对薄带铸轧溶池液面进行了物理模拟；文献［18］对铸轧不锈钢薄带过程的凝固组织、流场、温度场及热应力场进行了数值模拟。但是，缺少对铸轧不锈钢薄带表面与内部

3、裂纹的生成机理、演变规律以及预防措施方面的研究。在高温性能物理模拟方面，国内外也有不少研究。文献［19］应用THERMECMASTOR-Z热加工模拟机对奥氏体不锈钢的高温热变形进行了模拟试验；文献［20］利用Gleeble-1500试验机对铸态奥氏体不锈钢在1000・1200°C温度区间进行了热压缩试验；文献［21］从位错理论角度出发，对高钳不锈钢热加工特征与综合流变应力模型进行了研究。但是，对铸轧不锈钢薄带高温力学性能的物理模拟方面的研究却极少。为此，本项目前期工作对实际双车昆铸轧生产过程中的薄带裂纹进行了研

4、究,阐明了双辘铸轧不锈钢薄带表面与内部裂纹的生成机理。在此基础上，本阶段研究工作拟釆用物理模拟的方法研究304不锈钢的高温力学性能，揭示双辘铸轧不锈钢薄带裂纹的演变规律。2.试验方法：采用Gleeble-3500热模拟试验机进行高温力学性能的物理。试样为

5、。制作金相和扫描试样，进行金相观察和SEM观察，对断口附近组织进行进一步观察研究。3•实验结果及分析3.1304不锈钢高温应力■应变曲线分析本试验在Gleeble3500热模拟试验机上，测得了304不锈钢在不同温度下的应力■应变关系曲线。图3-1为热模拟试样拉伸断口的宏观形貌，从图屮可以看出拉伸温度为1150°C和1200°C的试样断口处出现了明显的颈缩，断面收缩率较大，属于延性断裂；其余试样在拉伸过程中几乎没发生塑性变形，断面收缩率很小，属于脆性断裂。即温度为1150°C-1200°C范围内塑性较好。700C

6、800dC900°C1000°C1100°CU50°C1200°C1250°C1300°C133CTC图3-1304不锈钢拉伸断口的宏观形貌(Ed乏)ssalco0.10.2Strain0.0ooooooc505052211(Edl/l)ssans402000806040200^^・0.000.020.040.06■00(Ed三)ssajco80604020(ed乏)ssalcooooa0.05Strain0.100^-0.000.020.04Strain(e)(edlAI)ssajco(ed乏)ssalco

7、O00.4—■300.10.20.30.4StrainO00.■0.2Strain0.30.4(ed乏)ssalcoStrain(ed乏)ssalcoStrainStrain图3-2304不锈钢在不同温度下拉伸的应力■应变曲线(a)700°C(b)800°C(c)900°C(d)1000°C(c)HOO(f)H50°C(g)1200°C(h)1300°C图3・2为304不锈钢在不同温度下拉伸的应力■应变曲线。对比这几组曲线可以看出，随着温度的升高，曲线在达到极限应力后越来越平缓。304不锈钢变形抗力与形变温度有

8、一定关系，形变温度愈低，变形抗力愈大。温度在700°C至1300°C两者间时，以700°C时的变形抗力最大，随着应变增大，拉伸应力不断增大达到临界值后急剧下降，直到试样断裂；拉伸温度为1150°C和1200°C的试样,在拉伸应力达到最大值后，随应变增加变化不大，对比图3・1发现此时材料塑性较好。变形抗力随形变温度升高而降低的主要原因是奥氏体强度随温度升高而降低，因而温度愈高，变形愈容易