近年來,含Al奧氏體不銹鋼因其良好的耐腐蝕、抗高溫氧化、耐高溫蠕變性而受到廣泛關注。本課題組前期利用真空電弧爐制備了不同鋁含量304、316L、310S鑄錠、板材,發現通過調控Al含量,不銹鋼在滿足力學性能不出現明顯下降的同時,耐蝕性、抗氧化性顯著提高。為了使此類鋼能實現工業化應用,本文采用中頻感應爐制備了不同Al含量(1.5、2、3wt%)304、316L、310S不銹鋼,研究了不同Al含量304、316L、310S不銹鋼鑄造、固溶、軋制組織演變規律及組織對性能的作用機制。

研究發現,Al元素的添加,使得304不銹鋼基體由單相奧氏體轉變為奧氏體+鐵素體雙相,Al含量為3wt%時,基體轉變為完全的鐵素體相。鐵素體形貌也由最初的骨骼狀轉變為條狀。含Al304不銹鋼凝固模式均為F模式。Al元素主要以固溶的形式存在,其在鐵素體相內出現偏析。固溶處理改變了不同Al含量304不銹鋼中鐵素體/奧氏體相的比例及形貌,消除了Al元素在鐵素體相內的偏析。分析了軋制溫度、軋制變形量、Al含量對304不銹鋼熱軋態組織的影響,當軋制變形量為50%時,調控軋制溫度、Al含量可以獲得形態、尺寸不同的奧氏體、鐵素體相。軋制溫度升高或Al含量增加,均有助于細化組織,其中軋制溫度1200℃,2wt%Al 304不銹鋼中鐵素體、奧氏體相細化最明顯,最小的奧氏體相大約長4μm,寬3μm。軋制溫度為1100℃時,隨軋制變形量的增加,1.5wt%Al 304不銹鋼奧氏體相形貌、尺寸無明顯變化,而鐵素體相內亞結構數目增多。軋制溫度為1150℃時,隨軋制變形量的增加,2wt%Al304不銹鋼中鐵素體、奧氏體相細化。然而,變形量增加到70%時,組織發生粗化。

Al元素對316L不銹鋼相組成、凝固模式的影響與其對304不銹鋼的影響規律相似。所不同的是,隨Al含量的增加,316L不銹鋼中鐵素體相依次以短桿、長條+島狀分布在奧氏體基體上;Al含量為3wt%時,鐵素體相轉變為基體相;Al元素主要固溶在基體中,Al含量為3wt%時,其在鐵素體相內才出現明顯偏析。固溶處理后,相同Al含量316L不銹鋼中鐵素體體積分數增加,Al元素在鐵素體、奧氏體相內分布趨于平衡。

分析了軋制溫度、軋制變形量、Al含量對316L不銹鋼熱軋態組織的影響發現,軋制變形量為50%時,調控軋制溫度、Al含量可以獲得形態、尺寸不同的奧氏體、鐵素體相。軋制溫度提高或Al含量增加,有利于1.5、2wt%Al 316L不銹鋼中鐵素體相內亞結構的形成;軋制溫度為1150℃時,2wt%Al 316L不銹鋼中鐵素體、奧氏體兩相晶粒細化,最小的奧氏體尺寸大約長10μm,寬5μm。軋制溫度為1200℃時,隨軋制變形量的增加,1.5wt%Al 316L不銹鋼中奧氏體相有新的再結晶晶粒形成。軋制溫度為1150℃時,隨軋制溫度的升高,2wt%Al 316L不銹鋼中鐵素體、奧氏體相細化,當變形量增加到70%時,鐵素體、奧氏體相明顯粗化。

Al元素的添加,使得310S不銹鋼基體由單相奧氏體轉變為奧氏體+鐵素體雙相;1.5、2wt%Al 310S不銹鋼的凝固模式為FA模式,3wt%Al 310S不銹鋼的凝固模式為F模式。鐵素體相依次以枝晶狀、枝晶+網格狀、桿狀+小島狀存在于奧氏體基體。大部分Al元素以固溶的形式存在于310S不銹鋼中。Al含量為3wt%時,其在鐵素體相內出現明顯的偏析現象。固溶處理改變了鐵素體、奧氏體兩相的形貌及相比例,Al元素在鐵素體、奧氏體相內分布趨于平衡。Al含量為2、3wt%時,沿奧氏體/鐵素體相界處有碳化物析出。

不同軋制溫度,50%軋制變形量1.5、2wt%Al310S不銹鋼中,鐵素體相局部被拉長并發生粗化。前者鐵素體相內有針狀、長條狀二次奧氏體相析出;3wt%Al310S不銹鋼中,部分區域內奧氏體相破碎,以小塊狀、短桿狀分布在基體上。