Z2CN18-10不锈钢锻件的再结晶与晶粒细化

朱宝伟 宋丽娟

(泰安市山口锻压有限公司，山东271038)

Z2CN18-10不锈钢大锻件在生产中需要多火次的高温锻造，容易造成粗晶。如果在锻造完成后产品晶粒较粗，可以根据其热变形后奥氏体的组织特征，通过不同的工艺参数控制其进行静态下的高温再结晶，从而进一步使晶粒得到细化。

1 试验材料

锻造采用VODC钢锭。试验用钢化学成分见表1。试样取自距端面距离20 mm、距圆周表面距离40 mm的∅1 430 mm×450 mm的管板和∅4 000/3 800 mm×500 mm的锻制环。

表1 试验用钢的化学成分(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of tested steel (mass fraction,%)

2 金相分析

由于奥氏体不锈钢在实际锻造生产过程中易出现表面开裂，所以在管板锻制过程中先采用小变形量的多次锻造，最后一次采用变形量约为15%的大变形量锻造。管板锻态金相组织如图1所示。锻制环锻态金相组织如图2所示。

图1 管板锻态金相组织(100×)Figure 1 The forging microstructure of tube sheet (100×)

图2 锻制环锻态金相组织(100×)Figure 2 The forging microstructure of forged ring(100×)

图3 锻制环1 010℃×40 min固溶处理后的金相组织(100×)Figure 3 The microstructure of forged ring after solution treatment of 1 010℃×40 min (100×)

图4 锻制环1 050℃×40 min固溶处理后的金相组织(100×)Figure 4 The microstructure of forged ring after solution treatment of 1 050℃×40 min (100×)

图5 管板1 050℃×40 min固溶处理后的金相组织Figure 5 The microstructure of tube sheet after solution treatment of 1 050℃×40 min

图1中管板锻后组织晶粒较为粗大且被拉长，局部有碎化的晶粒。由于高温锻造，晶粒中有遗留的滑移线。图2中锻制环由于变形量很大，组织中遗留的滑移线很多，晶粒都被分割拉长，晶界已经模糊。锻制环与管板在高温锻后，其组织中都蕴含有由于塑性变形所形成的能量及大量位错滑移，两者都具有再结晶的驱动力及形核的条件。

对试样在1 010℃、1 050℃、1 080℃分别保温40 min进行固溶处理。锻制环试样在1 010℃保温40 min条件下，组织已经开始再结晶，但组织不均匀，晶粒中的滑移线依然可见，如图3所示。当温度提高到1 050℃保温40 min后，晶粒变得均匀细小，如图4所示。

管板试样在1 010℃保温40 min后组织晶界已变得相对平直，晶粒拉长现象已经不明显，但是晶粒还是较粗大，如图5所示。当温度提高到1 050℃保温40 min后，其组织较1 010℃时的变化不大，组织晶粒度基本没有变化。但是当温度继续提高到1 080℃保温40 min时组织改变已经很明显(图6)。晶粒已经明显得到细化，但是晶粒相对锻制环晶粒还是较粗大。

由于以上两试样在锻制完成后就立即入水固溶，所以保持了其锻造后的组织原貌。图1显示，其组织处于部分动态再结晶状态。图2中由于锻制环变形量很大，取样位置相对靠外，终锻时接近表皮的温度相对较低，组织仍然保持着塑性变形后的原貌，组织还未进行再结晶。对比以上的两组试样发现，虽然再结晶后的晶粒都得到了细化，但是锻制环固溶温度要比管板的低，而且锻制环最后得到的晶粒也要比管板的细小。这是因为在经过了强烈塑性变形后的锻制环内部存在大量的位错滑移，同时密度增大，组织内部的储存能较大，其再结晶的驱动力也就越大，所以其再结晶所需要的温度要低于管板。由于原始组织晶粒的影响，再结晶后锻制环的晶粒要比管板晶粒细小。

图6 管板1 080℃×40 min固溶处理后的金相组织Figure 6 The microstructure of tube sheet after solution treatment of 1 080℃×40 min

图7 试样在不同温度保温40 min固溶处理后的力学性能Figure 7 The mechanical properties of specimens after solution treatment under different holding temperatures for 40 min

为验证再结晶后组织性能是否仍能满足要求，现将经不同温度保温40 min固溶后的试样加工为∅10 mm的拉伸试样，获得数据如图7所示。

随固溶温度的提高，试样组织再结晶进行程度也有所不同。经1 010℃固溶处理后，强度略有下降，塑性略有提高；经1 050℃固溶处理后，强度显著下降，塑性变化不大；经1 080℃固溶处理后，强度下降不明显，塑性变化不大。因此可以看出，随着再结晶的进行，组织的强度有所下降，塑性提高。

3 结论

对不同变形量条件下的Z2CN18-10锻件，若多火次锻造完毕后发现组织晶粒度不能满足要求，则可以根据其锻态金相组织的状况制定热处理工艺，通过静态再结晶的方法来进一步的细化晶粒，但受原始组织的影响再次晶粒细化程度有差别。在相同条件下，变形量越大，其再结晶的温度越低，经高温再结晶的晶粒越均匀细小。晶粒越小，其再结晶的温度同样也较低。再结晶后组织的强度下降，塑性有所提高。

[1] 吕炎，等编著.锻件的组织性能控制.1988版.北京：国防工业出版社.

[2] 徐祖耀著.金属材料热力学.1983版.北京：科学出版社.