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316LN不锈钢管的动态再结晶行为与晶粒细化 低层错能的金属材料在热塑性变形过程中,动态再结晶是其主要的软化机制。316LN不锈钢管为典型低层错能钢,在再结晶温度线以上可以发生动态再结晶。动态再结晶是以无畸变的晶核生成、长大形成再结晶晶粒代替含有高位错密度的形变晶粒的过程,在消除大量位错的同时可以达到细化晶粒的目的。图1a为1100℃时,316LN不锈钢管原始试样显微组织;图1b为1100℃、应变速率为0.01s-1时,316LN不锈钢管发生完全动态再结晶的试样显微组织。 核电主管道锻造时应变速率可达0.01s-1量级。热力学模拟实验[6]得到了316LN不锈钢管发生完全动态再结晶的规律,即随着真实应变的增加,流动应力趋于稳态,其临界的真实应变值为稳态应变εs。根据实验结果,稳态应变εs和Z参数之间存在以下关系:εs=0.153Z0.044。其中,Z为Zener-Hollomon参数,即温度补偿应变速率因子。316LN不锈钢管发生动态再结晶后的晶粒尺寸dDRX与Z参数之间的关系为dDRX=6.108×106Z-0.392。根据以上公式,可以计算获得316LN不锈钢管在应变速率为0.01s-1条件下,各个温度的稳态应变εs以及晶粒尺寸dDRX,如表1中所示。 ASTM4级的晶粒大小大约为80μm,因此在锻造的过程中,如果能保证每个温度条件下,316LN不锈钢管的真实应变大于稳态应变,则锻造后的晶粒尺寸可以达到ASTM4级或更细。在锻造的过程中,锻件温度是逐渐降低的。本文通过热力学模拟实验[7],研究了316LN不锈钢管多道次变形条件下的动态再结晶行为。图2中为316LN不锈钢管在不同变形温度梯度、应变速率为0.01s-1条件下的双道次变形试样显微组织。其中:T1,T2,ε1和ε2分别为第1、2道次的变形温度和应变量。用截线法计算得到其晶粒尺寸分别为(a)50.5μm和(b)23.8μm,满足晶粒度要求。因此,在1050~1200℃的高温区,在锻造条件允许的情况下,增大316LN不锈钢管锻造时的变形量,有利于保证动态再结晶的充分发生和晶粒细化。
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