Microestrutura e propriedades do aço inoxidável duplex NSSC 2120 deformado a frio em fundição de investimento

Os resultados mostram que as relações bifásicas (α/γ) de ferrita e austenita aumentam gradualmente quando recozidas a 950~1200 ℃, e a estrutura de austenita em camadas se transforma em pequenas ilhas; a textura da fibra α e o componente de textura da fibra γ gradualmente formados e fortalecidos; à medida que a temperatura de recozimento aumentava, a resistência à tração do material diminuía gradualmente, o alongamento primeiro aumentava e depois diminuía, e a resistência à corrosão primeiro diminuía e depois aumentava. Após o recozimento a 1000 ℃, o aço bifásico deformado a frio tem as melhores propriedades mecânicas e sua resistência à tração e alongamento são de 730 MPa e 58%, respectivamente; após o recozimento a 1200 ℃, a densidade de corrente de corrosão do material é o valor mais baixo de 2,5μA•cm-2. Sua resistência à corrosão é a mais forte e tem textura de latão óbvia e outros componentes de textura recristalizada.

O aço inoxidável duplex é um tipo de aço no qual a fase ferrita (α) e a fase austenita (γ) na estrutura da solução sólida representam, cada uma, cerca de metade. O DSS combina a boa tenacidade e soldabilidade do aço inoxidável austenítico e a maior resistência e resistência à corrosão por cloreto do aço inoxidável ferrítico. Nos últimos anos, o DSS tem sido amplamente utilizado na indústria militar, na indústria de petróleo e gás, na indústria de fertilizantes, na construção de pontes, na indústria naval e nas indústrias de navios-tanque químicos. O aço inoxidável duplex mostra duas tendências de desenvolvimento: uma é aproveitar ao máximo a alta resistência e boa resistência à corrosão do aço inoxidável duplex e desenvolver aços inoxidáveis ​​super duplex, como 2750 e 2906, para substituir os aços inoxidáveis ​​superausteníticos, como 904L; Aproveite ao máximo as vantagens de economia de recursos do aço inoxidável duplex e desenvolva aços inoxidáveis ​​duplex econômicos, como UNS S32304 e LDX 2101. O aço inoxidável duplex com economia de energia usa N, Mn e outros elementos de baixo custo para substituir o tradicional aço inoxidável duplex Ni, Mo e outros metais preciosos, o que reduz o custo e ao mesmo tempo torna seu limite de escoamento duas vezes maior que o do aço inoxidável austenítico comum aço e mantém excelente resistência à corrosão. Em comparação com o aço inoxidável duplex tradicional, devido ao aumento do teor de N, a precipitação da fase σ é suprimida até certo ponto, mas ao mesmo tempo a precipitação de nitretos como o Cr2N também é promovida, o que torna a plasticidade térmica do aço inoxidável duplex econômico mais baixa, e o processo de deformação a quente da laminação A fissuração média é mais séria, portanto, resolver o problema da termoplasticidade é muito importante para a produção de aço inoxidável duplex.

Em 2014, a Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Co., Ltd. desenvolveu com sucesso pela primeira vez um novo aço inoxidável duplex econômico NSSC 2120 (21Cr-2Ni-3Mn-1Cu-N) que pode melhorar significativamente o desempenho de soldagem e substituir o aço inoxidável SUS304. Comparado com o aço inoxidável SUS304, o NSSC 2120 tem bom desempenho de soldagem e maior resistência

Duplicou, mas também tem a vantagem do baixo custo. Como uma tecnologia madura, o processamento de deformação a frio possui alta precisão dimensional, boa qualidade de superfície e estrutura estável, o que pode efetivamente evitar defeitos gerados durante o processamento térmico e garantir um bom desempenho do material. Atualmente, existem poucos tipos de pesquisas sobre a evolução da microestrutura e das propriedades do aço inoxidável duplex com economia de energia deformado a frio após recozimento e tratamento térmico. Neste projeto, o efeito do recozimento de recristalização na microestrutura e nas propriedades do aço inoxidável duplex deformado a frio é estudado realizando tratamento térmico de recozimento em alta temperatura de um determinado aço inoxidável duplex NSSC 2120 deformado a frio em diferentes temperaturas e tempos.

1 Materiais e métodos de teste

O tarugo fundido de aço inoxidável duplex NSSC 2120 é preparado pelo processo de microfusão e forno de indução de frequência intermediária. A composição química é mostrada na Tabela 1. O aço inoxidável duplex 2120 fundido fundido é submetido ao tratamento de solução no forno de tratamento térmico de caixa SXL-1400C, a temperatura da solução é de 1100 ℃ e o calor é mantido por 2 horas para têmpera com água. Após a solução sólida, a amostra foi cortada em amostras de 10 mm de espessura e depois laminada a frio com um moinho de dois rolos de φ200 mm × 200 mm a uma velocidade de 2,5 m/min para passagens múltiplas, a redução da passagem foi de 0,5 mm e a deformação da laminação a frio é de 70%. Depois disso, as amostras foram recozidas a 950, 1000, 1050, 1100, 1150 e 1200 ℃ em forno de resistência tipo caixa. O tempo de recozimento foi de 30 minutos e então a água foi extinta (os códigos eram RA-950, RA-1000, RA-1050, RA-1100, RA-1150, RA-1200).

2 Resultados e análises de testes

2.1 O efeito da temperatura de recozimento na microestrutura e textura

A Figura 1 mostra a microestrutura do aço inoxidável duplex NSSC 2120 laminado a frio e recozido em diferentes temperaturas. Pode-se observar na Figura 1a que a superfície TD da amostra após ser laminada a frio com 70% de deformação é uma estrutura bifásica α/γ (austenita/ferrita), que é alongada na direção de laminação em uma ripa. A fase de austenita secundária em forma de agulha fina (γ2) está dispersa entre as ripas de austenita, e os grãos na estrutura de fase dupla são obviamente refinados ou mesmo quebrados. Devido à forma e tamanho irregulares da estrutura bifásica no estado de solução sólida, a dureza das duas fases também é diferente. A largura da estrutura em camadas bifásicas após a laminação a frio de grande deformação é irregular, e a proporção de fase de α e γ após a deformação a frio é de cerca de 40,1% e 59,9%. Pode-se observar na Figura 1 que nenhum precipitado óbvio é encontrado na estrutura metalográfica após o recozimento a 950°C e em temperaturas mais altas, e a temperatura de recozimento mais alta dissolve as fases precipitadas como o Cr2N. Após o recozimento a 950 ℃, grãos finos de cristal da fase α nuclearam na estrutura em camadas da fase γ. À medida que a temperatura de recozimento aumenta, os grãos de cristal da fase α formados pela nucleação de recristalização continuam a se fundir, e a estrutura fibrosa da fase γ da placa fratura e quebra. , As fases γ2 dispersas são emaranhadas, mescladas e distribuídas em cadeias ao longo da direção de laminação. Quando a temperatura de recozimento atinge 1150°C, 1200°C, a fase γ basicamente se transforma em ilhas descontínuas e é distribuída na matriz α. A distribuição bifásica é mais uniforme e as duas fases também mudam significativamente. Os grãos da fase α são obviamente cultivados e mesclados. Grãos γ menores.

(a)CR;(b)RA-950;(c)RA-1000;(d)RA-1050;(e)RA-1100;(f)RA-1150;(g)RA-1200

Figura 1 A microestrutura de laminados a frio e diferentes temperaturas de recozimento de recristalização

O software Image-Pro foi utilizado para medir a fração volumétrica da estrutura bifásica após o recozimento, e 15 campos de visão foram medidos para cada material para calcular o valor médio. Os resultados são mostrados na Figura 2. Pode-se observar na Figura 2 que após o recozimento a 950°C, a proporção da fase γ caiu para cerca de 56%. À medida que a temperatura de recozimento aumenta, a fração volumétrica da fase γ diminui gradualmente e a fração volumétrica da fase α aumenta correspondentemente. Quando a temperatura de recozimento de recristalização sobe para 1200 ℃, γA relação de fase cai para 39%

Figura 2 Mudanças na proporção da fase γ em diferentes temperaturas de recozimento de recristalização

A Figura 3 mostra as imagens de reconstrução EBSD de aços inoxidáveis ​​duplex laminados a frio recozidos a 950, 1000, 1100 e 1200°C. Os grãos brancos são grãos α, os grãos cinza são grãos γ, a linha fina é o limite de grão de baixo ângulo (LAGBS, 2 ~ 15°), a linha profunda é o limite de grão de alto ângulo (HAGBS, ≥15°), a linha tracejada fina É o limite duplo (TWINS). Pode-se observar na Figura 3 que após o recozimento de recristalização, os grãos finos recristalizados γ são distribuídos em camadas ao longo da direção de laminação, os grãos finos α são distribuídos entre as ilhas de austenita e há longas faixas de recozimento nos grãos γ. Gêmeos, fase α devido à maior energia de falha de empilhamento após a deformação, não são fáceis de formar gêmeos. Após o recozimento de recristalização, os grãos γ e α são circundados por limites de grão de alto ângulo, e há limites de grão de pequeno ângulo em um pequeno número de subgrãos, indicando que o aço bifásico laminado a frio foi completamente recristalizado. Grãos α recristalizados finos podem ser observados nas ilhas γ das amostras recozidas a 950 ℃. À medida que a temperatura de recozimento aumenta, os grãos se fundem e crescem significativamente. As ilhas de austenita em camadas crescem e se autocontêm devido aos grãos α enrolados. Quando a temperatura de recozimento é aumentada para 1200°C, os grãos recristalizados bifásicos são distribuídos uniformemente ao longo da direção de laminação devido ao efeito de fixação da fase γ.

(a) RA-950; (b) RA-1000; (c) RA-1100; (d) RA-1200

Figura 3 Reconstrução EBSD de amostras em diferentes temperaturas de recozimento

A Tabela 2 mostra a proporção de limites de grãos de ângulo grande e pequeno, limites de grãos duplos e limites de grãos de treliça de locais pesados ​​de amostras de aço inoxidável duplex laminadas a frio recozidas a 950, 1000, 1100 e 1200 ℃.

A Figura 4 mostra o tamanho médio dos grãos de cristal das fases FCC e BCC de aço inoxidável duplex laminado a frio em diferentes temperaturas de recozimento.

(a) RA-950; (b) RA-1000; (c) RA-1100; (d) RA-1200

Figura 3 Reconstrução EBSD de amostras em diferentes temperaturas de recozimento

2.1.1 O efeito da temperatura de recozimento na textura

A Figura 5 é a vista transversal ODF (φ2 = 0°, 45°, 65°) das estruturas α e γ das amostras recozidas a 950, 1000, 1100 e 1200 ℃ com ângulos de Euler φ1 e Φ como coordenadas horizontais e verticais. Os componentes de textura típicos no diagrama ODF de metal cúbico são mostrados na Figura 6. A textura de deformação é representada por um triângulo, a textura recristalizada é representada por um quadrado e a textura pura é representada por um círculo.

Figura 5 Evolução da textura caracterizada pelo espaço de Euler ODF em estruturas de austenita e ferrita de diferentes amostras recozidas

Figura 6 Componentes de textura típicos de metal cúbico

2.2 O efeito do recozimento de recristalização nas propriedades mecânicas

A Figura 7 mostra os resultados do teste de tração de amostras de aço inoxidável duplex NSSC 2120 laminadas a frio em diferentes temperaturas de recozimento de recristalização em temperatura ambiente.

Figura 7 Resistência à tração e alongamento do aço bifásico 2120 laminado a frio em diferentes temperaturas de recozimento de recristalização

2.3 O efeito do recozimento de recristalização na resistência à corrosão

A Figura 8 mostra as curvas de polarização potencial de amostras de aço inoxidável duplex NSSC 2120 laminadas a frio em diferentes temperaturas de recozimento de recristalização em água do mar artificial (25,54g/L NaCl + 11,10g/LMgCl2+ 4,09g/L Na2SO4+1,16g/LCaCl2). O correspondente potencial de autocorrosão (Ecorr), localização de pites (Epit) e densidade de corrente de corrosão (Icoor) são mostrados na Tabela 3.

Figura 8 Curvas de polarização do aço bifásico 2120 laminado a frio em diferentes temperaturas de recozimento de recristalização

A Figura 9 mostra a morfologia de pites de amostras de aço inoxidável duplex NSSC 2120 laminadas a frio em diferentes temperaturas de recozimento de recristalização. Pode-se observar na Figura 9 que a corrosão por pites ocorre principalmente no limite da fase α/γ e na matriz α. As pontuações nas áreas severamente esburacadas desenvolvem-se na fase γ. O tamanho dos poços na superfície das amostras RA-1050 e RA-1100 é relativamente grande. Grande, o tamanho dos furos de corrosão na superfície da amostra RA-1200 é menor e a resistência à corrosão é mais forte. A corrosão por pites na superfície das amostras RA-950 e RA-1000 ocorreu nos quebrados γ, γ2 e α, e os pequenos grãos bifásicos fizeram com que os pites de corrosão se estendessem até a austenita para dentro. A morfologia de corrosão das amostras em diferentes temperaturas de recozimento é basicamente consistente com os resultados de densidade de corrente de corrosão medidos pela curva de polarização. No ambiente Cl-, a fase α sempre sofre corrosão preferencialmente. À medida que a temperatura de recozimento de recristalização aumenta, a proporção da fase α no aço bifásico laminado a frio aumenta (ver Figura 2) e a resistência à corrosão por pites da amostra não diminui gradualmente. Isso ocorre porque a estrutura bifásica da amostra ainda está crescendo ao longo da direção de laminação quando recozida a 950 ou 1000 ℃, o tamanho do grão bifásico é pequeno, a distribuição do limite do grão é densa (veja a Figura 3) e o tamanho do limite do grão é pequeno e mais Faz com que a corrosão ocorra preferencialmente ao longo dos limites do grão. Um grande número de limites de grão de baixo ∑CSL reduz bastante o conteúdo de defeitos vagos e elementos de impureza no limite de fase, corta a conectividade do limite de grão e reduz a taxa de corrosão do limite de grão. Portanto, uma grande quantidade de limite de grão ∑3 após o recozimento melhora a resistência à corrosão dupla laminada a frio dos limites de grão de aço de fase. E com o aumento da temperatura de recristalização, o grau de recristalização é melhorado ainda mais, os grãos bifásicos se fundem e crescem, a proporção entre o limite de grão de grande ângulo e o limite de grão do local pesado aumenta, a distribuição da estrutura bifásica é mais uniforme, os defeitos da matriz são reduzidos e a passivação é alcançada. A estabilidade do filme é melhorada e a resistência à corrosão é melhorada.

(a)RA-950 (b)RA-1000 (c)RA-1050 (d)RA-1100 (e)RA-1150 (f)RA-1200

Fig. 9 Morfologia de pite do aço inoxidável duplex 2120 laminado a frio em diferentes temperaturas de recozimento de recristalização

3 conclusão

(1) O aço inoxidável duplex NSSC 2120 formado a frio basicamente completou o recozimento de recristalização após o recozimento a 950 ℃. Sua estrutura recozida é composta por α, γ e γ2 em forma de agulha distribuídos em camadas ao longo da direção de laminação. Com o aumento da temperatura de recozimento, a proporção da fase α continua a aumentar, os limites de grão de grande ângulo do material e os limites de grão CSL aumentam ligeiramente, e os grãos de duas fases continuam a recristalizar, fundir-se e crescer. Após o recozimento a 1200 ℃, a proporção da fase α aumentou para 61%, a estrutura bifásica era uniforme e livre de defeitos e mostrou uma distribuição axial, e os grãos α e γ cresceram para 16,2 μm e 33,8 μm.

(2) Com o aumento da temperatura de recozimento, os componentes da textura bifásica mudam significativamente, e a textura da fibra α na fase γ e os componentes da textura da fibra γ na fase α são fortalecidos. Após o recozimento a 1000 ℃, a resistência da textura da fase α do aço inoxidável duplex NSSC 2120 deformado a frio aumenta significativamente, e a resistência da textura da fase γ não muda muito com o aumento da temperatura de recozimento. Após o recozimento a 1200 ℃, há principalmente textura de latão e textura tipo P na fase γ, e textura {111} e textura de Cu na fase α.

(3) À medida que a temperatura de recozimento aumenta, a resistência à tração do aço inoxidável duplex NSSC 2120 formado a frio diminui gradualmente e seu alongamento primeiro aumenta e depois diminui. O recozimento a 1000 ℃ possui as melhores propriedades mecânicas, neste momento a resistência à tração e o alongamento são de 730 MPa e 58%.

(4) Com o aumento da temperatura de recozimento, o potencial de corrosão por pites e a densidade da corrente de corrosão do aço bifásico laminado a frio após o recozimento primeiro aumentam e depois diminuem com o aumento da temperatura de recozimento. Após o recozimento a 1200°C, a densidade da corrente de corrosão é reduzida para 2,5 μA•cm-2, o pite é o menor e a resistência ao pite é a mais forte.