Microestructura y propiedades del acero inoxidable dúplex NSSC 2120 deformado en frío en fundición a la cera perdida

Los resultados muestran que las relaciones de dos fases (α/γ) de ferrita y austenita aumentan gradualmente cuando se recocen a 950 ～ 1200 ℃, y la estructura de austenita en capas se transforma en pequeñas islas; la textura de fibra α y el componente de textura de fibra γ se formaron y fortalecieron gradualmente; A medida que aumentaba la temperatura de recocido, la resistencia a la tracción del material disminuía gradualmente, el alargamiento primero aumentaba y luego disminuía, y la resistencia a la corrosión primero disminuía y luego aumentaba. Después del recocido a 1000 ℃, el acero de doble fase deformado en frío tiene las mejores propiedades mecánicas, y su resistencia a la tracción y alargamiento son 730 MPa y 58 % respectivamente; después del recocido a 1200 ℃, la densidad de corriente de corrosión del material es el valor más bajo de 2,5 μA·cm-2. Su resistencia a la corrosión es la más fuerte y tiene una textura de latón obvia y otros componentes de textura recristalizados.

El acero inoxidable dúplex es un tipo de acero en el que la fase de ferrita (α) y la fase de austenita (γ) en la estructura de solución sólida representan cada una aproximadamente la mitad. DSS combina la buena tenacidad y soldabilidad del acero inoxidable austenítico y la mayor resistencia y resistencia a la corrosión por cloruros del acero inoxidable ferrítico. En los últimos años, DSS se ha utilizado ampliamente en la industria militar, la industria del petróleo y el gas, la industria de fertilizantes, la construcción de puentes, la industria marina y las industrias de buques cisterna para productos químicos. El acero inoxidable dúplex muestra dos tendencias de desarrollo: una es aprovechar al máximo la alta resistencia y la buena resistencia a la corrosión del acero inoxidable dúplex y desarrollar aceros inoxidables súper dúplex como 2750 y 2906 para reemplazar los aceros inoxidables súper austeníticos como 904L; Aproveche al máximo las ventajas de ahorro de recursos del acero inoxidable dúplex y desarrolle aceros inoxidables dúplex económicos como UNS S32304 y LDX 2101. El acero inoxidable dúplex que ahorra energía utiliza N, Mn y otros elementos de bajo costo para reemplazar el acero inoxidable dúplex tradicional Ni, Mo y otros metales preciosos, lo que reduce el costo y al mismo tiempo hace que su límite elástico sea el doble que el del acero inoxidable austenítico ordinario. Acero y conserva una excelente resistencia a la corrosión. En comparación con el acero inoxidable dúplex tradicional, debido al aumento del contenido de N, la precipitación de la fase σ se suprime hasta cierto punto, pero al mismo tiempo también se promueve la precipitación de nitruros como Cr2N, lo que reduce la plasticidad térmica del acero inoxidable dúplex económico y el proceso de deformación en caliente del laminado. El agrietamiento medio es más grave, por lo que resolver el problema de la termoplasticidad es muy importante para la producción. de acero inoxidable dúplex económico.

En 2014, Nippon Steel & Sumikin Stainless Steel Co., Ltd. desarrolló con éxito por primera vez un nuevo y económico acero inoxidable dúplex NSSC 2120 (21Cr-2Ni-3Mn-1Cu-N) que puede mejorar significativamente el rendimiento de la soldadura y reemplazar el acero inoxidable SUS304. En comparación con el acero inoxidable SUS304, NSSC 2120 tiene un buen rendimiento de soldadura y una resistencia mejorada.

Duplicado, pero también tiene la ventaja de su bajo coste. Como tecnología madura, el procesamiento de deformación en frío tiene una alta precisión dimensional, buena calidad de superficie y una estructura estable, lo que puede evitar eficazmente los defectos generados durante el procesamiento térmico y garantizar un buen rendimiento del material. En la actualidad, existen pocos tipos de investigación sobre la evolución de la microestructura y las propiedades del acero inoxidable dúplex de ahorro de energía deformado en frío después del recocido y el tratamiento térmico. En este proyecto, se estudia el efecto del recocido por recristalización en la microestructura y las propiedades del acero inoxidable dúplex deformado en frío realizando un tratamiento térmico de recocido a alta temperatura de un determinado acero inoxidable dúplex NSSC 2120 deformado en frío a diferentes temperaturas y tiempos.

1 Materiales y métodos de prueba.

La palanquilla fundida de acero inoxidable dúplex NSSC 2120 se prepara mediante el proceso de fundición a la cera perdida y el horno de inducción de frecuencia intermedia. La composición química se muestra en la Tabla 1. El acero inoxidable dúplex 2120 fundido se somete a un tratamiento de solución en el horno de tratamiento térmico de caja SXL-1400C, la temperatura de la solución es 1100 ℃ y el calor se mantiene durante 2 horas para enfriar con agua. Después de la solución sólida, la muestra se cortó en muestras de 10 mm de espesor y luego se laminó en frío con un molino de dos rodillos de φ200 mm x 200 mm a una velocidad de 2,5 m/min para múltiples pasadas, la reducción de la pasada fue de 0,5 mm y la deformación por laminación en frío es del 70 %. Después de eso, las muestras se recocieron a 950, 1000, 1050, 1100, 1150 y 1200 ℃ en un horno de resistencia tipo caja. El tiempo de recocido fue de 30 minutos y luego se enfrió con agua (los códigos fueron RA-950, RA-1000, RA-1050, RA-1100, RA-1150, RA-1200).

2 Resultados y análisis de las pruebas

2.1 El efecto de la temperatura de recocido sobre la microestructura y la textura.

La Figura 1 muestra la microestructura del acero inoxidable dúplex NSSC 2120 laminado en frío y recocido a diferentes temperaturas. Se puede ver en la Figura 1a que la superficie TD de la muestra después de ser laminada en frío con un 70% de deformación es una estructura de dos fases α/γ (austenita/ferrita), que se alarga en la dirección de laminación formando un listón. La fina fase de austenita secundaria (γ2) en forma de aguja se dispersa entre los listones de austenita, y los granos en la estructura de doble fase obviamente se refinan o incluso se rompen. Debido a la forma y tamaño desiguales de la estructura de dos fases en el estado de solución sólida, la dureza de las dos fases también es diferente. El ancho de la estructura en capas de dos fases después del laminado en frío de gran deformación es desigual, y la relación de fases de α y γ después de la deformación en frío es de aproximadamente 40,1% y 59,9%. Se puede ver en la Figura 1 que no se encuentran precipitados obvios en la estructura metalográfica después del recocido a 950 °C y a temperaturas más altas, y la temperatura de recocido más alta disuelve las fases precipitadas como el Cr2N. Después del recocido a 950 ℃, los finos granos de cristal de fase α se nuclearon en la estructura en capas de fase γ. A medida que aumenta la temperatura de recocido, los granos de cristal de fase α formados por nucleación de recristalización continúan fusionándose y la estructura fibrosa de fase γ de la losa se fractura y rompe. , Las fases γ2 dispersas se entrelazan, fusionan y distribuyen en cadenas a lo largo de la dirección de rodadura. Cuando la temperatura de recocido alcanza los 1150 ℃, 1200 ℃, la fase γ básicamente se transforma en islas discontinuas y se distribuye en la matriz α. La distribución de dos fases es más uniforme y las dos fases también cambian significativamente. Los granos de la fase α obviamente crecen y se fusionan. Granos γ más pequeños.

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

Figura 1 La microestructura del laminado en frío y diferentes temperaturas de recocido de recristalización.

Se utilizó el software Image-Pro para medir la fracción de volumen de la estructura de dos fases después del recocido, y se midieron 15 campos de visión para cada material para calcular el valor promedio. Los resultados se muestran en la Figura 2. En la Figura 2 se puede ver que después del recocido a 950 ℃, la relación de la fase γ ha disminuido a aproximadamente el 56 %. A medida que aumenta la temperatura de recocido, la fracción de volumen de la fase γ disminuye gradualmente y la fracción de volumen de la fase α aumenta en consecuencia. Cuando la temperatura de recocido de recristalización aumenta a 1200 ℃, γ la relación de fases cae al 39%

Figura 2 Cambios en la relación de fase γ a diferentes temperaturas de recocido de recristalización

La Figura 3 muestra las imágenes de reconstrucción EBSD de aceros inoxidables dúplex laminados en frío recocidos a 950, 1000, 1100 y 1200 °C. Los granos blancos son granos α, los granos grises son granos γ, la línea fina es el límite de grano de ángulo bajo (LAGBS, 2～15°), la línea profunda es el límite de grano de ángulo alto (HAGBS, ≥15°), la línea discontinua delgada es el límite gemelo (TWINS). Se puede ver en la Figura 3 que después del recocido por recristalización, los granos finos recristalizados γ se distribuyen en capas a lo largo de la dirección de laminado, los granos finos α se distribuyen entre las islas de austenita y hay largas tiras de recocido en los granos γ. Los gemelos, fase α debido a la mayor energía de falla de apilamiento después de la deformación, no es fácil formar gemelos. Después del recocido por recristalización, los granos γ y α están rodeados por límites de grano de ángulo alto, y hay límites de grano de ángulo pequeño en una pequeña cantidad de subgranos, lo que indica que el acero de doble fase laminado en frío se ha recristalizado por completo. Se pueden observar granos finos recristalizados α en las islas γ de las muestras recocidas a 950 ℃. A medida que aumenta la temperatura de recocido, los granos se fusionan y crecen significativamente. Las islas de austenita en capas crecen y se auto-contienen debido a los granos α envueltos. Cuando la temperatura de recocido aumenta a 1200 ℃, los granos recristalizados de dos fases se distribuyen uniformemente a lo largo de la dirección de laminado debido al efecto de fijación de la fase γ.

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

Figura 3 Reconstrucción EBSD de muestras a diferentes temperaturas de recocido

La Tabla 2 muestra la relación de los límites de grano de ángulo grande y pequeño, los límites de grano gemelo y los límites de grano de celosía de sitio pesado de muestras de acero inoxidable dúplex laminado en frío recocidos a 950, 1000, 1100 y 1200 ℃.

La Figura 4 muestra el tamaño promedio de los granos cristalinos de las fases FCC y BCC de acero inoxidable dúplex laminado en frío a diferentes temperaturas de recocido.

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

Figura 3 Reconstrucción EBSD de muestras a diferentes temperaturas de recocido

2.1.1 El efecto de la temperatura de recocido sobre la textura.

La Figura 5 es la vista en sección transversal ODF (φ2 = 0°, 45°, 65°) de las estructuras α y γ de las muestras recocidas a 950, 1000, 1100 y 1200 ℃ con los ángulos de Euler φ1 y Φ como coordenadas horizontales y verticales. Los componentes de textura típicos en el diagrama ODF de metal cúbico se muestran en la Figura 6. La textura de deformación está representada por un triángulo, la textura recristalizada está representada por un cuadrado y la textura pura está representada por un círculo.

Figura 5 Evolución de la textura caracterizada por el espacio ODF Euler en estructuras de austenita y ferrita de diferentes muestras recocidas

Figura 6 Componentes típicos de la textura del metal cúbico.

2.2 El efecto del recocido por recristalización sobre las propiedades mecánicas.

La Figura 7 muestra los resultados de la prueba de tracción de muestras de acero inoxidable dúplex NSSC 2120 laminadas en frío a diferentes temperaturas de recocido de recristalización a temperatura ambiente.

Figura 7 Resistencia a la tracción y alargamiento del acero bifásico 2120 laminado en frío a diferentes temperaturas de recocido de recristalización

2.3 El efecto del recocido por recristalización sobre la resistencia a la corrosión.

La Figura 8 muestra las curvas de polarización potencial de muestras de acero inoxidable dúplex NSSC 2120 laminadas en frío a diferentes temperaturas de recocido de recristalización en agua de mar artificial (25,54 g/L NaCl + 11,10 g/LMgCl2 + 4,09 g/L Na2SO4 + 1,16 g/LCaCl2). El potencial de autocorrosión correspondiente (Ecorr), la ubicación de las picaduras (Epit) y la densidad de corriente de corrosión (Icoor) se muestran en la Tabla 3.

Figura 8 Curvas de polarización del acero bifásico 2120 laminado en frío a diferentes temperaturas de recocido de recristalización

La Figura 9 muestra la morfología de las picaduras de muestras de acero inoxidable dúplex NSSC 2120 laminadas en frío a diferentes temperaturas de recocido de recristalización. Puede verse en la Figura 9 que la corrosión por picadura ocurre principalmente en el límite de fase α/γ y en la matriz α. Las picaduras en las áreas con picaduras severas se desarrollan en la fase γ. El tamaño de los hoyos en la superficie de las muestras RA-1050 y RA-1100 es relativamente grande. Al ser grande, el tamaño de los orificios de corrosión en la superficie de la muestra RA-1200 es más pequeño y la resistencia a la corrosión es la más fuerte. La corrosión por picaduras en la superficie de las muestras RA-950 y RA-1000 se produjo en las fracturas γ, γ2 y α, y los pequeños granos de dos fases provocaron que las picaduras de corrosión se extendieran hasta la austenita hacia el interior. La morfología de las picaduras de las muestras a diferentes temperaturas de recocido es básicamente consistente con los resultados de la densidad de corriente de corrosión medidos por la curva de polarización. En el ambiente Cl-, la fase α siempre se corroe preferentemente. A medida que aumenta la temperatura de recocido de recristalización, aumenta la relación de fase α en el acero de doble fase laminado en frío (ver Figura 2) y la resistencia a la corrosión por picaduras de la muestra no disminuye gradualmente. Esto se debe a que la estructura de dos fases de la muestra todavía está creciendo a lo largo de la dirección de laminado cuando se recoce a 950 o 1000 ℃, el tamaño del grano de dos fases es pequeño, la distribución del límite del grano es densa (ver Figura 3) y el tamaño del límite del grano es pequeño y más Causa que la corrosión ocurra preferentemente a lo largo de los límites del grano. Una gran cantidad de límites de grano bajos de ∑CSL reducen en gran medida el contenido de defectos vacantes y elementos de impureza en el límite de fase, cortan la conectividad del límite de grano y reducen la velocidad de corrosión del límite de grano. Por lo tanto, una gran cantidad de límite de grano ∑3 después del recocido mejora la resistencia a la corrosión doble laminada en frío de los límites de grano de acero de fase. Y con el aumento de la temperatura de recristalización, el grado de recristalización mejora aún más, los granos de dos fases se fusionan y crecen, la relación entre el límite de grano de ángulo grande y el límite de grano de sitio pesado aumenta, la distribución de la estructura de dos fases es más uniforme, los defectos de la matriz se reducen y se logra la pasivación. Se mejora la estabilidad de la película y se mejora la resistencia a la corrosión.

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

Fig. 9 Morfología de las picaduras del acero inoxidable dúplex 2120 laminado en frío a diferentes temperaturas de recocido de recristalización

3 conclusión

(1) El acero inoxidable dúplex NSSC 2120 conformado en frío básicamente ha completado el recocido de recristalización después del recocido a 950 ℃. Su estructura recocida se compone de α, γ y γ2 en forma de aguja distribuidos en capas a lo largo de la dirección de laminado. Con el aumento de la temperatura de recocido, la proporción de la fase α continúa aumentando, los límites de grano de ángulo grande del material y los límites de grano CSL aumentan ligeramente, y los granos de dos fases continúan recristalizándose, fusionándose y creciendo. Después del recocido a 1200 ℃, la relación de fase α aumentó al 61 %, la estructura de dos fases era uniforme y libre de defectos y mostró una distribución axial, y los granos α y γ crecieron a 16,2 μm y 33,8 μm.

(2) Con el aumento de la temperatura de recocido, los componentes de la textura de dos fases cambian significativamente y la textura de la fibra α en la fase γ y los componentes de la textura de la fibra γ en la fase α se fortalecen. Después del recocido a 1000 ℃, la resistencia de la textura de la fase α del acero inoxidable dúplex NSSC 2120 deformado en frío aumenta significativamente, y la resistencia de la textura de la fase γ no cambia mucho con el aumento de la temperatura de recocido. Después del recocido a 1200 ℃, hay principalmente textura de latón y textura tipo P en la fase γ, y textura {111} y textura de Cu en la fase α.

(3) A medida que aumenta la temperatura de recocido, la resistencia a la tracción del acero inoxidable dúplex NSSC 2120 conformado en frío disminuye gradualmente y su alargamiento primero aumenta y luego disminuye. El recocido a 1000 ℃ tiene las mejores propiedades mecánicas, en este momento la resistencia a la tracción y el alargamiento son 730 MPa y 58%.

(4) Con el aumento de la temperatura de recocido, el potencial de corrosión por picaduras y la densidad de corriente de corrosión del acero de doble fase laminado en frío después del recocido primero aumentan y luego disminuyen con el aumento de la temperatura de recocido. Después del recocido a 1200 ℃, la densidad de la corriente de corrosión se reduce a 2,5 μA·cm-2, la picadura es la más pequeña y la resistencia a la picadura es la más fuerte.