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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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316LN不锈钢管双道次变形条件下的高温流动应力曲线。温度梯度１１００～１０５０℃时，道次２的流动应力曲线没有达到稳态，其稳态应变εｓ＞０．６０；温度梯度１２００～１１５０℃时，道次２的流动应力曲线已经达到稳态，其稳态应变εｓ约为０．５８。因此，后续道次发生动态再结晶的稳态应变值基本上不受初始道次的影响。在可锻温度的低温区９００～１０５０℃时，316LN不锈钢管的变形抗力比较大，达到完全动态再结晶所需的稳态应变值和压机吨位也比较大，316LN不锈钢管很难达到完全动态再结晶，考虑裂纹缺陷的萌生、锻造设备条件和锻造可操作性（采用单一变形量），因此316LN不锈钢管锻造过程高温区完全动态再结晶是实现晶粒细化的主要技术手段。综上所述，在316LN不锈钢管的锻造过程中，通过动态再结晶可以细化晶粒。如果以１０５０℃发生完全动态再结晶为参考标准，则锻造过程中的真实应变应大于０．６５５。考虑到温度降低的因素，真实应变越大越好。核电主管道锻件锻造过程中，控制316LN不锈钢管产生完全动态再结晶的工艺条件，并提高锻件塑性变形的均匀性，是解决316LN不锈钢管晶粒细化和晶粒均匀性的关键。
TP316H不锈钢管在20～300℃回火，硬度降低较缓或者不变化。TP316H不锈钢管在250℃以内圈火时，马氏体的基体含碳量仍达0. 25%左右，且有弥散析出的ε-碳化物，所以回火后钢的硬度仍在HRC 60左右。 当回火温度超过300℃，由于碳化物析出以及随后的聚集球化和α相的回复再结晶，硬度逐步下降，其变化规律与TP316L钢管相似。但由于TP316H不锈钢管中回火时析出的碳化物数量相对较多，所以在相同温度回火，硬度较高。 图7-23是TP316H不锈钢管的拉伸性能与回火温度的关系，在300℃以前回火，由于未能淬火的宏观应力，所以呈脆性破断，不能准确的测定性能数据。在300℃以上回火，其性能变化规律与低碳钢相似，即随回火温度升高强度降低，塑性和韧性增加。 对于316H不锈钢管及合金工具钢，为了反映它们在低温回火状态的强度和塑性，通常进行抗弯试验，图7-24为T12钢抗弯强度和挠度与回火温度的关系。可以看出，在225～250℃回火时，抗弯强度达极大值。在260℃以下温度回火时，由于内应力的减少，碳的脱溶，使原子间结合力增高，以及显微裂纹的焊合，因此脆断强度和塑性均随回火温度升高而增高。但回火温度超过250℃以后，则屈服强度降低，抗弯强度下降。 由于高碳片状马氏体高速形成，在撞击时能形成微裂纹，从而影响316H不锈钢管的塑性和韧性。在回火过程中，由于应力和在裂纹中析出碳化物，一部分微裂纹能自动焊合。图 7-25表示，淬火微裂纹在200℃回火时大部分已焊合，而在200～500℃回火时钢中微裂纹数目未见进一步减少，只有到600℃以上回火时，316H钢管中微裂纹才又有显著减少。但是即使经过高温回火或球化退火，仍有少数微裂纹残留存在。
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