从工业化生产的0Cr19Ni9N奥氏体不锈钢大锻件实物中取样，研究了粗大原始组织的高温再结晶。结果表明，通过再结晶可得到细小的均匀组织，形变储存能越高，再结晶温度越低，原始组织晶粒越细，再结晶温度也越低。而且，提高再结晶温度可显著加速再结晶，完全再结晶后，其强度下降，塑性增加。

 

一.引言 

 

神经外科手术导航定位系统经过强烈塑性变形的钢，处于一种亚稳定的高能量状态，它可以转变为更稳定的状态，其转变方式取决于所采取的热处理温度和时间。几种可能的转变都是重构式转变，而且是热激活的，可以简单划分为三个重叠的阶段：回复、再结晶和晶粒长大。

 

神经外科手术导航定位系统对于冷变形，在回复过程中释放了一部分能量，但大部分能量仍然保持着，并作为再结晶的驱动力。影响再结晶的因素除了时间和温度外，还有合金元素、晶粒大小以及冷变形程度等。

 

目前国内外对冷变形后的再结晶研究较多，对经高温变形的0Cr19Ni9N 大锻件热处理后的再结晶报道较少。由于奥氏体钢大锻件的生产需要多次锻造，每次的加热温度较高，容易造成粗晶，如果最后一次的锻造有一定的变形量，则可在随后的热处理过程中通过再结晶来改善组织。研究人员就0Cr19Ni9N奥氏体钢大锻件的再结晶进行探讨。

 

二.试验材料和方法

 

冶炼工艺采用真空感应＋电渣重熔，试验用钢的化学成分见表1。把钢锭加热到1180℃，锻成ϕ600mm×ϕ380mm×1800mm 的筒件‚试样沿切向取自锻件内外表面间1/2处。

 

三.试验结果及分析

 

图1为最后一次锻造变形量较大( 约23％） 时，其锻态组织储存能较高的大锻件再结晶组织。由图1a可见，锻件的原始组织粗大，有少量的碎化晶粒，高温形变后遗留下的滑移线很多，表明锻件经受了较大的高温变形量；经1010℃×40min 固溶处理后（图1b） ，晶粒尺寸还是较粗大，此阶段可能主要发生了回复过程；继续提高固溶温度，经1050℃×40min 固溶处理后（图1c），组织已发生了明显的再结晶，晶粒明显细化。

 

再结晶是一个形核长大的过程，再结晶晶核是通过在变形基体中产生一些具有高迁移率的大角度晶界的无应变区而形成。因晶界、第二相等具有的位错密度高，易形成高储存能差区，而储存能差是再结晶形核的驱动力。对经热加工的奥氏体不锈钢大锻件，晶界是优先形核处（图3c） ，1010℃×2h固溶处理后，大晶粒的晶界出现了再结晶晶粒。    

 

再结晶又是一种与原子扩散有关的热激活过程。升高固溶温度，原子扩散能力增强，使再结晶形核率和长大率皆增大，形核率N和长大率G随温度的增加服从阿累尼乌斯方程，即式中：

 

Qn和Qg分别为形核激活能和长大激活能；N0、G0为计算常数；R为常数。提高再结晶加热温度，可显著加速再结晶过程 。由图1可见，从1010℃提高到1050℃固溶再结晶显著加速。

 

再结晶过程对力学性能的影响见图2。经1010℃×40min固溶处理后，再结晶发生很少，强度略有下降，塑性略有提高；经1050℃×40min固溶处理后，由于锻态组织已进行了明显的再结晶，屈服强度显著下降，塑性变化不大。

 

如原始晶粒尺寸与图1相近，但组织中遗留的应变能较少时，其再结晶组织见图3。由图3a 可见，锻件的原始组织粗大，高温形变后遗留下的滑移线较少，表明锻件最后一次的高温变形量没有图1大。经1010℃×40min、1050℃×40min 固溶处理后（ 图3b 、c） ，晶粒尺寸还是较粗大，此阶段可能主要发生了回复过程，再结晶进行得较少，1010℃×40min 固溶处理后热变形遗留的滑移线还存在（图3b） ；继续提高固溶温度，经1080℃×40min 固溶处理后（ 图3d） ，已发生明显再结晶，晶粒明显细化。

 

对照图1、3可知，0Cr19Ni9N 奥氏体不锈钢大锻件经高温形变（ 锻造） 后，得到粗大的晶粒组织，由于锻件高温热加工后其室温组织有一定的形变储存能，在随后的固溶处理时会发生再结晶使组织得到细化，而且，原始变形量越大，形变储存能越高，则形核驱动力越大，可进行再结晶的温度就越低。神经外科手术导航定位系统

 

类似于图3的变形量，细化原始晶粒尺寸，其再结晶组织见图4。经1050℃×40min固溶处理后就发生明显的再结晶，对照图3可知，细化晶粒后的再结晶温度降低了。这是由于原始锻造组织越细，可供再结晶形核的区域越多，可发生再结晶的温度就降低。

 

固溶时间对再结晶组织的影响见图5。在1050℃、1080℃温度下固溶，40min时仅在原始粗晶粒晶界处有极少量的再结晶发生，继续延长保温时间到2h后，完成了大部分再结晶，由图5e 可见，组织中有一大晶粒，大晶粒内还有晶粒‚说明该晶粒不是二次再结晶长大的晶粒；提高固溶温度到1150℃，保温40min时再结晶已完成，晶粒大小均匀，但再结晶晶粒较低温再结晶晶粒大，继续延长保温时间，晶粒继续长大。这说明，原始晶粒粗，降低了再结晶细化晶粒的效率。

 

 

神经外科手术导航定位系统由此可见，再结晶发生的数量是时间的函数，固溶温度较低时，完全再结晶所需的时间较长，而在固溶温度较高时，短时间就可完全再结晶，且组织均匀，但晶粒尺寸较大。

 

神经外科手术导航定位系统根据固溶时间对力学性能的影响可知，随固溶温度的提高，强度下降，塑性增加。在1080℃固溶，随固溶时间的延长，强度下降，塑性略有提高；提高固溶温度到1150℃，由于再结晶已完成，且再结晶晶粒尺寸较大，强度明显下降，塑性提高。　　

 

神经外科手术导航定位系统由再结晶对力学性能的影响可知，由于完全再结晶后的锻件内部组织的形变强化等强化作用的减弱或消失，强度下降，塑性略有提高。

 

四.结论

 

0Cr19Ni9N 锻件粗大组织可通过再结晶而细化。形变储存能越高，再结晶温度越低。原始组织晶粒越细，再结晶温度越低。提高再结晶温度可显著加速再结晶。完全再结晶后强度下降，塑性增加。

 

 

来源：钢铁研究总院

关键词： 奥氏体不锈钢锻件