316LN奧氏體不銹鋼晶粒長大傾向性

張澤宇，趙新榮

（吉林昊宇電氣股份有限公司，吉林 吉林 132000）

316LN奧氏體不銹鋼晶粒長大傾向性

張澤宇，趙新榮

（吉林昊宇電氣股份有限公司，吉林 吉林 132000）

在不同的加熱溫度和保溫時間下研究核電主管道用鋼316LN奧氏體晶粒的長大規律。結果表明，隨著加熱溫度的升高和保溫時間的延長，實驗鋼奧氏體晶粒尺寸逐漸增大。對實驗數據進行非線性回歸，建立了描述316LN鋼奧氏體晶粒長大規律的數學模型；通過對比實驗值與計算值驗證了模型的精度和可靠性。研究結果對確定316LN鋼始鍛溫度和制訂加熱規范具有指導意義。

316LN不銹鋼鋼；晶粒長大；晶粒長大模型；加熱規范

1 實驗目的

鍛造前鋼的加熱，對鍛造生產率和鍛件質量有很大的影響。高溫加熱過程必然伴隨著晶粒長大過程，故研究鍛件在長時間的保溫過程中的晶粒長大規律對生產過程有一定的指導意義。本實驗探討316LN奧氏體不銹鋼在不同加熱溫度和保溫時間條件下晶粒尺寸長大傾向性。

2 實驗材料及過程

試驗用材料316LN 奧氏體不銹鋼其化學成分見表1；試樣加工成7×7×20mm矩形試塊，測定原始材料平均晶粒尺寸并記錄見表2。將試樣加熱到溫度（1000℃、1050℃、1100℃、1150℃，1200℃）進行保溫，保溫時間分別為5min、15min、30min、45min，60min保溫結束后將試樣立即水冷處理。

表1 試驗材料316LN化學成分Tabe 1 chemical composition A335P92

采用實驗室ZEISS Scope A1金相顯微鏡金相分析軟件上的截線法定量測材料平均晶粒尺寸。

表2 原始材料平均晶粒尺寸（單位：μm）Table 2 The average grain size of raw material（units：μm）

3 實驗結果與分析

3.1 保溫時間與加熱溫度對晶粒長大規律的影響

分析圖1 中的曲線走勢可以看出加熱溫度越高晶粒尺寸增長越大；晶粒尺寸隨著保溫時間的增長而逐漸增大；其長大速率隨著保溫時間的增長，晶粒增長的速度變緩。

3.2 晶粒長大模型的建立

目前奧氏體晶粒尺寸多采用Sallars模型和Anelli改進模型，本文采用Sallars模型，如式（1）所示。

圖1 不同溫度下晶粒尺寸隨保溫時間的變化關系

其中，Dt為加熱時間為t時的平均晶粒尺寸，Do為加熱前，原始材料平均晶粒尺寸，t為加熱時間，Q為晶粒長大激活能（J/mol），T為加熱溫度（K），R為理想氣態常數，其值為8.3145J/（mol·K），A和n為常數。

觀察上式，有n、A、Q三個未知常數，不能夠通過線性擬合求出這三個值，可通過實驗的方法先求出n值，再求出Q和A值，具體求解方法如下：

對式（1）兩端取以e為底的對數，上式變為方程（2）

分別取不同的n值對1/T進行擬合；求出多組值Qi，再用多組Q值的方差與n值進行多元擬合。擬合曲線的極小值對應的n值即為所求n值。擬合的函數為方程（3）：

求得n=4.61，將n=4.61帶入方程（2），通過線性擬合求得A=3.71×1026，Q=4.9×105J。晶粒長大動力學方程為：

4 結論

（1）通過對 316LN 奧氏體不銹鋼晶粒長大過程的研究可知，晶粒尺寸在初始保溫時間內隨時間的增長而增大，其增長趨勢則逐漸趨緩；溫度越高，保溫時間對晶粒尺寸的影響越大。

（2）采用以回歸誤差平方和最小為優化目標的方法，給出了晶粒長大過程動力學模型，并通過實驗值與擬合值比較驗證，雖然個別數據與實際值有較大偏差但是不可避免實驗過程中有一定誤差，所以本模型具有一定的可靠性。

［1]齊珂，隋大山，陳飛，崔振山.316LN鋼奧氏體晶粒長大模型［J]-塑性工程學報2014（3）.

［2]潘品李，鐘約先，馬慶賢，袁朝龍，朱思陽.核電主管道用鋼316LN高溫變形性能研究［J]-中國機械工程2012，23（11）.

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