摘要
本文的研究对象为核电用双相不锈钢S32101，双相不锈钢是由铁素体和奥氏体两相组成，两相的含量约各占50％，因此具有良好力学性能和耐腐蚀性能。相对于传统304奥氏体不锈钢，双相不锈钢S32101具有更高的屈服强度、更好的耐点腐蚀性能和更低的价格。但是，双相不锈钢S32101在生产和使用过程中仍存在一些问题，如轧制过程中容易产生边裂缺陷、低温时冲击韧性降低。目前国内外针对这些问题的研究报道有限，本文对双相不锈钢S32101的热加工性及低温韧性的影响因素进行了深入研究，主要的工作及创新点如下: (1)通过热模拟单道次压缩实验模拟热轧过程，对双相不锈钢S32101在不同变形条件下的变形行为和微观组织演化规律进行了深入研究。在应变速率较低时，奥氏体容易发生动态再结晶，随着应变速率增加奥氏体再结晶现象减弱，呈现出动态回复的特征。在较低变形温度或较高应变速率的条件下，铁素体和奥氏体发生不协调变形，出现流变局域化现象，容易产生楔形裂纹。 (2)分析热模拟实验数据，根据真应力-真应变曲线建立耦合应变的双曲正弦修正本构模型，采用了七次多项式拟合的方法用真应变来描述材料常数α、Q、n和lnA的值，拟合后的数据具有良好的相关性。建立耦合应变的本构模型在整个变形参数内可以较精确地预测流变应力，并且具有较高的相关性(R=0.986)和较低的平均相对误差（AARE=6.46％）。这说明本研究建立的耦合应变的本构模型可以很好地模拟双相不锈钢S32101的热变形过程。 (3)双相不锈钢S32101在热变形过程中出现两种失稳情况:在热模拟试样内部出现的严重流变局域化现象和在热模拟试样鼓肚处出现的微裂纹。基于动态材料模型的热加工图不适于预测双相不锈钢S32101的热加工性能。基于塑性加工理论的热加工图的预测结果与热模拟结果基本一致。 (4)通过采用不同固溶处理方法，系统分析影响双相不锈钢S32101低温韧性的因素，发现实验用钢在-40℃冲击时试样发生分层断裂的现象，这种现象是由于热轧使得奥氏体相以片层结构分布在铁素体基体中，这种组织结构特点使得裂纹只在铁素体相中扩展，出现类似于解理断裂的现象，最终确定奥氏体片层的几何结构和分布特点为影响双相不锈钢S32101低温韧性的主要因素。 (5)通过采用不同的热轧工艺、冷却方法及热处理工艺提高双相不锈钢S32101的冲击韧性，发现通过在热轧最后几道次采用低温大压下率轧制，并且采用超快速冷却方法进行冷却，最终经过1000℃固溶处理后的实验用钢的低温冲击韧性最好，在-40℃条件下，半样(55×10×5mm)冲击功可达67J，并且其屈服强度和抗拉强度均高于标准值。分析提高韧性的机理为:在热轧阶段，低温大压下量轧制提高了奥氏体片层的密度;经过1000℃固溶处理后消除实验用钢内部的残余应力和析出物，进一步优化了奥氏体片层结构。从而提高了双相不锈钢S32101的低温韧性。
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