固溶温度对316LN不锈钢组织及力学性能的影响

　　316LN不锈钢(00Cr17Ni14Mo2N)属于美国20世纪70年代AISI300奥氏体不锈钢系列产品。它是经典的18-8(Cr-Ni)不锈钢成分改型合金，是为改善耐腐蚀性能而发展的一种Cr-Ni-Mo型超低碳不锈钢。因其优良的耐海水腐蚀、耐晶间腐蚀性能和高温力学性能，被广泛用于管道、换热器、高温螺栓的制造和医用材料，是目前应用较广泛的奥氏体不锈钢[1]。

　　奥氏体钢的固溶处理目的是使热轧过程中析出的碳化物等第二相在高温下固溶于奥氏体中，通过固溶温度的调整，对钢的晶粒度进行控制，调整钢的性能，对材料的质量有着相当重要的意义[2]。因此，确定合理的固溶温度对316LN不锈钢的生产和应用至关重要。本文就不同固溶温度的316LN不锈钢进行试验研究，通过对组织、力学性能及冲击断口的分析，探究了固溶温度的变化对组织和力学性能的影响规律，为改善316LN性能、生产及应用提供依据。

　　1 试验材料和方法

　　试验用钢为真空感应炉熔炼，经锻造及热轧成宽110mm、厚12mm的板材，其主要化学成分如表1所示。

　　将316LN不锈钢热轧板材分别在950、1000、1050、1100和1150℃温度下进行固溶处理，保温40min水冷后，按照GB/T6394—2002《金属平均晶粒度测定法》直线截点法评取试验材料的平均晶粒尺寸。按照GB/T228.1—2010《金属材料 拉伸试验 第1部分: 室温试验方法》测量试验材料室温拉伸性能，按照GB/T229—2007《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》测量试验材料的室温冲击性能。金相腐蚀剂选用1gKMnO4+10mL H2SO4+98mL H2O配比混合溶液，在50℃水浴中加热腐蚀90min。析出物观察腐蚀剂选用5gCuCl2+30mL HCl+30mL H2O+25mL CH2COOH配比混合溶液，轻微腐蚀即可。

　　2 试验结果及分析

　　2.1 显微组织

　　利用中国科仪Sisc IAS8.0金相分析软件测量316LN不锈钢的晶粒尺寸，并进行线性拟合，结果如图1所示。图2为316LN不锈钢热轧态和不同固溶温度处理后的金相照片。

　　固溶温度对316LN不锈钢的晶粒尺寸影响显著。随固溶温度升高晶粒尺寸增大且趋势逐渐增加，晶粒尺寸随固溶温度的变化关系与拟合方程(1)吻合:

　　316LN不锈钢的晶粒尺寸由950℃固溶处理时的15. 61μm增大为1150℃时的45.9μm。固溶温度对晶粒尺寸影响主要是由于温度升高提供给原子的激活能增大，原子扩散速度增加，晶界迁移速度提高，晶粒尺寸增大变快。其次，晶界处存在着增大晶界面积，提高界面能的析出物，其对晶界迁移起阻碍作用，随固溶温度升高，晶界析出物逐渐溶解于基体中，提高了晶粒的长大速度[3]。图2(a)为316LN不锈钢热轧后空冷的显微组织，(b)～(f) 为不同温度固溶处理后的显微组织。可以看出，热轧态316LN不锈钢为典型的部分再结晶组织，固溶处理后，随着固溶温度的升高，晶粒逐渐长大。温度低于1000℃时，晶粒尺寸比较均匀，且随温度升高增大的幅度较小，当温度高于1000℃后晶粒长大速度提高。316LN不锈钢晶粒中存在着轻微混晶现象，而材料由于成分不均，加热温度不均及各部位的塑性加工程度不一致等原因都可促使其发生。晶粒尺寸对316LN不锈钢性能影响非常大，晶粒粗大的材料在成型时会发生破裂、表面粗糙等现象[4]，在生产中应根据实际使用要求选择合适的固溶温度。