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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，在消除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。
氮以合金元素形式加入到316L不锈钢管中时能够产生晶界强化。是因为氮会降低钢中原子的堆垛层错能，使钢中位错滑移平面化，能有效地阻止位错攀移出滑移面，增大了晶界对位错的阻碍作用。 氮对316L不锈钢管晶界强化效应随着氮含量的增加而增加，且温度越低强化效应越明显。钢的力学性能与其热力学稳定性有较大关系。氮加入到316L不锈钢管中时可以提高钢的热力学稳定性，进而改善钢的力学性能。这与氮改变316L不锈钢管的沉淀析出行为有关，316L不锈钢管在高温时效时会有碳化物、金属间相及其他化合物的析出。而钢中加入氮元素后，氮在碳化物中的不溶性导致了氮可以推迟钢中碳化物的形核，进而使其沉淀析出时间增长。另外，氮还可以使碳化物中的析出相与基体失配，界面能减小，继而达到细化析出相的目的。氮可以抑制金属间相形成是与氮可以提高钢中铬和钼的溶解度有关。 氮可以使316L不锈钢管的耐磨性能提高。这是因为氮在钢中含量过高时会有氮化物析出，但这种析出会使钢的塑性和耐腐蚀性能降低。现在人们利用离子表面注入改性技术得到的表面高氮层，可以在不损害塑性和抗腐蚀性能的前提下，提高其耐磨性能。这可能是由于注入的氮原子缀饰位错或进入固熔体产生固熔强化，提高了钢的耐磨性能。
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