304不锈钢耐磨丝材冷拉拔工艺及组织性能的研究

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国产耐磨钢丝产品出于成本因素,多采用高锰高氮奥氏体不锈钢热轧产品。由于这类产品长期处于高磨耗及腐蚀等特殊环境下工作,产品平均寿命往往较短。304奥氏体不锈钢具有优异的形变诱导马氏体相变能力及优异的耐蚀性能,是一种很好的耐磨钢丝备选材料。然而,目前304不锈钢冷加工尤其是冷拉拔过程中的形变诱导相变行为研究较少。因此,本研究拟以商用304不锈钢热轧圆盘条为原材料,通过冷拉拔成形技术,探讨其作为深井深海开采等特殊环境下使用的耐磨钢丝的可行性。本研究对于国产耐磨钢丝品种开发和实际应用具有重要的参考意义。本文设计了多组冷拉拔方案,采用OM和TEM观察了耐磨丝材的组织形貌,分析了丝材拉拔过程中的强化机理,检测了不同变形量下丝材的力学性能及磨损性能,并通过SEM及EDS分析了磨损机理。得到的主要结论如下:1.以大变形量低温退火处理为原则,控制平均道次变形量在20%以上,拉拔过程中的退火温度控制在700℃以下,最后1~2道次出线后不进行退火处理,可得到累积变形程度高的冷拔态纤维组织。2.实现了国产筛网用Φ2.3 mm目标尺寸的冷拔态丝材。其冷拉拔工艺为Φ8 mm→Φ7.2 mm(19%)→Φ6.8 mm(28%)→Φ5.8 mm(48%)→Φ5 mm(61%)→退火处理(700℃/20 min)→Φ4.4 mm(23%)→Φ3.9 mm(39%)→退火处理(700℃/20 min)→Φ3.4 mm(24%)→Φ3 mm(41%)→退火处理(700℃/20 min)→Φ2.5 mm(31%)→Φ2.3 mm(41%)。其中总变形量达到92%,最大累积变形量达到61%。3.冷变形增大使组织由等轴状晶粒发生变形被拉长,晶粒被破坏,晶界模糊不清,最终组织为冷拔态纤维组织;随变形量增大,丝材的强度与硬度均有所提高,延伸率下降;XRD分析结果为拉拔中发生了奥氏体向α’-马氏体的相变。4.冷变形使位错缠结阻碍塑性变形,同时存在有少量的形变孪晶;随着累积变形量的逐渐增大,形变孪晶数量增多,此时以孪生的方式阻碍塑性变形;当变形量进一步增大,形变诱导马氏体相变发生,丝材的强度和耐磨性能提高。5.304不锈钢摩擦系数-时间曲线呈两个阶段。随着冷变形程度的增加,磨痕的宽度和深度均有所减少,磨损率及平均摩擦系数下降,耐磨性能提高。6.304不锈钢的干磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损的复合磨损机制,低变形量下以粘着磨损为主要磨损机制,随着变形量的增大,氧化磨损加重,磨损机制转变为磨粒磨损为主要磨损机制。
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