بررسی تأثیر مورفولوژی مارتنزیت ناشی از کرنش بر تشکیل ساختار نانو/فوق ریزدانه در فولاد زنگ نزن آستنیتی 201 توسط عملیات ترمومکانیکی مارتنزیت

فولادهای زنگ نزن آستنیتی با وجود داشتن خواص منحصربه¬فرد، به دلیل داشتن استحکام تسلیم پائین کمتر درصنایع مختلف مورد استفاده قرار می¬گیرند. موثرترین راه برای افزایش همزمان استحکام و چقرمگی، ریزدانه کردن فولاد است. یکی از مهم¬ترین فرایندهایی که برای تولید فولاد زنگ نزن آستنیتی شبه¬پایدار نانو/فوق ریزدانه مورد استفاده قرار می¬گیرد، فرایند ترمومکانیکی مارتنزیت است. این فرایند شامل نورد سرد برای تشکیل مارتنزیت ناشی از کرنش و در ادامه آنیل بازگشتی برای دست¬یابی به آستنیت نانو/فوق ریزدانه است. ازآنجایی که در حین نورد سرد با توجه به شرایط اعمالی (میزان نورد، نرخ کرنش، دمای نورد و اندازه دانه اولیه آستنیت) نرخ تشکیل مارتنزیت و درنتیجه مورفولوژی مارتنزیت حاصل شده تغییر می¬یابد، در این پژوهش اثر مورفولوژی مارتنزیت در دو نمونه فولاد زنگ نزن آستنیتی 201 با درصد¬های مختلف کاهش ضخامت 50 و 90% بر تشکیل ساختار میکروسکوپی حین آنیل در طی دماها و زمان¬های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که پس از 50% نورد، مورفولوژی غالب لایه¬ای و پس از 90% نورد، ساختار فاقد هرگونه لایه¬های مارتنزیت بوده و تقریباً تمامی ساختار به¬صورت سلول-نابجایی است. با کاهش کرنش اشباع و افزایش کرنش، کسر ساختار سلول-نابجایی افزایش و اندازه کریستال¬های این ساختار از nm 50 برای 50% نورد به nm10 برای 90% نورد کاهش می¬یابد. مشخص شد که در طی آنیل بازگشتی در تمامی دماها، نرخ جوانه¬زنی آستنیت در ساختار سلول-نابجایی به دلیل تعداد بالاتر مراکز جوانه¬زنی در مقایسه با مارتنزیت لایه¬ای بیشتر است. حتی با انجام آنیل در دمای ˚c 900، مارتنزیت لایه¬ای پس از گذشت زمان 10 دقیقه کاملاً بازگشت می¬یابد، در حالیکه برای ساختار سلول-نابجایی این زمان در حدود 2 دقیقه است. مکانیزم بازگشت در تمامی دماها، مکانیزم نفوذی (جوانه¬زنی و رشد) تعیین شد. به دلیل بزرگتر بودن جوانه¬های حاصل از مارتنزیت لایه¬ای و کمتر بودن نیرو محرکه و هم¬چنین جلوگیری مارتنزیت باقیمانده این ساختار از رشد سریع دانه¬ها، نرخ رشد دانه¬ها در آستنیت حاصل از مارتنزیت لایه¬ای کمتر است. در آنیل در دماهای 700 و ˚c 800، به دلیل نرخ کم رشد دانه¬ها، همواره آستنیت حاصل از ساختار سلول-نابجایی کوچک¬تر است. در زمان¬های ابتدایی آنیل در دمای ˚c 900، اندازه دانه¬های آستنیت بازگشتی از مارتنزیت با ساختار سلول-نابجایی کوچک¬تر بوده اما با افزایش زمان، به دلیل بالاتر بودن نرخ رشد دانه¬ها در این دما، اندازه دانه¬های آستنیت بزرگ¬تر از آستنیت حاصل از مارتنزیت لایه¬ای می¬شود. کوچک¬ترین اندازه دانه فولاد با کسر حجمی مناسب آستنیت در این حالت برای نمونه 90% نورد شده پس از 30 ثانیه، nm 120 (با استحکام تسلیم mpa 1050 و ازدیاد طول 30%) و برای نمونه 50% نورد شده پس از 60 ثانیه، nm 500 (با استحکام تسلیم mpa 830 و ازدیاد طول 35%) بدست آمد