铝含量对高铝310S不锈钢力学性能的影响有哪些

   浙江至德钢业有限公司技术人员经过研究实验，发现310S不锈钢不同铝含量在1200℃，变形量50%时的热轧板材的维氏硬度和不同铝含量铸造固溶态的维氏硬度。从图中看出轧制态和固溶态的板材随着铝含量的增加维氏硬度都是逐渐增大的，同一铝含量轧制成板材硬度比固溶态普遍降低了20HV左右。轧制态的板材，铝含量从1.5%增加到2%时，硬度值只提高了9%；当铝含量从2%增加到3%时，硬度值提高了33%。总的来说随着铝含量增加，维氏硬度总体是逐渐增大，铝元素加入能够增大合金的硬度，轧制态和铸造固溶态相比硬度有所降低，轧制过程能够降低合金的硬度。

    图为310S奥氏体耐热钢不同铝含量在1200℃，变形量50%时的热轧板材和铸造固溶态试件的室温拉伸的工程应力-应变曲线，从图中看出除了固溶态含铝3%的合金发生了脆断，其他几种不同铝含量的合金都发生了较大的塑性变形。铝含量为1.5%的轧制态合金和固溶态相比强度不变，塑性略微减小；铝含量为3%的合金轧制态比固溶态的强度和塑性都迅速的增大；铝含量为2%的合金，轧制态与固溶态相比，强度有所下降，塑性增大。310S不锈钢不同铝含量的合金屈服强度如图。屈服强度、抗拉强度、延伸率的统计如下表所示。从图可以看出，随着铝含量的增加，轧制态板材的屈服强度是逐渐增大的。铝含量从1.5%增加到2%，轧制态合金的屈服强度从350MPa增加到362MPa，变化不大。含铝1.5%的合金，轧制态和固溶态的屈服强度是基本相等，铝含量为2%时，固溶态的屈服强度比轧制态的增幅大，固溶态的屈服强度比轧制态的高30%。但是当铝含量从2%增加到3%时，屈服强度随着铝含量的增加而显著增大到了570MPa，提高了57.5%，而固溶态的屈服强度是259MPa，轧制态的屈服强度是固溶态的2.2倍。

    310S不锈钢抗拉强度如图所示，随着铝含量的增加，轧制态板材的抗拉强度是先有所降低后又大幅度的增加。铝含量从1.5%增加到2%时，轧制态合金的抗拉强度从598MPa降低到540MPa，降低了9.7%。当铝含量从2%增加到3%时，抗拉强度增加到759MPa，提高了40.6%。和固溶态相比，基本规律和屈服强度相同，含1.5%铝的固溶态和轧制态的抗拉强度相近，当铝含量增加到2%，固溶态的抗拉强度显著增大，而轧制态的有所降低，轧制态相对于固溶态降低了27.5%。铝含量是3%时，固溶态的抗拉强度迅速降低，而轧制态的迅速增大，轧制态的抗拉强度比固溶态增加了190%。图为310S奥氏体耐热钢不同铝含量在1200℃，变形量50%时的轧制态和不同铝含量的铸造固溶态合金的室温拉伸的延伸率。从上图中我们可以看出，固溶态和轧制态的310S耐热钢的延伸率随着铝元素含量的增加而减小。加1.5%铝时，延伸率为34.89%，当铝含量增加到3%时，延伸率降到了14.23%，降低了59.2%。当1.5%铝时，固溶态和轧制态的延伸率基本不变；当铝含量为2%，轧制态的延伸率比固溶态增加了43%；铝含量3%时，固溶态的延伸率只有3.3%，而轧制态的是14.2%，是固溶态的4.3倍。以上分析可知，加入铝元素以后使得耐热钢的延伸率显著下降，但是轧制态比固溶态的延伸率显著增大。

    不同铝元素含量的310S不锈钢拉伸试样的拉伸断口形貌如图所示，每种成分合金断口分别取放大200倍和局部放大形貌至500倍的扫描图片。图是310S不锈钢相同轧制参数下含1.5%铝的拉伸端口形貌，从图上可看出，断面上有大小不均匀的韧窝，并且大韧窝的都有比较深的孔洞。大韧窝为卵形韧窝，里面可以看到许多撕裂状的层片状结构。可以看到韧窝里面有脆性夹杂物断裂面，或者是基体与夹杂物脱开而形成的孔洞。小的韧窝比较浅，而且密集分布，加1.5%铝的合金为韧性断裂。图是310S不锈钢相同轧制参数下含2%铝的拉伸端口形貌，从图上可看出，可以看到韧窝的数量和密度增大了，有很多的等轴韧窝。小型的韧窝里面可以看到许多夹杂物的脆断面。在好多韧窝的周围有一些“舌苔状”花样。综上可看出此时断裂方式是韧性断裂。图是310S不锈钢相同轧制参数下含3%铝的拉伸端口形貌，从图上可看出，韧窝的数量显著减少，存在小韧窝和抛物线状的大韧窝，韧窝的内部有较大的断裂颗粒。断口上出现了大量的撕裂棱，可以看到一些解理面，解理台阶。由此得出该合金的断裂方式是韧性断裂与沿晶解理的脆性断裂相结合。