稀土元素La对201不锈钢管拉伸性能的影响

拉伸性能是衡量201不锈钢管力学性能的重要指标之一，拉伸性能主要研究201不锈钢管屈服强度，抗拉强度，断面收缩率，断后伸长率。屈服强度是材料发生屈服或微量的塑性变形时，所受到应力的大小，抗拉强度是指材料所能承受的最大应力，断面收缩率是指原始截面积与断后的最小截面之差与原始截面积的比值，伸长率是指断后的残余伸长量与原始标距之比的百分率。

(1) 拉伸试验的应力应变曲线

本试验采用CSS-88500拉伸试验机对试验钢进行拉伸试验，拉伸试样的标距长度为50mm，直径为10mm，试验机的拉速v=10mm/min。试验钢的应力应变曲线如图6.1所示，可以看出试验钢没有明显的屈服现象，塑性变性的能力较强，抗拉强度也较大，加入稀土元素镧为0.0049%的2#试样屈服强度和抗拉强度都要高于其他试样；加入稀土元素镧为0.0021%的1#试样在拉伸试验初期的应力应变曲线和2#试样接近，结合第三章析出相形貌和成分分析，1#试样和2#样的析出相都为圆形的颗粒状，在拉伸的前期，析出相对位错移动的阻碍作用接近，这是拉伸试验塑性变形的前期应力应变曲线接近的原因。在拉伸试验的后期，位错进行缠结，和位错移动的活跃，会使析出相发生变形，所以析出相自身的性能对抗拉强度有着一定影响，1#试样和2#试样的析出相的组成不同，所以抗拉强度不同。固溶在201不锈钢管内部的镧元素，对试验钢位错的移动也有一定影响。未加入稀土元素镧的0#试验的析出相为条片状，成分为硫化锰，在拉伸试验塑性的前期，由于0#试样和1#试样析出相的形貌的不同，阻碍位错运动的机理不同，所以应力应变曲线相差较大，到拉伸试验的后期，析出相的组成，对位错的移动起到主要阻碍作用[40]，所以0#试样和1#试样的应力应变曲线趋于接近。加入稀土元素为0.014%的3#试样，由第三章析出相形貌和成分分析可知，3#试样的析出相集聚长大，且分布不均匀，所以3#试样的拉伸力学性能要比其他成分试样都要差。但从拉伸性能考虑，加入稀土元素镧0.0049%时，201不锈钢管的拉伸性能最好；加入稀土镧元素为0.014%时，拉伸性能发生下降。

由表6.2可知，试验钢的屈服强度大小顺序为2#>1#>0#>3#，2#试样的屈服强度为855.4Mpa，比其他成分的试样高，3#试样的屈服强度最低，其值为760.6Mpa，由于试验钢没有明显的屈服现象，所以采用发生0.2%的塑性变形时的应力作为屈服强度。试验钢的抗拉强度的大小顺序与屈服强度相同，屈服强度最高的2#试样比屈服强度最低的3#试样高出116.9Mpa，所以稀土元素镧的加入量对试验钢的抗拉强度有很大的影响。比较断面收缩率Z和延伸率A可以看出，2#试样的延伸率最大，断面收缩率最小，这说明2#试样发生整体的塑性变形的能力强，出现局部颈缩的倾向比其他成分要小；稀土元素镧在加入量在0.0049%范围内时，断面收缩率随着稀土元素含量的增加而减小，延伸率则是随着稀土元素的含量的而增大，当加入稀土元素镧的含量为0.014%时，断面收缩率变大，延伸率减小；这说明当镧元素的含量为0.014%时，整体发生塑性变形的能力下降，局部出现颈缩的趋势增加。

 （2）拉伸试验的扫描断口分析

拉伸扫描断口观察是分析材料拉伸性能的重要方法，从断口的微观形貌研究材料的拉伸性能。本试验采用的是QUANTA400环境扫描电子显微镜对试验钢的扫描断口进行分析，观察随稀土元素镧含量的变化，扫描断口的形貌变化，以及对试验钢拉伸力学性能的影响。

图6.2为试验钢试样拉伸试验断口形貌，随着稀土含量的增加而发生变化。由图6.2（a）可以看出，未加入稀土元素的0#为韧性断裂，但断口的韧窝深度、大小不均匀。韧窝是由于第二相粒子和基体的弹塑性不同，在应力的作用下，产生微裂纹，并逐渐长大形成的，韧窝的大小、深度不均匀，这说明材料的第二相粒子分布不均，第三章中析出相分析也可以说明这一点，0#试样的析出相以条片状分布在晶界处，以片状的硫化锰为韧窝核心，在应力的作用，析出相的两端的尖点会出现应力集中，微裂纹会迅速的长大，形成较大较深的韧窝[42]。加入稀土元素后，析出相的形貌和分布发生了变化，当加入稀土元素为0.0021%时，析出相的形貌变为圆形颗粒状，且分布在晶粒的内部，不会出现应力集中，韧窝发展较慢，所以1#的韧窝要比0#试样的小，由图6.2（b）可以看出，仍有部分韧窝较大，这说明析出相没有完全的球化，仍有部分为条片状；由图6.2（c）可以看出，加入稀土镧为0.0049%的2#试样的韧窝细小且均匀，这说明析出相球化完全，且分布均匀；由图6.2（d）可以看出，加入稀土镧为0.014%的4#试样的韧窝又出现大小和分布不均匀的现象，这说明析出相又出现条片状的分布和集聚现象，这与第三章中的析出相分析相结论相互印证。