奧氏體不銹鋼的變形程度及再結晶退火對硬度性能的影響

楊方敏，回士旭，高雷雷

（河北理工大學 冶金與能源學院，河北 唐山063009）

0 引 言

奧氏體不銹鋼：在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni8%～10%、C約0.1%時，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體型不銹鋼的顯微組織為奧氏體。它是在高鉻不銹鋼中添加適當的鎳（ωNi=8%～25%）而形成的。

本文針對奧氏體不銹鋼變形量、變形程度和退火溫度對硬度的影響，選用0Cr18Ni9Ti鋼對不同變形程度及加熱溫度對硬度的影響的研究，為常溫軋制與硬度的關系研究提供了理論依據。

1 試驗條件

1.1 材料

試驗用鋼為國產3.20mm厚度的0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼，化學成分如表1所示。試樣均取自同一爐鋼。鋼的原始硬度為：HBS238.3。

表1 Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的化學成分（質量百分比，%）

1.2 試樣的制備過程

(1)試驗材料取6個0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼試樣作為冷軋原始試樣，用卡尺測定其厚度為h0=3.20mm。塑性變形量的大小，常依據變形方式的不同用不同的指數來表示[1]。變形程度用下列公式表示：

式中，e%為變形程度，h0為試樣的原始厚度（mm），h1為試樣變形后的厚度（mm）。如表2所示為不同壓下量后試樣的厚度以及金屬的變形程度。

表2 試樣的不同壓下量

(2)將經過軋制后的試樣按依照變形程度由小變大依次編好號后，將每個軋件切成6塊，再各取試樣一塊即6塊為一組，分為六組，然后分別加熱到750℃、850℃、950℃、1050℃、1150℃，保溫1h后水冷；最后剩一組直接測定其常溫硬度。

1.3 試驗方法

軋機：φ170×250二輥軋機。

熱處理：用意豐箱式電爐再結晶退火。

腐蝕：穩(wěn)壓恒流電源、草酸

硬度：HD1—1875型布洛維硬度計測定其布氏硬度值。

1.4 熱處理工藝

0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼試樣的退火熱處理工藝見圖1。

圖1 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼再結晶退火工藝示意圖

用ZEISS臥式金相電子顯微鏡觀察變形，硬度用HD1—1875型布洛維硬度計測定其布氏硬度值。

2 試驗結果與分析

2.1 變形量對硬度的影響

在塑性變形中，隨著金屬內部組織的變化，金屬的機械性能也產生了明顯的加工硬化[2]，即隨著變形程度的增加，金屬的強度、硬度增加，而塑性、韌性產生了下降。

圖2 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的應變—硬度關系圖

如圖2所示,通過對原始試樣不同變形量后測定的結果?？梢?，第Ⅰ階段，壓下量為10%前時，硬度幾乎成直線急劇變化；第Ⅱ階段，壓下量為 10%～50%左右，硬度曲線逐漸變得平緩；第Ⅲ階段，壓下量為50%以后，硬度變化幾乎成直線。

加工硬化的原因，在于位錯運動受阻。在0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼中有許多位錯運動的障礙，最主要的是：1）其他位錯；2）晶界和亞晶界；3）溶質原子；4）第二相微粒；5）表面膜。其中第2）、3）、4）種障礙分別相對應于細晶強化、固溶強化和第二相強化（包括沉淀強化和第二相強化）。

圖3 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼回歸后的應變—硬度關系圖

經計算后得到圖3 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的應變—硬度關系圖（圖2），由圖3回歸得到的線形方程為：

式中，HBS為硬度，e為變形程度。

這為實際中的硬度的確定所需要的變形量提供了理論參考。

2.2 退火后晶粒大小的金相組織照片

圖4 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼在不同退火溫度的金相組織示意圖

對于本試驗來說，影響晶粒大小的因素主要是變形度和變形溫度，變形量越大，晶粒越細小。

2.3 變形程度和再結晶退火溫度對硬度的影響

圖5 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼應變—退火后的硬度關系

由圖5知，通過對變形金屬再結晶退火后，奧氏體不銹鋼的硬度發(fā)生了明顯的變化，但這并不意味著與變形前的金屬完全相同，其中心問題是再結晶的晶粒大小問題。在剛開始的時候，硬度逐漸升高，這是金屬在發(fā)生再結晶的結果，當硬度升高到一定的峰值后又開始下降，而這個峰值為金屬再結晶剛好完成。隨著金屬晶粒的長大，硬度又開始下降。又隨變形程度的增加，退火的原始晶粒尺寸越細，則再結晶后的晶粒也越細。這是由于細晶粒金屬存在著較多的晶界，而晶界又往往是再結晶形核的有利地區(qū)，所以，原始細晶粒金屬再結晶退火后仍會得到細晶粒組織，故硬度也會升高。同時，退火溫度越高，硬度值相對于越低。這是在溫度高的情況下，晶粒會長的越大，故硬度就會越小。在 1050℃和 1150℃時，它們的硬度在一個小時的保溫時間后，趨于一致，這是因為：當晶粒長大到一定大小后，晶粒長大趨勢變緩，最后停止長大[2]。

3 結 論

(1)通過實驗得到了 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼回歸后的應變—硬度關系圖為確定實際的硬度需要的變形量提供了理論參考，其回歸后的線性方程也為常溫變形量對硬度的改善起了一定的生產實際評估作用。

(2)退火溫度越高，硬度值相對于越低。變形量為50%左右，加熱溫度為750℃時，是獲得硬度的最佳熱處理工藝。變形量越大，晶粒越細?。患訜釡囟仍酱?，試樣硬度相對越小。

[1] 汪大年. 金屬塑性成形原理[M]. 北京：機械工業(yè)出版社.1982：60-70

[2] 崔忠圻. 金屬學與熱處理[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000：187

[3] 劉宗昌，任慧平，宋義全. 金屬固態(tài)相變教程[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2003