退火溫度對430不銹鋼冷軋板組織和力學(xué)性能的影響

黃旭

摘?要：針對本公司生產(chǎn)的 430 不銹鋼冷軋板，通過高溫連續(xù)退火實(shí)驗(yàn)研究了退火溫度對材料顯微組織、強(qiáng)度、塑性以及各向異性性能的影響. 通過實(shí)驗(yàn)得到了合理的兩段式加熱連續(xù)退火工藝：選取中間溫度為 600 ℃，加熱 II 段的加熱速率為 6.9℃·S-1，最高加熱溫度為 840 ℃ . 隨著退火溫度的升高，薄板的屈服強(qiáng)度和硬度呈明顯的兩階段降低趨勢，延伸率呈“S”型趨勢增加，平均塑性應(yīng)變比基本保持不變（1.25 左右），而軋制平面各向異性指數(shù)有一定的降低.

關(guān)鍵詞：不銹鋼;退火溫度;顯微組織;力學(xué)性能;拉伸試驗(yàn)

430 不銹鋼屬于最早開發(fā)的鐵素體不銹鋼鋼種之一，主要應(yīng)用在汽車、家電等行業(yè). 冷軋后的 430不銹鋼板內(nèi)部含有大量的缺陷無法直接使用，需要通過再結(jié)晶退火進(jìn)行軟化處理. 本文針對本公司生產(chǎn)的430 不銹鋼冷軋板（下文簡稱薄板），沿軋制方向上取 0°、45°和 90°三個不同方向上的試樣，在不同退火溫度條件下進(jìn)行模擬退火實(shí)驗(yàn)，對退火后薄板的顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行檢測，得到退火溫度對薄板顯微組織、強(qiáng)度、塑性和各向異性性能的影響.

1.實(shí)驗(yàn)材料及方法

以本公司生產(chǎn)的 430 不銹鋼冷軋薄板為原材料，分別從與軋向呈 0°、45°和 90°三個方向上各取八塊 160 mm × 40 mm 尺寸的退火試樣.模擬退火實(shí)驗(yàn).在實(shí)際生產(chǎn)過程中，430 鐵素體不銹鋼冷軋薄板采用兩段式加熱的退火工藝，首先，將帶鋼以 15 ℃·S-1的加熱速率加熱到 560 ℃ 的中間溫度，隨后以 6.9 ℃·S-1的加熱速率加熱到 870 ℃左右的溫度，并迅速冷卻以避免不利組織和織構(gòu)的生成. 由于軟化過程主要發(fā)生在加熱Ⅱ段，所以加熱Ⅱ段的加熱速率和最高加熱溫度（Tmax）是決定430 不銹鋼冷軋板連續(xù)退火過程的兩個主要因素.為了模擬實(shí)際過程，退火實(shí)驗(yàn)中保持加熱Ⅰ段的加熱速率和中間溫度以及加熱Ⅱ段的加熱速率不變，分別為15 和 6.9℃·S-1，最高退火溫度分別取620、660、690、730、770、810、840 和 880 ℃ .根據(jù) GBT5027—2007，從退火后的試樣上裁取兩個相同規(guī)格的拉伸試樣（平行區(qū)寬度為 12 mm，標(biāo)距為 50 mm），取兩個試樣的平均值作為拉伸試驗(yàn)結(jié)果. 拉伸試驗(yàn)在 WDW--200D 微控電子萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行. 當(dāng)延伸率為 12% 時(shí)，測量平行區(qū)的寬度以計(jì)算塑性應(yīng)變比 r（Lankford 值）. 得到不同退火工藝下 0°、45°和 90°薄板試樣的 r0、r45 和 r90 后，利用計(jì)算平均塑性應(yīng)變比 r 和平面各向異性指數(shù) Δr. 為了分析退火工藝對薄板強(qiáng)度和延伸率的影響，在同一退火工藝下取 0°、45°和 90°三個方向上強(qiáng)度和延伸率的平均值作為該退火工藝下薄板的強(qiáng)度和塑性同時(shí)，從退火后試樣上取 6 mm × 10 mm × 0.4mm（軋向長度 × 橫向長度 × 厚度）的小試樣進(jìn)行組織和硬度的測量. 將試樣軋制方向的截面研磨拋光以后，利用 FeCl3 鹽酸溶液進(jìn)行侵蝕，在 Leica 光學(xué)顯微鏡觀察其顯微組織，利用數(shù)顯維氏硬度計(jì)對不同退火條件下的薄板硬度進(jìn)行測量.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 對薄板組織和硬度的影響

430 不銹鋼冷軋板內(nèi)部顯微組織隨退火溫度的變化由于鐵素體不銹鋼的層錯能較高，在晶粒的堆垛層中出現(xiàn)的層錯現(xiàn)象較少，所以塑性變形主要以位錯的滑移機(jī)制為主，經(jīng)過大的冷軋壓下量后會出現(xiàn)大量的晶內(nèi)變形帶. 對于 430 鐵素體不銹鋼冷軋板，當(dāng)最高退火溫度為 620 ℃ 時(shí)，材料內(nèi)部基本保留了冷軋態(tài)時(shí)的組織特點(diǎn)，當(dāng)最高退火溫度為690 ℃ 時(shí)，在變形帶內(nèi)部零星地出現(xiàn)一些細(xì)小的再結(jié)晶晶粒，說明在此溫度時(shí)剛開始出現(xiàn)再結(jié)晶的形核現(xiàn)象，而且再結(jié)晶晶粒趨向于在變形帶內(nèi)部形核;當(dāng)最高退火溫度達(dá)到 730 ℃ 時(shí)，材料內(nèi)部的再結(jié)晶已經(jīng)達(dá)到了一定的程度，但依然有一些較為明顯的變形帶和一些較大的形變晶粒;當(dāng)最高退火溫度在840 ℃ 左右時(shí)，材料基本接近完全再結(jié)晶;最高退火溫度達(dá)到 880 ℃ 時(shí)，就可以得到均勻等軸的鐵素體組織，晶粒平均尺寸約為 13.8 μm，在退火過程中冷軋薄板的軟化可以分為兩個階段：第一階段是回復(fù)軟化機(jī)制，主要發(fā)生 600 ～ 690 ℃ 的溫度范圍內(nèi)，在回復(fù)階段材料的顯微組織不會發(fā)生明顯的變化，而硬度則從 HV 256 降低并穩(wěn)定在 HV 220 左右;第二階段是再結(jié)晶軟化機(jī)制，發(fā)生在 690 ℃ 以上的溫度范圍內(nèi)，在 690 ～ 810 ℃的退火溫度范圍內(nèi)薄板硬度迅速降低，當(dāng)溫度達(dá)到 810 ℃ 以上時(shí)硬度基本不發(fā)生變化，維持在 HV 145 左右.對于 430 不銹鋼冷軋薄板的兩階段式加熱的退火工藝，可以將中間溫度設(shè)定在 600 ℃ 左右.當(dāng)溫度在 600 ℃以下時(shí)薄板的顯微組織和力學(xué)性能基本不會發(fā)生明顯的變化，所以加熱Ⅰ段的加熱速率不需要進(jìn)行精確控制，只要精確控制加熱Ⅱ段的加熱速率和最高加熱溫度 Tmax，即可以得到滿足要求的 430 不銹鋼薄板.

2.2 對薄板強(qiáng)度和塑性的影響

通過對不同退火條件下的材料進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，得到了 430 不銹鋼冷軋板的強(qiáng)度和延伸率隨退火溫度的變化關(guān)系，隨著退火溫度的升高，抗拉強(qiáng)度呈降低的趨勢，降低速率逐漸減小并最終穩(wěn)定在 450 MPa 左右. 同時(shí)，屈服強(qiáng)度隨退火溫度的升高也有一個較為明顯的兩階段降低趨勢，在 690 ℃之前屈服強(qiáng)度的降低速率逐漸變緩，在 690 ℃左右時(shí)降低速率有一個劇烈的增加，隨后逐漸變緩，屈服強(qiáng)度最終穩(wěn)定在 320 MPa 左右.薄板的延伸率隨著退火溫度的升高有一個明顯的“S”型變化規(guī)律. 當(dāng)退火溫度低于700 ℃ 時(shí)，雖然薄板的強(qiáng)度有較為明顯的降低，但是其延伸率基本維持在 2.5% 以下，隨著退火溫度的進(jìn)一步升高延伸率迅速增加，完全退火后薄板的延伸率約為 34.5% .通過對拉伸應(yīng)力--應(yīng)變曲線處理，得到 430 冷軋板在不同退火狀態(tài)下加工硬化指數(shù) n 的值，在 730 ～810 ℃的范圍內(nèi)隨著退火溫度的升高 n 值明顯升高，當(dāng)退火溫度高于 810 ℃ 以后 n 值基本穩(wěn)定在0.26 左右. 在 430 不銹鋼冷軋板的退火過程中，隨著退火溫度的升高材料內(nèi)部的殘余應(yīng)變量減少，進(jìn)而使得薄板的加工硬化率逐漸升高，當(dāng)退火溫度高于 810 ℃以后薄板已經(jīng)接近完全軟化，n 值基本保持不變

3 結(jié)論

（1）通過模擬退火實(shí)驗(yàn)得到430 不銹鋼冷軋薄板合理的退火工藝制度：加熱Ⅰ段的加熱速率可以不進(jìn)行精確控制，選取中間溫度為 600 ℃;加熱Ⅱ區(qū)的加熱速率保持 6.9℃·S-1，最高退火溫度為 840 ℃ .（2）隨著最高退火溫度的升高，430 不銹鋼冷軋板的屈服強(qiáng)度和硬度呈明顯的兩階段降低趨勢，延伸率呈“S”型增加趨勢;最高退火溫度對平均塑性應(yīng)變比 r 的影響很小，r 值維持在 1.25 左右;軋制平面的各向異性指數(shù) Δr 隨著最高退火溫度的升高有所降低，說明較高的退火溫度利于增加薄板的抗褶皺性能

參考文獻(xiàn)

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