熱軋工藝對(duì)含Sn 鐵素體不銹鋼力學(xué)性能和耐腐蝕性能的影響

白楊，劉沿東，賀彤，邵方園，劉方策

（1 遼寧工程技術(shù)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000；2 東北大學(xué) 材料各向異性與織構(gòu)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，沈陽(yáng) 110819；3 東北大學(xué) 分析測(cè)試中心，沈陽(yáng) 110819）

鐵素體不銹鋼因具有導(dǎo)熱系數(shù)大、膨脹系數(shù)小、抗氧化性好等優(yōu)點(diǎn)，在家用電器、廚房用具、汽車排氣系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，鐵素體不銹鋼也存在著不足，其塑韌性較差，傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼的伸長(zhǎng)率只有22%～30%，在加工性方面其適用范圍受到一定的限制。此外，傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼的成形性能和耐點(diǎn)蝕性能較差，易產(chǎn)生表面皺折，制約著鐵素體不銹鋼的發(fā)展［1-2］。近年來(lái)，微合金化成為優(yōu)化鐵素體不銹鋼各項(xiàng)性能的重要手段，并取得了良好的成效。

Sn 微合金化鐵素體不銹鋼是新一代Cr，Ni 資源節(jié)約型不銹鋼。2010 年，新日鐵住金不銹鋼株式會(huì)社首次成功開(kāi)發(fā)出低間隙含Sn 鐵素體不銹鋼。此類鋼材具有較低的Cr 含量，并且不添加Ni 和Mo 等元素，使生產(chǎn)成本大幅降低。在性能方面，加入微量Sn 元素可顯著提高鐵素體不銹鋼的耐腐蝕性，同時(shí)鋼材的成形性能也得到加強(qiáng)［3-4］。目前，我國(guó)對(duì)含Sn 鐵素體不銹鋼的研究已取得了重要進(jìn)展［5-7］，進(jìn)一步優(yōu)化化學(xué)成分，探索加工工藝條件，并通過(guò)微觀組織的調(diào)控，獲得低成本高性能的含Sn 鐵素體不銹鋼，具有重要的研究意義。

一般來(lái)說(shuō)，鐵素體不銹鋼薄板的生產(chǎn)是經(jīng)過(guò)板坯連鑄、熱軋、熱軋板退火、酸洗、冷軋及退火等一系列的生產(chǎn)流程。其中，熱軋是此生產(chǎn)流程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前，大多數(shù)研究集中在熱軋工藝對(duì)鐵素體不銹鋼成形性能和抗起皺性能的影響［8-10］。Zhang 等［11］對(duì)比研究了不同終軋溫度下超純21%Cr 鐵素體不銹鋼的成形性和表面皺折，表明降低終軋溫度可顯著提升成形性能，降低表面起皺。這是因?yàn)榈蜏剀堉茣r(shí)熱軋板的組織存在大量剪切帶，從而促進(jìn)再結(jié)晶形核，細(xì)化再結(jié)晶組織。此外，剪切帶處形成大量｛111｝∥ND取向的再結(jié)晶晶核，從而提高γ 纖維織構(gòu)的取向密度。劉海濤等［12］提出采用較低的終軋溫度有利于鐵素體不銹鋼冷軋退火板形成細(xì)小均勻的再結(jié)晶組織和較強(qiáng)的再結(jié)晶織構(gòu)，并消除γ 纖維織構(gòu)的偏轉(zhuǎn)，從而提高成形性能。Ma 等［13］認(rèn)為優(yōu)化軋制工藝可降低｛001｝〈110〉織構(gòu)組分的含量并細(xì)化晶粒，從而降低430 鐵素體不銹鋼在成形過(guò)程的起皺高度。以上研究均表明熱軋工藝的優(yōu)化對(duì)鐵素體不銹鋼成形及抗皺折性能的提升具有重要影響。然而，目前關(guān)于熱軋工藝對(duì)鐵素體不銹鋼力學(xué)性能和耐腐蝕性能影響的研究較少。此外，對(duì)于Sn 微合金化鐵素體不銹鋼，能否通過(guò)熱軋工藝的優(yōu)化來(lái)調(diào)控微觀組織從而提升力學(xué)性能、耐腐蝕性能等至今仍不清楚。探究熱軋工藝對(duì)含Sn 鐵素體不銹鋼組織、力學(xué)及耐點(diǎn)蝕性能的影響規(guī)律，開(kāi)發(fā)出低成本并具有優(yōu)良性能的鐵素體不銹鋼，已成為迫切需要研究的課題。

本工作系統(tǒng)地研究了不同熱軋工藝下含Sn 鐵素體不銹鋼在后續(xù)熱軋板退火以及再結(jié)晶退火過(guò)程的微觀組織演變，以及冷軋退火板的力學(xué)性能和耐腐蝕性能的變化規(guī)律，為設(shè)計(jì)和研發(fā)具有優(yōu)良力學(xué)性能和耐腐蝕性能的含Sn 鐵素體不銹鋼提供理論基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)所用材料是Sn 微合金化鐵素體不銹鋼，化學(xué)成分如表1 所示。實(shí)驗(yàn)材料經(jīng)冶煉并澆鑄成50 kg 鋼錠。鑄錠開(kāi)坯至70 mm 厚度后在加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱，溫度為1200 ℃，時(shí)間為2 h，隨后利用熱軋?jiān)囼?yàn)機(jī)熱軋。開(kāi)軋溫度為1150 ℃，終軋溫度分別為940，870，800，730 ℃，并熱軋至5 mm。然后將熱軋板在真空退火爐中進(jìn)行退火，溫度為950 ℃，保溫時(shí)間為5 min。熱軋退火板經(jīng)酸洗后采用冷軋?jiān)囼?yàn)機(jī)進(jìn)行冷軋，冷變形量為80%，厚度為1 mm。最后，將冷軋板在管式退火爐中進(jìn)行再結(jié)晶退火，溫度為900 ℃，保溫時(shí)間為2 min，得到最終的冷軋退火板（成品板）。

表1 含Sn 鐵素體不銹鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%）Table 1 Chemical composition of Sn-containing ferritic stainless steel（mass fraction/%）

用于顯微組織觀察的金相試樣縱截面經(jīng)磨平、拋光、腐蝕后，采用OLYMPUS-GX71 金相顯微鏡觀察微觀組織。采用 JSM-7001F 型掃描電子顯微鏡（SEM）配備的 HKL Channel 5 電子背散射衍射（EBSD）系統(tǒng)對(duì)冷軋退火板的微觀組織進(jìn)行觀察并進(jìn)行晶粒尺寸統(tǒng)計(jì)。宏觀織構(gòu)測(cè)量在X’Pert PRO 型X射線衍射儀上進(jìn)行，采用CoKα輻射，通過(guò)測(cè)量｛110｝，｛200｝和｛211｝三張不完整極圖，并采用Bunge 級(jí)數(shù)展開(kāi)法計(jì)算取向分布函數(shù)。按國(guó)標(biāo)GB/T 228—2010 在AG-XPLUS 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行室溫拉伸測(cè)試，測(cè)定冷軋退火板的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率和加工硬化指數(shù)n值。薄板成形性能采用塑性應(yīng)變比（r值）和杯突值（IE）來(lái)表征，按國(guó)標(biāo)GB/T5027—2016 沿與軋向（RD）成0°，45°和90°方向制備拉伸試樣，在試驗(yàn)機(jī)上測(cè)得各方向上塑性應(yīng)變比r0°，r45°和r90°，按r=（r0°+2r45°+r90°）/4計(jì)算塑性應(yīng)變比。按GB/T 4156—2007 在GBS-60 型數(shù)顯半自動(dòng)杯突試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行杯突實(shí)驗(yàn)并記錄杯突值。電化學(xué)極化曲線測(cè)試由CS2350型CorrTest4 電化學(xué)工作站完成。測(cè)試體系為三電極體系，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極，冷軋退火板樣品為工作電極。采用動(dòng)電位掃描法對(duì)試樣在25 ℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl 溶液進(jìn)行極化曲線測(cè)定，掃描速率為5 mV/s，范圍為－0.7～0.5 V，頻率為5 Hz。按GB/T 17897—2016，將不同終軋溫度的冷軋退火板試樣在35 ℃、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的FeCl3溶液腐蝕浸泡72 h，并采用JSM-6510A 掃描電子顯微鏡觀察腐蝕形貌。

2 結(jié)果與分析

2.1 微觀組織

圖1 為不同熱軋終軋溫度下熱軋退火板的微觀組織。終軋溫度為940 ℃和870 ℃時(shí)，熱軋板經(jīng)退火后，大部分晶粒已經(jīng)發(fā)生了再結(jié)晶，但仍存在部分帶狀變形鐵素體晶粒。此外，熱軋退火板中再結(jié)晶晶粒的等軸化程度較低，大部分晶粒呈橢圓形，晶粒較粗大，表明退火過(guò)程中靜態(tài)回復(fù)較嚴(yán)重。終軋溫度為800 ℃時(shí)，熱軋板經(jīng)退火后，熱軋變形帶已完全被再結(jié)晶晶粒所取代，并且晶粒比較均勻，等軸化程度較高，晶粒尺寸顯著減小。終軋溫度為730 ℃時(shí)，熱軋退火板的再結(jié)晶晶粒尺寸進(jìn)一步減小。因此，隨著終軋溫度的降低，熱軋退火板的再結(jié)晶程度逐漸提高，再結(jié)晶晶粒逐漸細(xì)化。

圖1 不同終軋溫度下熱軋退火板的微觀組織（a）940 ℃；（b）870 ℃；（c）800 ℃；（d）730 ℃Fig.1 Optical microstructure for hot rolled and annealed sheets with different finishing rolling temperatures（a）940 ℃；（b）870 ℃；（c）800 ℃；（d）730 ℃

圖2，3 分別為不同終軋溫度下冷軋退火板的微觀組織及晶粒尺寸分布。終軋溫度為940 ℃時(shí)，冷軋退火板大部分晶粒已實(shí)現(xiàn)完全再結(jié)晶，此時(shí)晶粒較粗大，晶粒尺寸為20～35 μm，在部分晶粒內(nèi)部出現(xiàn)了異常粗大的晶粒，個(gè)別晶粒尺寸達(dá)到了50～60 μm，晶粒尺寸分布嚴(yán)重不均。終軋溫度為870 ℃時(shí)，冷軋退火板的晶粒尺寸為15～25 μm，但晶粒尺寸仍然不均勻，粗大的再結(jié)晶晶粒依然存在。終軋溫度為800 ℃時(shí)，冷軋退火板的晶粒尺寸為10～20 μm，晶粒尺寸適中，均勻化程度較高。終軋溫度為730 ℃時(shí)，冷軋退火板的晶粒尺寸為5～15 μm，組織中存在很多極其微小的晶粒。綜上，冷軋退火板的再結(jié)晶晶粒尺寸隨著終軋溫度的降低而逐漸減小。終軋溫度的降低有益于細(xì)化冷軋退火板的再結(jié)晶組織。

圖2 不同終軋溫度下冷軋退火板的微觀組織形貌（a）940 ℃；（b）870 ℃；（c）800 ℃；（d）730 ℃Fig.2 Microstructure of cold rolled and annealed sheets with different finishing rolling temperatures（a）940 ℃；（b）870 ℃；（c）800 ℃；（d）730 ℃

圖3 不同終軋溫度下冷軋退火板的晶粒尺寸分布（a）940 ℃；（b）870 ℃；（c）800 ℃；（d）730 ℃Fig.3 Grain size distribution of cold rolled and annealed sheets with different finishing rolling temperatures（a）940 ℃；（b）870 ℃；（c）800 ℃；（d）730 ℃

圖4 為不同終軋溫度下冷軋退火板的中心層織構(gòu)的φ2截面圖。在不同的熱軋工藝下，冷軋退火板的再結(jié)晶織構(gòu)均由較強(qiáng)的以｛111｝晶面平行于軋制平面為特征的γ 纖維織構(gòu)組成。隨著終軋溫度的降低，γ 纖維織構(gòu)的取向密度呈現(xiàn)顯著增強(qiáng)后略有減小的趨勢(shì)，在終軋溫度為800 ℃時(shí)達(dá)到最大值。終軋溫度為940 ℃和870 ℃時(shí)，γ 纖維織構(gòu)較弱，這是由于冷軋退火板的某些晶粒異常粗大，這些粗大的晶粒大量吞并周圍α，γ 取向的晶粒，導(dǎo)致γ 纖維織構(gòu)的取向密度較低［12］。終軋溫度為800 ℃時(shí)，冷軋退火板得到了均勻、規(guī)則、具有較高取向密度的γ 纖維織構(gòu)，強(qiáng)點(diǎn)為｛111｝〈112〉，取向密度達(dá)到最大值f（g）=14.3。這是由于此時(shí)成品板存在大量均勻的等軸晶，因此再結(jié)晶織構(gòu)較均勻且取向密度達(dá)到了最大值。終軋溫度降低至730 ℃時(shí)，γ纖維再結(jié)晶織構(gòu)的強(qiáng)點(diǎn)偏離｛111｝〈112〉并向｛554｝〈225〉偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致織構(gòu)的取向密度略有下降。

圖4 不同終軋溫度下冷軋退火板的中心層織構(gòu)的φ2截面圖（a）940 ℃；（b）870 ℃；（c）800 ℃；（d）730 ℃Fig.4 Textures（φ2 sections）in the central layer of cold rolled and annealed sheets with different finishing rolling temperatures（a）940 ℃；（b）870 ℃；（c）800 ℃；（d）730 ℃

鐵素體不銹鋼在熱軋過(guò)程中易于發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)，不能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。變形溫度越高，鐵素體不銹鋼在熱軋過(guò)程的動(dòng)態(tài)回復(fù)越快［11-12］。動(dòng)態(tài)回復(fù)的發(fā)生將降低變形儲(chǔ)存能，從而減小熱軋退火板的再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力，對(duì)再結(jié)晶的發(fā)生起到一定的抑制作用。此外，變形溫度越高，熱軋的道次間隔時(shí)間越短，使畸變能降低，再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力減小，不利于熱軋板退火時(shí)再結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行。因此，終軋溫度為940 ℃和870 ℃時(shí)，熱軋退火板的再結(jié)晶不充分，以變形鐵素體組織為特征的熱軋組織在退火后仍未能完全消除。隨著終軋溫度的降低，動(dòng)態(tài)回復(fù)減輕，加工硬化程度提高，熱軋板的變形儲(chǔ)存能增加，為其后的熱軋退火過(guò)程提供了更大的再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力，使熱軋退火板的再結(jié)晶程度逐漸提高。并且，隨著終軋溫度的降低，熱軋的道次間隔時(shí)間增加，為靜態(tài)再結(jié)晶的順利進(jìn)行提供了時(shí)間，使畸變能增大，再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力提高，從而提高了熱軋退火板的再結(jié)晶程度，并細(xì)化了再結(jié)晶晶粒尺寸。因此，終軋溫度為800 ℃和730 ℃時(shí)，熱軋退火板呈現(xiàn)完全的再結(jié)晶組織，晶粒逐漸得到細(xì)化、均勻化。不同終軋溫度下熱軋退火板的這種不同的組織狀態(tài)遺傳到冷軋板及其退火板，最終導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒尺寸隨著終軋溫度的降低而逐漸減小。從織構(gòu)的角度來(lái)看，終軋溫度的降低增加了變形儲(chǔ)存能，促進(jìn)了冷軋退火過(guò)程的再結(jié)晶，從而增大γ 纖維織構(gòu)的取向密度。因此，終軋溫度由940 ℃降至800 ℃，冷軋退火板的γ 纖維織構(gòu)顯著增強(qiáng)。但是，終軋溫度進(jìn)一步降至 730 ℃時(shí)，由于終軋溫度過(guò)低，軋制時(shí)的變形抗力增大，表層剪切變形和中心層平面變形的差異增大，因此，形成了不均勻的再結(jié)晶織構(gòu)，并且織構(gòu)的取向密度略有下降。綜上，通過(guò)調(diào)整熱軋工藝，終軋溫度為800 ℃的冷軋退火板得到了均勻、等軸、晶粒尺寸適中的再結(jié)晶組織和均勻、規(guī)則、具有較高取向密度的再結(jié)晶織構(gòu)，為含Sn 鐵素體不銹鋼性能的優(yōu)化創(chuàng)造了有利條件。

2.2 力學(xué)性能

不同終軋溫度下冷軋退火板拉伸樣的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5 所示，力學(xué)性能和成形性能見(jiàn)表2。終軋溫度由940 ℃降至730 ℃時(shí)，屈服強(qiáng)度（ReL）由280 MPa 增至338 MPa，抗拉強(qiáng)度（Rm）由429 MPa 增至526 MPa。因此，終軋溫度的降低有利于實(shí)驗(yàn)鋼強(qiáng)度的提高。此外，終軋溫度由940 ℃降至730 ℃時(shí)，斷后伸長(zhǎng)率（At）呈現(xiàn)顯著升高后略有降低的趨勢(shì)，在終軋溫度為800 ℃時(shí)達(dá)到最大值42%。在此熱軋工藝下，實(shí)驗(yàn)鋼獲得強(qiáng)度和塑性的良好配合。此時(shí)含Sn 鐵素體不銹鋼的Rm，ReL，At分別為509，331 MPa，42%，具有最佳的力學(xué)性能。對(duì)于SUS430 鐵素體不銹鋼而言，其Rm，ReL，At分別為450，205 MPa，22%。因此，優(yōu)化熱軋工藝后，含Sn 鐵素體不銹鋼的強(qiáng)度和塑性較SUS430 鐵素體不銹鋼得到顯著提升。根據(jù)金屬固溶強(qiáng)化機(jī)理［14］，溶入鐵素體基體的 Sn 元素會(huì)造成晶格畸變，增加位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使滑移難以進(jìn)行［15］，起到固溶強(qiáng)化的作用。有文獻(xiàn)指出，Sn 元素在鐵素體中具有較大固溶度，每1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的固溶Sn 元素在鐵素體的屈服強(qiáng)度增量為113 MPa［16］。因此含 Sn 實(shí)驗(yàn)鋼強(qiáng)度的增加，可能是 Sn 元素固溶在鐵素體不銹鋼基體進(jìn)行固溶強(qiáng)化的結(jié)果。此外，優(yōu)化熱軋工藝后，冷軋退火板呈現(xiàn)均勻的等軸鐵素體晶粒，也有利于實(shí)驗(yàn)鋼強(qiáng)度和塑性的提高。綜上，Sn 微合金化并優(yōu)化熱軋工藝可提高鐵素體不銹鋼的拉伸性能。

圖5 不同終軋溫度下冷軋退火板的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.5 Engineering stress-strain curves of cold rolled and annealed sheets with different finishing rolling temperatures

表2 不同終軋溫度下冷軋退火板的力學(xué)性能和成形性能Table 2 Mechanical properties and formability of cold rolled and annealed sheets with different finishing rolling temperatures

不同終軋溫度下實(shí)驗(yàn)鋼的力學(xué)性能與微觀組織密切相關(guān)。細(xì)化晶?？墒菇饘俨牧系膹?qiáng)度和塑性均顯著提高。這是由于減小晶粒尺寸可使晶界增多，而晶界上的雜質(zhì)和缺陷較多，則位錯(cuò)被阻滯的地方越多，從而提高多晶體的強(qiáng)度。此外，減小晶粒尺寸導(dǎo)致一定體積金屬內(nèi)部的晶粒數(shù)目增多，塑性變形可以被更多的晶粒所分擔(dān)，塑性變形較均勻，應(yīng)力集中較小，從而提高塑性。本研究中，終軋溫度在940～730 ℃范圍內(nèi)，隨著終軋溫度的降低，冷軋退火板的晶粒尺寸顯著減小，導(dǎo)致Rm和ReL明顯提高。具體來(lái)說(shuō)，終軋溫度為940 ℃和870 ℃時(shí)，冷軋退火板的再結(jié)晶晶粒粗大且分布不均勻，從而降低了強(qiáng)度和塑性。終軋溫度為800 ℃時(shí)，冷軋退火板中均勻、等軸的鐵素體晶粒有利于提高力學(xué)性能，使強(qiáng)度和塑性均達(dá)到較好的狀態(tài)，并且斷后伸長(zhǎng)率獲得了最大值42%，解決了傳統(tǒng)鐵素體不銹鋼因塑性較差而造成的加工成形性能局限性的問(wèn)題。終軋溫度為730 ℃時(shí)，冷軋退火板的晶粒尺寸最小，因此Rm和ReL達(dá)到最大值。但是，由于軋制溫度過(guò)低，在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生加工硬化和殘余應(yīng)力，因此，At出現(xiàn)了一定程度的降低。綜上，終軋溫度為800 ℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼獲得最佳的拉伸性能。

塑性應(yīng)變比（r）是衡量鐵素體不銹鋼薄板深沖成形性能的重要指標(biāo)。r值越大，薄板抵抗外力變形的能力越好，深沖成形性能越好。終軋溫度在940～730 ℃范圍內(nèi)，隨著終軋溫度的降低，冷軋退火板的r值呈現(xiàn)顯著增大后略有減小的趨勢(shì)，在終軋溫度為800 ℃時(shí)，r達(dá)到最大值，深沖成形性能最佳。在鐵素體不銹鋼中，平行于板面的｛111｝織構(gòu)強(qiáng)度與衡量板材深沖性能的塑性應(yīng)變比r具有緊密聯(lián)系，即｛111｝織構(gòu)的強(qiáng)度越高，r越大，深沖成形性能越好［17］。由圖4可知，隨著終軋溫度的降低，冷軋退火板γ 纖維織構(gòu)的強(qiáng)度呈現(xiàn)顯著上升后略有下降的趨勢(shì)，終軋溫度為800 ℃時(shí)，γ 纖維織構(gòu)的強(qiáng)度達(dá)到最大值，與r值隨終軋溫度的變化趨勢(shì)相一致。由此可知，終軋溫度為800 ℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼獲得最佳的深沖成形性能。

杯突實(shí)驗(yàn)是一種常用來(lái)表征金屬板材成形性能的實(shí)驗(yàn)，它反映了金屬板材在成形過(guò)程的局部拉脹成形能力。金屬的杯突值（IE）越大，拉脹成形性能越好。不同終軋溫度下實(shí)驗(yàn)鋼杯突實(shí)驗(yàn)的宏觀形貌如圖6 所示。試樣進(jìn)行杯突實(shí)驗(yàn)時(shí)，受到徑向拉應(yīng)力和切向拉應(yīng)力的雙重作用，其中徑向拉應(yīng)力占據(jù)主導(dǎo)地位，其大小取決于金屬板材的強(qiáng)度。隨著終軋溫度的降低，再結(jié)晶組織逐漸細(xì)化，Rm和ReL顯著提高，從而提高了拉脹成形能力。此外，由表2 可知，隨著終軋溫度的降低，IE 呈現(xiàn)顯著增大后略有降低的趨勢(shì)，在終軋溫度為800 ℃時(shí)達(dá)到最大值9.83 mm，拉脹成形性能最好。加工硬化指數(shù)n值是影響杯突實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要因素，也是決定拉脹成形好壞的指標(biāo)。n值越大，變形中應(yīng)變分布越均勻，材料不易出現(xiàn)頸縮，拉脹成形性能越好［15］。此外，較高的塑性也有利于拉脹成形性能的提高。終軋溫度為800 ℃時(shí)，n值和At分別達(dá)到最大值0.22 和42%，獲得最佳的拉脹成形性能。然而，終軋溫度降至730 ℃時(shí)，IE 呈現(xiàn)一定程度的降低，這主要是由于此時(shí)終軋溫度較低，產(chǎn)生了一定的加工硬化現(xiàn)象，降低了塑性，造成拉脹成形性能的下降。綜上，終軋溫度為800 ℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼獲得最佳的拉脹成形性能。

圖6 不同終軋溫度下含Sn 鐵素體不銹鋼的杯突實(shí)驗(yàn)宏觀形貌（a）940 ℃；（b）870 ℃；（c）800 ℃；（d）730 ℃Fig.6 Macroscopic morphology of cupping test in Sn-containing ferritic stainless steel with different finishing rolling temperatures（a）940 ℃；（b）870 ℃；（c）800 ℃；（d）730 ℃

2.3 耐腐蝕性能

不銹鋼在大氣、土壤和海水等介質(zhì)中發(fā)生的腐蝕一般為電化學(xué)腐蝕，這類腐蝕最普遍、最常見(jiàn)又比較嚴(yán)重。近年來(lái)，應(yīng)用于海洋工程領(lǐng)域的不銹鋼的開(kāi)發(fā)已成為重要的課題，提高鐵素體不銹鋼的耐腐蝕性能已成為亟待解決的問(wèn)題［18］。因此，本研究采用3.5%NaCl（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）溶液代替海水，以模擬實(shí)驗(yàn)鋼在海水中的腐蝕過(guò)程，并觀察分析不同終軋溫度下含Sn 鐵素體不銹鋼的耐腐蝕情況。

圖7 為不同終軋溫度下實(shí)驗(yàn)鋼在3.5%NaCl 溶液的極化曲線，電化學(xué)腐蝕參數(shù)見(jiàn)表3。終軋溫度在940～730 ℃范圍內(nèi)，隨著終軋溫度的降低，點(diǎn)蝕電位（Eb）呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，在終軋溫度為800 ℃時(shí)，Eb達(dá)到最大值0.25 V。Eb是衡量不銹鋼在鹵化物介質(zhì)點(diǎn)蝕傾向的重要指標(biāo)。Eb越高，金屬的鈍化狀態(tài)越穩(wěn)定，耐腐蝕性能越好。當(dāng)金屬達(dá)到Eb后，氯離子與氧競(jìng)爭(zhēng)吸附，促使金屬離子進(jìn)入溶液，在新露出的金屬基體上形成蝕坑，鈍化膜發(fā)生破裂［19］。因此，終軋溫度為800 ℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼在3.5%NaCl 溶液的鈍化狀態(tài)最穩(wěn)定。自腐蝕電位（Ecorr）也是衡量金屬耐腐蝕性能的重要參數(shù)，它反映材料發(fā)生腐蝕的難易程度。Ecorr越高，材料的耐腐蝕性能越好［20］。隨著終軋溫度的降低，Ecorr也呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，并在終軋溫度為800 ℃時(shí)達(dá)到最大值，證實(shí)此時(shí)發(fā)生腐蝕的傾向最小。腐蝕電流密度（Icorr）反映了金屬點(diǎn)蝕發(fā)生時(shí)腐蝕反應(yīng)進(jìn)行的快慢程度，Icorr越大，材料的腐蝕速率就越大。終軋溫度在940～730 ℃范圍內(nèi)，隨著終軋溫度的降低，Icorr呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)，在終軋溫度為800 ℃時(shí)，Icorr達(dá)到最小值1.12×10－3mA/cm2。相應(yīng)地，電化學(xué)腐蝕速率R則隨著終軋溫度的降低呈現(xiàn)先減后增的趨勢(shì)，并在終軋溫度為800 ℃時(shí)，R達(dá)到最小值1.31×10－2mm/a。綜上，終軋溫度為800 ℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼的Eb和Ecorr最高，Icorr和R最低，具有最佳的耐腐蝕性能。與 SUS430 鐵素體不銹鋼相比，其點(diǎn)蝕電位為0.08～0.13 V，而優(yōu)化熱軋工藝后的含 Sn 鐵素體不銹鋼點(diǎn)蝕電位可達(dá)0.25 V，耐蝕性顯著提升。在3.5% NaCl溶液中，Sn 在腐蝕過(guò)程中易被氧化從而產(chǎn)生 Sn2+，而Sn2+是金屬陽(yáng)極溶解反應(yīng)的有效抑制劑，使 Fe 更不易發(fā)生溶解，對(duì)點(diǎn)蝕形核起到抑制作用，從而提升耐腐蝕性能［4，15］。

圖7 不同終軋溫度下冷軋退火板在3.5% NaCl 溶液的極化曲線Fig.7 Polarization curves of cold rolled and annealed sheets with different finishing rolling temperatures in 3.5%NaCl solution

表3 不同終軋溫度下冷軋退火板在3.5%NaCl 溶液的電化學(xué)腐蝕數(shù)據(jù)Table 3 Electrochemical corrosion data of cold rolled and annealed sheets with different finishing rolling temperatures in 3.5%NaCl solution

圖8 為不同終軋溫度下實(shí)驗(yàn)鋼在6%FeCl3溶液浸泡72 h 的腐蝕形貌。終軋溫度為940 ℃時(shí)，點(diǎn)蝕發(fā)生在實(shí)驗(yàn)鋼表面的局部區(qū)域內(nèi)，并形成了較大尺寸的蝕孔，局部區(qū)域形成了連續(xù)貫穿的孔洞，腐蝕程度非常嚴(yán)重。終軋溫度為 870 ℃時(shí)，點(diǎn)蝕孔徑略有減小，但局部區(qū)域仍然存在貫穿的孔洞，腐蝕情況依然很嚴(yán)重。終軋溫度為800 ℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼表面形成了均勻分布的點(diǎn)蝕孔，點(diǎn)蝕孔徑較小，此時(shí)的腐蝕程度較淺。然而，終軋溫度為730 ℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼表面形成了很多細(xì)小的點(diǎn)蝕孔，局部區(qū)域出現(xiàn)了連續(xù)的孔洞，表明腐蝕程度加重。綜上，實(shí)驗(yàn)鋼在6%FeCl3溶液的浸泡腐蝕實(shí)驗(yàn)與在3.5%NaCl 溶液的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致，均得出了終軋溫度為800 ℃時(shí)實(shí)驗(yàn)鋼的耐腐蝕性能最佳的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，證實(shí)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

圖8 不同終軋溫度下實(shí)驗(yàn)鋼在6%FeCl3溶液浸泡72 h 的腐蝕形貌（a）940 ℃；（b）870 ℃；（c）800 ℃；（d）730 ℃Fig.8 Corrosion morphology of experimental steel with different finishing rolling temperatures after immersing at 6%FeCl3 solution for 72 h（a）940 ℃；（b）870 ℃；（c）800 ℃；（d）730 ℃

不同終軋溫度下實(shí)驗(yàn)鋼的耐腐蝕性能與顯微組織具有一定的關(guān)系。Ralston 等［21］研究了晶粒尺寸與金屬的腐蝕速率之間的關(guān)系，他們提出對(duì)于具有鈍化行為的材料，隨著晶粒的細(xì)化，材料的耐蝕性得到提升。羅檢等［22］研究了晶粒度對(duì)常用金屬耐蝕性的影響，他們認(rèn)為鋼鐵材料在海水腐蝕條件下呈現(xiàn)鈍化金屬的特征。隨著晶粒尺寸的減小，材料的活性原子數(shù)目增加，更易形成鈍化膜，提高鈍化性能。晶粒細(xì)化為形成具有較高保護(hù)能力的鈍化膜提供了良好的條件［23］。田文明等［24］綜述了晶粒尺寸對(duì)金屬鈍化膜結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)及鈍化膜生長(zhǎng)/破壞行為的影響，提出在致鈍環(huán)境中，減小晶粒尺寸加快了鈍化膜的生成及修復(fù)速率，增強(qiáng)鈍化膜的穩(wěn)定性，有利于金屬耐蝕性的提高。因此，隨著終軋溫度的降低，冷軋退火板的晶粒尺寸逐漸減小，耐蝕性大體上呈現(xiàn)逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)，與以往的研究成果基本一致。此外，組織的均勻度、晶界的缺陷密度等對(duì)不銹鋼的耐點(diǎn)蝕性能也具有一定的影響。終軋溫度為940 ℃和870 ℃時(shí)，由于具有較高的熱軋變形溫度，動(dòng)態(tài)回復(fù)特征比較明顯，冷軋退火板的晶粒粗大且分布不均勻，部分晶粒尺寸達(dá)到50～60 μm，使鈍化膜的穩(wěn)定性下降，因此耐腐蝕性能較差。終軋溫度為800 ℃時(shí)，冷軋退火板呈現(xiàn)均勻的等軸晶，其晶粒尺寸主要分布在10～20 μm 之間，有利于耐腐蝕性能的提高，使點(diǎn)蝕電位升高，腐蝕傾向減弱。終軋溫度為730 ℃時(shí)，冷軋退火板中許多晶粒尺寸過(guò)于細(xì)小，微觀組織不均勻，材料表面的缺陷密度較高，點(diǎn)蝕形核位置增多，容易引發(fā)腐蝕。綜上，終軋溫度為800 ℃時(shí)，冷軋退火板再結(jié)晶較充分，晶粒尺寸適中，組織均勻化程度最高，耐腐蝕性能最好。

3 結(jié)論

（1）熱軋終軋溫度的降低，有利于增加形變儲(chǔ)能，促進(jìn)靜態(tài)再結(jié)晶，從而細(xì)化熱軋退火板及冷軋退火板的組織，提高再結(jié)晶織構(gòu)的取向密度。終軋溫度為800 ℃時(shí)，含Sn 鐵素體不銹鋼得到了均勻、等軸、晶粒尺寸適中的再結(jié)晶組織和均勻、規(guī)則、具有較高取向密度的再結(jié)晶織構(gòu)，從而提高力學(xué)性能和耐腐蝕性能。

（2）終軋溫度由940 ℃降至730 ℃時(shí)，含Sn 鐵素體不銹鋼的屈服強(qiáng)度由280 MPa 增至338 MPa，抗拉強(qiáng)度由429 MPa 增至526 MPa，伸長(zhǎng)率呈現(xiàn)顯著升高后略有降低的趨勢(shì)。終軋溫度為800 ℃時(shí)，伸長(zhǎng)率達(dá)到最大值42%，此熱軋工藝下實(shí)驗(yàn)鋼獲得強(qiáng)度和塑性的良好配合，同時(shí)獲得了最大的杯突值和塑性應(yīng)變比，具有最佳的力學(xué)及成形性能。

（3）終軋溫度在940～730 ℃范圍內(nèi)，適當(dāng)降低終軋溫度可提高點(diǎn)蝕電位和自腐蝕電位，同時(shí)減小腐蝕電流密度和腐蝕速率，有利于提高含Sn 鐵素體不銹鋼的耐腐蝕性能。終軋溫度為800 ℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)鋼的點(diǎn)蝕電位達(dá)到最大值0.25 V，腐蝕電流密度達(dá)到最小值1.12×10－3mA/cm2，耐腐蝕性能最佳。