低鎳奧氏體不銹鋼固溶退火工藝及組織性能研究

摘要：經(jīng)熱軋加工后的奧氏體不銹鋼帶具有較高的內(nèi)應(yīng)力和較差的塑性，為更好地進(jìn)行后續(xù)的深加工處理，必須通過(guò)固溶退火工藝改善其物理性能和力學(xué)性能，消除殘余應(yīng)力，并恢復(fù)因前期加工和加熱而嚴(yán)重受損的抗腐蝕能力。然而，由于低鎳奧氏體不銹鋼的材質(zhì)屬性發(fā)生了變化，原有的固溶退火工藝不再適用，因此需要開(kāi)發(fā)一種適合其特性的固溶退火工藝。文章對(duì)比了普通奧氏體不銹鋼與低鎳奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分及材料性能上的差異，分析了低鎳奧氏體不銹鋼表面裂紋的形成原因，并從金相組織、力學(xué)性能及奧氏體組織穩(wěn)定性3個(gè)方面深入研究了固溶退火過(guò)程中的控制原理和性能變化，旨在完善低鎳奧氏體不銹鋼的固溶退火工藝。

關(guān)鍵詞：低鎳奧氏體不銹鋼；固溶退火；組織性能

中圖分類(lèi)號(hào)：TG1；TF4" " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：1674-0688（2024）12-0091-06

0 引言

奧氏體不銹鋼具有面心立方體的組織結(jié)構(gòu)，在常溫下的穩(wěn)定性較高，不易發(fā)生相變，同時(shí)兼具高強(qiáng)度與易于加工的優(yōu)點(diǎn)，因此在生產(chǎn)和生活中得到廣泛應(yīng)用。Ni（鎳）作為促進(jìn)不銹鋼形成奧氏體晶體結(jié)構(gòu)的主要元素，對(duì)控制不銹鋼的冶煉成本具有重要影響。以200系不銹鋼為例，其N(xiāo)i含量通常不低于3.5%、成本占比超過(guò)28%。因此，針對(duì)不同產(chǎn)品的應(yīng)用需求開(kāi)發(fā)低鎳奧氏體不銹鋼，成為企業(yè)控制成本的必然選擇。通常，可以通過(guò)在不銹鋼中添加適量的Mn（錳）和N（氮）來(lái)減少對(duì)Cr（鉻）和Ni的依賴(lài)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)奧氏體不銹鋼的退火工藝進(jìn)行了大量研究。羅輝等［1］研究了奧氏體不銹鋼晶粒度對(duì)晶間腐蝕速率的影響，發(fā)現(xiàn)在熱處理?xiàng)l件下，奧氏體不銹鋼的晶粒隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，并且晶粒越粗大，晶間腐蝕速率越慢。李川江等［2］研究了不同退火時(shí)間對(duì)304不銹鋼晶粒結(jié)構(gòu)、拉伸性能及顯微硬度的影響，結(jié)果顯示，隨著保溫時(shí)間由5 min延長(zhǎng)至20 min，304不銹鋼的平均晶粒長(zhǎng)度由30 μm 增加到80 μm，并且在10～20 min的退火保溫時(shí)間內(nèi)，304不銹鋼的晶粒結(jié)構(gòu)顯著長(zhǎng)大。張慧云等［3］研究了不同退火工藝對(duì)冷軋態(tài) 304 奧氏體不銹鋼組織演變及氫脆敏感性的影響，發(fā)現(xiàn)在馬氏體逆相變階段，作為氫快速擴(kuò)散通道的馬氏體含量不斷減少，氫含量降低，實(shí)驗(yàn)鋼的氫脆敏感性隨之降低；在回復(fù)和再結(jié)晶階段，位錯(cuò)密度減小，出現(xiàn)細(xì)小等軸晶粒，同樣導(dǎo)致氫含量降低，實(shí)驗(yàn)鋼的氫脆敏感性隨之降低；而在晶粒長(zhǎng)大階段，平均單位面積晶界上的氫含量增多，實(shí)驗(yàn)鋼的氫脆敏感性提升，其中在整個(gè)退火過(guò)程中，處于恢復(fù)階段的材料性能表現(xiàn)較優(yōu)。吳海林等［4］研究了不同化學(xué)成分的奧氏體不銹鋼在固溶處理及冷軋退火后的金相組織、顯微織構(gòu)、力學(xué)性能及成形性能，并分析了奧氏體的穩(wěn)定性和冷軋形變誘導(dǎo)馬氏體相變的控制規(guī)律，發(fā)現(xiàn)降低冷軋退火工藝速度降至9 m/min，可以改善退火后鋼的硬度。

由于低鎳奧氏體不銹鋼中Cr、Ni的含量降低而Mn的含量升高，導(dǎo)致其硬度提升，同時(shí)韌塑性和耐點(diǎn)蝕性能下降。為穩(wěn)定組織、消除加工硬化現(xiàn)象并改善不銹鋼的耐蝕性能 ，需優(yōu)化固溶化處理工藝。然而，當(dāng)前固溶退火工藝體系尚不完善，常因C（碳）從奧氏體中析出并分布于晶界，導(dǎo)致晶界附近的Cr被大量消耗，形成貧鉻區(qū)，進(jìn)而引發(fā)晶界腐蝕，并在加熱過(guò)程中增加了燒損。本文旨在研究當(dāng)前行業(yè)內(nèi)主流的低鎳奧氏體不銹鋼產(chǎn)品的元素特性、主要質(zhì)量缺陷及其經(jīng)過(guò)固溶退火處理后的組織形態(tài)、力學(xué)性能與加工硬化情況，以期改進(jìn)固溶退火工藝，提升其產(chǎn)品的再加工成形性能。

1 材料成分影響分析

在國(guó)內(nèi)不銹鋼行業(yè)中，依據(jù)對(duì)奧氏體不銹鋼材質(zhì)的命名慣例，將普通200系奧氏體不銹鋼命名為201，而將低鎳奧氏體不銹鋼命名為201J5?，F(xiàn)將201和201J5不銹鋼的化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比，其結(jié)果見(jiàn)表1，并深入分析其成分變化對(duì)組織結(jié)構(gòu)和耐蝕性的影響。

1.1 錳在不銹鋼中的作用及影響

錳在不銹鋼中起到脫氧和穩(wěn)定奧氏體的作用。從表1中可見(jiàn)，相較于201不銹鋼，具備奧氏體組織結(jié)構(gòu)的201J5不銹鋼通過(guò)提高錳的含量并降低成本較高的鎳、鉻的含量，實(shí)現(xiàn)了成本優(yōu)化。在保持Ni、Cr、C、N等元素不變的前提下，向201J5不銹鋼中加入不同含量的錳，并采用相同的工藝進(jìn)行固溶退火處理，所得氧化鐵皮形貌的電子圖像見(jiàn)圖1。從圖1中可以看出，隨著錳含量的增加，固溶退火后的氧化鐵皮厚度呈增加趨勢(shì)。不同錳含量的氧化鐵皮的電子圖像點(diǎn)掃描結(jié)果見(jiàn)表2。表2中的數(shù)據(jù)顯示，不銹鋼中Mn含量的提升，會(huì)導(dǎo)致Cr從奧氏體中更多地析出，使得氧化鐵皮的含鉻量顯著低于基體的含鉻量，這一變化大量消耗了晶界附近的鉻，使得晶界附近的含鉻量低于鈍化所需的臨界值，形成貧鉻區(qū)，進(jìn)而降低了奧氏體不銹鋼的耐點(diǎn)蝕能力，并導(dǎo)致氧化皮厚度增加。此外，錳的加入并未增強(qiáng)奧氏體不銹鋼的強(qiáng)度和塑性，反而會(huì)導(dǎo)致其韌塑性有所下降。

1.2 鉻、鎳、碳在不銹鋼中的作用及影響

鉻是決定不銹鋼耐蝕性的關(guān)鍵元素，當(dāng)不銹鋼中加入超過(guò)12%的鉻時(shí)，能在其表面形成一層富含鉻的氧化物膜（即鈍化膜），從而有效減緩鋼的氧化過(guò)程。鎳在不銹鋼中的重要性?xún)H次于鉻，作為重要的合金元素，對(duì)抵抗酸、堿介質(zhì)的腐蝕至關(guān)重要，它能增強(qiáng)不銹鋼鈍化膜的穩(wěn)定性，提高不銹鋼的熱力學(xué)穩(wěn)定性［5］。對(duì)冷加工開(kāi)裂的201J5不銹鋼的金相組織（圖2）進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，不銹鋼的邊部和表面的鐵素體含量分別達(dá)到了8.5%和10.5%，并且出現(xiàn)了形變誘導(dǎo)馬氏體。這主要是由于鋼中的鉻、鎳含量較低，導(dǎo)致不銹鋼中殘余的鐵素體無(wú)法被完全消除，從而引發(fā)了馬氏體轉(zhuǎn)變，極大地削弱了冷加工性能。

碳對(duì)不銹鋼奧氏體結(jié)構(gòu)起到的穩(wěn)定作用是鎳的30倍，同時(shí)碳與鉻具有很強(qiáng)的親和力，能形成一系列復(fù)雜的碳化物。因此，碳在不銹鋼中發(fā)揮的作用具有矛盾性。在奧氏體不銹鋼中，碳的固溶度隨溫度降低而減小。在固溶退火過(guò)程中，碳鉻合物會(huì)從奧氏體中析出并分布在晶界上，導(dǎo)致晶界附近大量的鉻被消耗。由于鉻元素在晶粒中的擴(kuò)散速度較慢，所以無(wú)法及時(shí)補(bǔ)充到晶界區(qū)域，加之201J5不銹鋼本身的鉻含量就偏低，使得晶界附近的含鉻量低于鈍化所需限量，從而形成貧鉻區(qū)，進(jìn)而引發(fā)晶界區(qū)的腐蝕。

2 201J5不銹鋼表面裂紋形成原因分析

2.1 不銹鋼中的應(yīng)力未能有效消除導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生

不銹鋼在加熱過(guò)程中，因金屬自身的熱阻作用而導(dǎo)致內(nèi)外溫差，進(jìn)而產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)這種熱應(yīng)力超過(guò)不銹鋼的破裂強(qiáng)度極限時(shí)，不銹鋼內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生裂紋。在201J5不銹鋼的熱軋過(guò)程中，晶粒會(huì)發(fā)生破損和變形，導(dǎo)致晶粒之間的空隙增大。若這些空隙未能得到充分的冷卻，將析出大量碳化物并填充至空隙中，形成位錯(cuò)塞積，進(jìn)而引發(fā)大位錯(cuò)。這種大位錯(cuò)產(chǎn)生的彈性應(yīng)力場(chǎng)會(huì)形成較大的正應(yīng)力，導(dǎo)致材料開(kāi)裂。

2.2 熱軋帶鋼無(wú)急速冷卻導(dǎo)致貧鉻產(chǎn)生晶間腐蝕

當(dāng)前，多數(shù)201J5不銹鋼窄板熱軋過(guò)程缺乏層流冷卻裝置，因此軋制后的黑皮卷通常采取自然冷卻至常溫后再進(jìn)行固溶處理。在此過(guò)程中，黑皮卷的溫度從850 ℃降至450 ℃以下需耗時(shí)6 h以上。201J5不銹鋼熱軋黑皮卷的在不同冷卻方式下的金相組織見(jiàn)圖3。兩種冷卻方式下的不銹鋼均能保持奧氏體組織，并且?jiàn)W氏體晶界均不清晰。然而，經(jīng)急速冷卻的樣品晶界上僅分布有極少量的顆粒狀析出物［圖3（a）］，相比之下，經(jīng)自然冷卻的樣品晶界上則分布有大量顆粒狀析出物［圖3（b）］。不同冷卻方式的電子圖像點(diǎn)掃描結(jié)果見(jiàn)表3。進(jìn)行成分分析發(fā)現(xiàn)，自然冷卻的熱軋黑皮卷因在450～850 ℃的敏化溫度區(qū)間內(nèi)停留時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致晶體內(nèi)大量Cr析出并沿晶界分布。在隨后的固溶退火過(guò)程中，基體中的Cr被氧化，造成晶界貧鉻現(xiàn)象，降低了材料組織的穩(wěn)定性，使得材料在受力狀態(tài)下極易開(kāi)裂。

2.3 夾渣物沿晶界分布導(dǎo)致晶間腐蝕

201J5不銹鋼的錳含量超過(guò)10%，由于錳與硫具有較強(qiáng)的親和力，易形成 MnS，這降低了鉻鎳奧氏體不銹鋼對(duì)氯化物點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的抵抗力。根據(jù)文獻(xiàn)［6］的研究，MnS通常在凝固末期或固相階段被析出，并在加熱過(guò)程中可能發(fā)生回溶、擴(kuò)散和熟化等現(xiàn)象，進(jìn)而影響夾雜物的形貌、尺寸和數(shù)量。此外，201J5不銹鋼中常伴隨硅錳酸鹽氧化物的產(chǎn)生，這些氧化物主要是在液態(tài)過(guò)程中通過(guò)脫氧反應(yīng)或二次氧化形成的夾雜物，并且在固溶處理過(guò)程中基本保持穩(wěn)定。對(duì)201J5不銹鋼裂紋形貌的分析（圖4）及其裂紋電子圖像點(diǎn)掃描結(jié)果（表4）共同揭示，導(dǎo)致裂紋開(kāi)裂的夾雜物包括MnS（硫化錳）、MnO·SiO2（硅錳酸鹽）、MnO·SiO2·CrOx（硅錳酸鹽與鉻錳酸鹽復(fù)合物）及鈣鎂鋁酸等。值得注意的是，單一的小顆粒夾雜物不足以導(dǎo)致開(kāi)裂，但當(dāng)不銹鋼中沿晶界分布有小顆粒夾雜物時(shí)，固溶退火過(guò)程中夾雜物周?chē)幕w鉻會(huì)被部分氧化，形成貧鉻區(qū)。貧鉻區(qū)的存在極易引發(fā)氯離子應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。雖然提高退火溫度可以盡量避免形成貧鉻區(qū)，但是由夾雜物形成的貧鉻區(qū)難以通過(guò)熱處理手段得到有效改善。

3 201J5不銹鋼固溶退火研究

試驗(yàn)鋼化學(xué)成分見(jiàn)表5。本試驗(yàn)選用表5中成分和含量相近的低鎳奧氏體不銹鋼作為研究材料，旨在探究其固溶退火后的金相組織、力學(xué)性能以及奧氏體組織的穩(wěn)定性。試驗(yàn)所采用的裝備為連續(xù)式固溶退火爐機(jī)組（圖5），具體工藝流程如下：熱軋黑皮卷首先經(jīng)開(kāi)卷機(jī)開(kāi)卷，隨后進(jìn)入預(yù)加熱段；其次經(jīng)過(guò)加熱段和保溫（固碳）段后出爐，再進(jìn)入空冷段和水冷段冷卻至常溫；最后送至酸洗線進(jìn)行表面除磷及酸洗處理。最終獲得NO.1D面板。

在1 050～1 150 ℃的溫度范圍內(nèi)，不銹鋼能促使熱軋過(guò)程中析出的碳化物充分固溶于奧氏體中，從而達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織成分、提升鋼材性能以及消除殘余內(nèi)應(yīng)力的效果，進(jìn)而避免不銹鋼變形和開(kāi)裂。由于201J5不銹鋼中的Ni、Cr含量相對(duì)較低，隨著熱處理溫度的升高，氧化皮的數(shù)量會(huì)迅速增多，因此極易導(dǎo)致晶體中的Cr被氧化，形成貧鉻區(qū)?；诖耍驹囼?yàn)將加熱溫度的上限設(shè)定為1 100 ℃。同時(shí)，利用加熱區(qū)和帶鋼的余熱，設(shè)置了一段保溫（固碳）時(shí)間，以確保碳化物和各種合金元素能夠均勻地溶解于奧氏體中。

3.1 金相組織研究

固溶退火能使奧氏體不銹鋼中的碳化物充分溶解，并在常溫下保留于奧氏體中，形成單相奧氏體組織，賦予鋼材最佳的耐腐蝕性能［7］。固溶退火工藝設(shè)定曲線見(jiàn)圖6。如圖6所示，針對(duì)表5中的1#、2#、3#試驗(yàn)鋼，設(shè)定3個(gè)不同的TV（溫度均勻性）值，并在固溶退火后進(jìn)行金相研究。固溶退火后，不同TV值的金相組織及氧化皮如圖7所示。圖7（a）至圖7（c）顯示，各試驗(yàn)鋼均為單一奧氏體組織，奧氏體晶粒內(nèi)部含有一定數(shù)量的孿晶。然而，1#試驗(yàn)鋼中含有一定數(shù)量顆粒狀和鏈狀的鐵素體，這可能導(dǎo)致帶鋼冷加工后的塑性降低。通過(guò)晶粒度比較，得出以下結(jié)果：1#試驗(yàn)鋼的晶粒度為7.72、晶粒大小為22.02 μm；2#試驗(yàn)鋼的晶粒度為8.36，晶粒大小為17.62 μm；，3#試驗(yàn)鋼的晶粒度為8.48，晶粒大小為16.91 μm。根據(jù)圖6及金相組織研究可以得出結(jié)論：隨著固溶處理加熱和保溫時(shí)間的增加，奧氏體晶粒會(huì)變得粗大，而晶粒度數(shù)值則相應(yīng)變小。研究表明，奧氏體不銹鋼的晶粒越細(xì)小，其冷加工后的韌塑性越高，但晶界數(shù)量的增加會(huì)導(dǎo)致抗晶間腐蝕能力下降。一般而言，將201J5不銹鋼成品的晶粒度控制在8～9級(jí)是較為理想的。

不同TV值的金相組織及氧化皮見(jiàn)圖7。對(duì)比各試驗(yàn)鋼固溶處理后的氧化皮［圖7（d）至圖7（f）］發(fā)現(xiàn)，1#試驗(yàn)鋼的平均氧化皮厚度為20.4 μm，而2#試驗(yàn)鋼為15.78 μm，3#試驗(yàn)鋼為11.83 μm。這是由于奧氏體不銹鋼在敏化溫度區(qū)間內(nèi)停留的時(shí)間越長(zhǎng)，過(guò)飽和的碳原子會(huì)從奧氏體中部分或全部析出，形成鉻的碳化物并連續(xù)分布在晶界上，導(dǎo)致從奧氏體中析出的Fe-Cr增多，產(chǎn)生過(guò)燒現(xiàn)象，進(jìn)而增加氧化皮的厚度，加大固溶退火過(guò)程中的燒損，降低成材率。

3.2 力學(xué)性能研究

屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及斷后伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能參數(shù)是評(píng)估不銹鋼深沖壓性能的關(guān)鍵指標(biāo)［8］。屈服強(qiáng)度代表不銹鋼材料在塑性變形至屈服點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力，其值越小，表明不銹鋼的成形性能越佳；抗拉強(qiáng)度則是不銹鋼在拉斷前所能承受的最大應(yīng)力值，其值越大，所需的成形力越大，成形性能相應(yīng)降低；斷后伸長(zhǎng)率則反映了不銹鋼在塑性變形過(guò)程中的沖壓性能，其值越大，脹形、彎曲和翻邊等性能越好。金屬材料的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值（屈強(qiáng)比）是衡量材料塑性變形能力和加工硬化能力的重要參數(shù)，屈強(qiáng)比低意味著材料具有較好的韌塑性，易于發(fā)生塑性變形而屈強(qiáng)比高則表明材料具有較強(qiáng)的抗變形能力，不易發(fā)生塑性變形［9］。

根據(jù)各試驗(yàn)鋼固溶退火后的平均力學(xué)性能參數(shù)（表6），1#、2#、3#試驗(yàn)鋼的平均屈服強(qiáng)度值相近，屈強(qiáng)比分別為0.6、0.51、0.54；斷后伸長(zhǎng)率分別為22%、31%、28%。由此可見(jiàn)，在低鎳奧氏體不銹鋼于1 100 ℃進(jìn)行固溶退火時(shí)，隨著TV值的上升，屈強(qiáng)比呈下降趨勢(shì)，而斷后伸長(zhǎng)率則有所上升。這是由于當(dāng)?shù)玩噴W氏體不銹鋼加熱至1 100 ℃時(shí)，碳化物相已全部或基本溶解，C固溶于奧氏體中，隨后經(jīng)過(guò)快速冷卻至室溫，達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)［10］，避免了與Cr形成高鉻碳化物。1#試驗(yàn)鋼由于加熱過(guò)程最長(zhǎng)，在敏化溫度區(qū)間內(nèi)停留時(shí)間最長(zhǎng)，并且冷卻速率最低，導(dǎo)致碳原子在基體中的溶解度下降，碳化物析出并分布在晶界上，引發(fā)晶界貧鉻現(xiàn)象，從而降低了奧氏體組織的穩(wěn)定性。在拉伸試驗(yàn)的均勻塑性變形階段，大量奧氏體轉(zhuǎn)變成形變誘導(dǎo)馬氏體，致使冷加工成形性能下降。相比之下，2#試驗(yàn)鋼在敏化溫度區(qū)間內(nèi)的停留時(shí)間較短，冷卻效率較高，C充分回溶于基體中，形成相對(duì)穩(wěn)定的奧氏體組織。3#試驗(yàn)鋼由于加熱時(shí)間較2#試驗(yàn)鋼短，晶粒未能有效長(zhǎng)大，晶粒細(xì)小且晶界數(shù)量多，導(dǎo)致晶界附近的鉻更易析出，形成貧鉻區(qū)，奧氏體組織穩(wěn)定性下降，因此冷加工塑性相對(duì)2#試驗(yàn)鋼有所降低，但仍?xún)?yōu)于1#試驗(yàn)鋼。

3.3 奧氏體組織穩(wěn)定性研究

奧氏體不銹鋼經(jīng)過(guò)固溶化處理后，能夠獲得單一奧氏體組織，但這種奧氏體組織處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。在冷加工過(guò)程中，這種亞穩(wěn)定奧氏體組織容易發(fā)生形變，從而誘導(dǎo)馬氏體相變。馬氏體相變會(huì)導(dǎo)致材料物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，可能引發(fā)不銹鋼的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂［11］。有研究表明，應(yīng)力腐蝕敏感性與形變馬氏體的含量密切相關(guān)，形變馬氏體的存在會(huì)增強(qiáng)奧氏體不銹鋼對(duì)應(yīng)力腐蝕和點(diǎn)蝕的敏感性［11］。奧氏體不銹鋼的穩(wěn)定性受多種因素影響，包括化學(xué)成分、初始奧氏體晶粒尺寸、熱處理工藝、變形量、變形溫度及變形速度等。其中，奧氏體的穩(wěn)定性是其發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的內(nèi)在條件。Md30/50和Nieq 是兩個(gè)重要的評(píng)估指標(biāo)，Md30/50指的是在變形量為30%時(shí)，能夠誘發(fā)50%馬氏體相變的溫度，其計(jì)算公式［12］為

[Md30/50=551?462（WC+WN）?9.2WSi?8.1WMn?13.7WCr?" "29（WNi+WCu）?18.5WMo?14（V?8.0）]，

（1）

其中，V是晶粒度的級(jí)別。Md30/50值越小，奧氏體相越穩(wěn)定，加工硬化性越小。

Nieq 是奧氏體不銹鋼的鎳含量，其計(jì)算公式為

[Niep=WNi×W（C+N）+0.5WMn+0.25WCu]。" " " " （2）

Nieq值越大，奧氏體不銹鋼在室溫變形時(shí)越不易誘發(fā)馬氏體相變。當(dāng)Nieq值低于 25.5時(shí)，奧氏體不銹鋼在室溫下的變形即可誘發(fā)馬氏體相變，并且馬氏體含量隨Nieq值的降低而提高［12］。由于低鎳奧氏體不銹鋼中的鎳、鉻含量相對(duì)較低，其奧氏體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差，因此在冷加工過(guò)程中不可避免地會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。各試驗(yàn)鋼固溶退火后的穩(wěn)定性參數(shù)見(jiàn)表7。根據(jù)表7中各試驗(yàn)鋼固溶退火后的穩(wěn)定性參數(shù)，可以看出2#試驗(yàn)鋼的奧氏體組織穩(wěn)定性?xún)?yōu)于3#和1#試驗(yàn)鋼，而1#試驗(yàn)鋼的穩(wěn)定性最差。這表明，通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)腡V值，并對(duì)低鎳奧氏體不銹鋼在固溶退火過(guò)程中的加熱時(shí)間、保溫時(shí)間及冷卻速率進(jìn)行優(yōu)化控制，可以獲得相對(duì)穩(wěn)定的奧氏體組織，從而提高其冷加工成形性能。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)低鎳奧氏體不銹鋼的元素特性及固溶退火過(guò)程中的控制原理和性能變化的深入研究，可以?xún)?yōu)化固溶退火工藝，進(jìn)而提升其產(chǎn)品再加工成形性能。本研究的主要結(jié)論及補(bǔ)充要點(diǎn)如下。

（1）在保持低鎳奧氏體不銹鋼中其他元素含量不變的前提下，將Ni含量提升至1.05%、Cr含量提高至13.5%及以上、Mn含量降低至10.2%及以下，能有效減少熱軋加熱及固溶退火過(guò)程中MnS的形成與分裂，抑制Cr從奧氏體中析出，降低加熱過(guò)程中的氧化皮的厚度，從而提高成材率。同時(shí)，這一調(diào)整還能有效消除鋼中的殘余應(yīng)力，增強(qiáng)奧氏體組織的穩(wěn)定性，顯著提升冷加工性能。

（2）低鎳奧氏體不銹鋼熱軋后應(yīng)采用層流冷卻以降低卷取溫度，從而減少在450～850 ℃敏化溫度區(qū)間的停留時(shí)間，這是改善軋制成品最終組織形態(tài)及其力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。若熱軋后未采用層流冷卻，則在固溶退火過(guò)程中需全面提升加熱溫度并降低TV值，以促使析出的Cr部分回溶于晶體內(nèi)，從而穩(wěn)定奧氏體組織。然而，這種方法僅能在一定程度上改善性能，無(wú)法全面消除熱軋帶鋼無(wú)層流冷卻帶來(lái)的不利影響，最終會(huì)導(dǎo)致固溶處理過(guò)程中氧化層增加、成材率下降、材料損失增大，不利于企業(yè)控制質(zhì)量與成本。

（3）在固溶退火過(guò)程中，低鎳奧氏體不銹鋼在450～850 ℃的加熱時(shí)間若過(guò)長(zhǎng)，會(huì)促進(jìn)碳化物析出，增大氧化燒損的風(fēng)險(xiǎn)。為有效抑制這一風(fēng)險(xiǎn)，加熱時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制在53 s內(nèi)。在850～1 100 ℃的溫度區(qū)間內(nèi)，為使奧氏體晶粒充分長(zhǎng)大，提升其抗晶間腐蝕能力和力學(xué)性能，加熱時(shí)間應(yīng)不少于71 s；在1 100～1 050℃的保溫（固碳）階段，為確保碳化物能充分溶解并穩(wěn)定奧氏體組織，保溫時(shí)間應(yīng)控制在34 s及以上；在1 050～650 ℃的空冷階段，為使C達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)而不再析出，冷卻速率應(yīng)大于17 ℃/s。

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*廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（廳市會(huì)商聯(lián)動(dòng)項(xiàng)目）“不銹鋼冷軋退火酸洗高效集成關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用”（2023AB37016）。

【作者簡(jiǎn)介】陳新旺，男，貴州正安人，本科，工程師，研究方向：材料工程；吳家學(xué)，男，廣西貴港人，本科，助理工程師，研究方向：材料工程；葉姜，男，湖南長(zhǎng)沙人，碩士，正高級(jí)工程師，研究方向：金屬材料研發(fā)；潘禮雙，廣西荔浦人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：機(jī)械工程；羅興壯，男，廣西都安人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：材料工程；梁爽，男，廣西崇左人，在職碩士研究生，工程師，研究方向：機(jī)械制造及自動(dòng)化。

【引用本文】陳新旺，吳家學(xué)，葉姜，等.低鎳奧氏體不銹鋼固溶退火工藝及組織性能研究［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2024（12）：91-96.