控軋冷軋工藝對不銹鋼性能影響的探討

楊漢貴

摘 要：針對控軋冷軋工藝影響不銹鋼性能方面的內(nèi)容展開了探討，結(jié)合具體的研究實例，詳細(xì)闡述和分析了控軋冷軋工藝影響不銹鋼的顯微組織和力學(xué)性能，以期能為有關(guān)方面的工作提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：控軋冷軋工藝；不銹鋼；顯微組織；力學(xué)性能

中圖分類號：TG335.12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.070

所謂“控軋冷軋工藝”，是一種主要用于生產(chǎn)板材的技術(shù)。該工藝的核心是在軋制過程中通過控制加熱溫度、軋制過程和冷卻條件等工藝參數(shù)，改善鋼材的強(qiáng)度、韌性和焊接性能，并將其應(yīng)用于相關(guān)工作中。而不銹鋼的組織和性能經(jīng)過控軋冷軋的工藝改進(jìn)后是否能提高，對相關(guān)企業(yè)來說有重要的意義。基于此，本文探討了控軋冷軋工藝對不銹鋼性能的影響，相信會對相關(guān)工作有所幫助。

1 實驗方法

原料為某廠生產(chǎn)的0.99 mm厚的301不銹鋼薄板，其成分如表1所示。在實驗室的小型軋機(jī)上對薄板進(jìn)行了多道次的冷軋，軋制后的鋼板厚度不同，從不同厚度的鋼板上截取試樣，截取方向平行于板材面。利用HV-1000顯微硬度儀測量其硬度，并利用顯微鏡觀察組織金相。拉伸試驗是在室溫下進(jìn)行的，選用的設(shè)備為DNS200微機(jī)控制的電子萬能試驗機(jī)。在試驗時，將拉伸速度設(shè)為1 mm/min。對于拉伸試驗的試樣，則按照相關(guān)樣式將母材薄板沿軋制方向線切割，利用維式硬度計測量定長拉伸時的硬度，并利用射線衍射儀進(jìn)行相關(guān)的鑒定，最后利用Origin回歸擬合數(shù)據(jù)。

表1 301不銹鋼薄板成分w（%）

C Si Mn P S Cr Ni N Fe

0.09 0.51 1.05 0.032 0.003 16.15 6.1 0.06 余量

2 結(jié)果與討論

2.1 顯微組織

得到了不同冷軋變形樣品后，利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察，得到圖1所示的顯微照片。從圖1中可以看出形變誘導(dǎo)馬氏體相變后的狀況，包括數(shù)量、形態(tài)和奧氏體相。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，由于受到了較大的壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力的作用，冷軋后的試樣出現(xiàn)了較大量的α′-馬氏體，并且相界清晰可見，而前者數(shù)量較少，相界模糊。經(jīng)過觀察后發(fā)現(xiàn)，馬氏體的成分主要為互相平行的板條組成的板條馬氏體，這是因為其含碳量較低。這種板條馬氏體具有位錯密度較高的亞結(jié)構(gòu)，所以，又被稱為位錯馬氏體。α′-馬氏體首先要形核，緊接著就要生長，生長一般會偏向于剪切帶一側(cè)。隨著冷軋過程的不斷繼續(xù)，馬氏體的核也漸漸長大，含量也不斷地隨著變形量而增加，原核在這一過程便會漸漸消失。

變形量不同，馬氏體的含量也不同。隨著變形量的增大，馬氏體的含量也在不斷增大，奧氏體的含量在不斷減小。衍射峰的強(qiáng)度也與冷軋變形量有關(guān)。從圖1中可以看出，當(dāng)冷軋變形量達(dá)到29%時，隨著變形量的增加，衍射峰明顯變強(qiáng)，相反，奧氏體相的衍射峰值則變?nèi)?。在拉伸試樣時，由于拉伸的效果和變形量不及冷軋，所以，其處于中間階段。這樣的結(jié)果顯然是與先前的相關(guān)研究結(jié)果相吻合。以上的分析為301不銹鋼加工硬化機(jī)理提供了理論依據(jù)。

2.2 力學(xué)性能

經(jīng)過分析得到如圖3所示的301不銹鋼硬度在冷軋時與變形量之間的關(guān)系，即擬合以后的曲線。擬合后的表達(dá)式為：

. （1）

式（1）中：y為鉬含量（微克數(shù)）；x為儀器讀數(shù)；x0、dx、A1、A2均為常數(shù)，表示奧氏體不銹鋼材料組別。具體的取值情況如表2所示。

從圖3中可以看出，開始時，硬度隨著壓下率的變大而增大，其速度還是比較快的，在超過了35%的冷軋壓下率后，硬度增大的速度逐漸放緩，并漸漸趨近于1個極限飽和值。在冷軋壓下變形率超過35%后，形變誘導(dǎo)使組織中生成了大量的馬氏體，進(jìn)而增加了相變的難度，相變速率放緩，位錯密度增大，硬度就會漸漸趨向于飽和狀態(tài)。

表2 對原始數(shù)據(jù)擬合得到的擬合函數(shù)表達(dá)式的系數(shù)值

硬度類別 x0 dx A1 A2

冷軋硬度 3.981 11.650 -4.278 532.345

定長拉伸硬度 -97.151 23.745 -24 151.780 625.755

全拉伸強(qiáng)度 20.185 10.136 149.756 1 327.100

圖1 兩種奧氏體不銹鋼硬度與冷軋壓下率的關(guān)系

通過比較圖1（a）和圖1（b）發(fā)現(xiàn)，即便是二者在尺寸上具有較大的差距，但是，301奧氏體不銹鋼的硬化機(jī)理與304奧氏體不銹鋼的硬化機(jī)理接近，都處于加工前期。隨著變形量的增大，硬化速率也比較大，后期硬化速率則放緩趨近于平緩。通過后面的相關(guān)實驗可得，由于形變誘導(dǎo)馬氏體相變造成了加工組織硬化現(xiàn)象。當(dāng)然二者也存在不同之處，在塑性方面，304不銹鋼顯然是優(yōu)于301不銹鋼的，而在初始時和冷軋加工過程中，301不銹鋼的硬度優(yōu)于304不銹鋼。由測試可得，取冷軋時的變形量為50%，通過曲線可以獲得301不銹鋼的硬度，其大約為520 HV，而實際讀取的304不銹鋼的硬度值則為477 HV。圖2為301奧氏體不銹鋼定長拉伸變形量-硬度及其擬合曲線。與圖1對比發(fā)現(xiàn)，二者在變形量低于41%時，變化趨勢是一樣的。但是，拉伸在硬度達(dá)到最大值時，形變量小于冷軋時，其硬度達(dá)到了最大值的形變量。圖3為301奧氏體不銹鋼母材拉伸工程應(yīng)力-應(yīng)變及

其擬合曲線。由以上分析可知，形變誘導(dǎo)馬氏體相變是301不銹鋼在不同的加工工藝下硬度和強(qiáng)度不斷增大的原因。

圖2 301奧氏體不銹鋼定長拉伸 圖3 301奧氏體不銹鋼母材拉伸工

變形量-硬度及其擬合曲線 程應(yīng)力-應(yīng)變曲線及其擬合曲線

通過以上分析可知，對于冷軋，大部分奧氏體是在形變量為75%左右完成轉(zhuǎn)變的，再繼續(xù)變形時，不但具有相變和變形，由于不斷生成馬氏體，主要以板條馬氏體為主，位錯密度會不斷增加，最終導(dǎo)致變形抗力不斷增加，硬度、強(qiáng)度的增大變緩。比較母材拉伸和經(jīng)過20%變形量冷軋后，拉伸的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線發(fā)現(xiàn)，二者的加工硬化效果旗鼓相當(dāng)。但是，不同的屈服強(qiáng)度表明了冷軋對材料屈服強(qiáng)度的提高還是很顯著的；而冷軋后的塑性卻降低了。之所以會這樣是因為，在冷軋過程中，奧氏體經(jīng)形變誘導(dǎo)馬氏體相變是在強(qiáng)度和硬度提高的同時降低了其塑性。

3 結(jié)束語

綜上所述，深入分析和探討了控軋冷軋工藝對不銹鋼顯微組織和力學(xué)性能的影響，并結(jié)合了具體的實驗案例，詳細(xì)闡述了相關(guān)方面的內(nèi)容，旨在為相關(guān)工作提供參考和幫助。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕