退火溫度對430不銹鋼冷軋板組織和力學性能的影響

黃旭

摘?要：針對本公司生產的 430 不銹鋼冷軋板，通過高溫連續退火實驗研究了退火溫度對材料顯微組織、強度、塑性以及各向異性性能的影響. 通過實驗得到了合理的兩段式加熱連續退火工藝：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，平均塑性應變比基本保持不變（1.25 左右），而軋制平面各向異性指數有一定的降低.

關鍵詞：不銹鋼;退火溫度;顯微組織;力學性能;拉伸試驗

430 不銹鋼屬于最早開發的鐵素體不銹鋼鋼種之一，主要應用在汽車、家電等行業. 冷軋后的 430不銹鋼板內部含有大量的缺陷無法直接使用，需要通過再結晶退火進行軟化處理. 本文針對本公司生產的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行模擬退火實驗，對退火后薄板的顯微組織和力學性能進行檢測，得到退火溫度對薄板顯微組織、強度、塑性和各向異性性能的影響.

1.實驗材料及方法

以本公司生產的 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.模擬退火實驗.在實際生產過程中，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的生成. 由于軟化過程主要發生在加熱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 不銹鋼冷軋板連續退火過程的兩個主要因素.為了模擬實際過程，退火實驗中保持加熱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 GBT5027—2007，從退火后的試樣上裁取兩個相同規格的拉伸試樣（平行區寬度為 12 mm，標距為 50 mm），取兩個試樣的平均值作為拉伸試驗結果. 拉伸試驗在 WDW--200D 微控電子萬能拉伸試驗機上進行. 當延伸率為 12% 時，測量平行區的寬度以計算塑性應變比 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，利用計算平均塑性應變比 r 和平面各向異性指數 Δr. 為了分析退火工藝對薄板強度和延伸率的影響，在同一退火工藝下取 0°、45°和 90°三個方向上強度和延伸率的平均值作為該退火工藝下薄板的強度和塑性同時，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 鹽酸溶液進行侵蝕，在 Leica 光學顯微鏡觀察其顯微組織，利用數顯維氏硬度計對不同退火條件下的薄板硬度進行測量.

2 實驗結果

2.1 對薄板組織和硬度的影響

430 不銹鋼冷軋板內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的層錯現象較少，所以塑性變形主要以位錯的滑移機制為主，經過大的冷軋壓下量后會出現大量的晶內變形帶. 對于 430 鐵素體不銹鋼冷軋板，當最高退火溫度為 620 ℃ 時，材料內部基本保留了冷軋態時的組織特點，當最高退火溫度為690 ℃ 時，在變形帶內部零星地出現一些細小的再結晶晶粒，說明在此溫度時剛開始出現再結晶的形核現象，而且再結晶晶粒趨向于在變形帶內部形核;當最高退火溫度達到 730 ℃ 時，材料內部的再結晶已經達到了一定的程度，但依然有一些較為明顯的變形帶和一些較大的形變晶粒;當最高退火溫度在840 ℃ 左右時，材料基本接近完全再結晶;最高退火溫度達到 880 ℃ 時，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：第一階段是回復軟化機制，主要發生 600 ～ 690 ℃ 的溫度范圍內，在回復階段材料的顯微組織不會發生明顯的變化，而硬度則從 HV 256 降低并穩定在 HV 220 左右;第二階段是再結晶軟化機制，發生在 690 ℃ 以上的溫度范圍內，在 690 ～ 810 ℃的退火溫度范圍內薄板硬度迅速降低，當溫度達到 810 ℃ 以上時硬度基本不發生變化，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，可以將中間溫度設定在 600 ℃ 左右.當溫度在 600 ℃以下時薄板的顯微組織和力學性能基本不會發生明顯的變化，所以加熱Ⅰ段的加熱速率不需要進行精確控制，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 對薄板強度和塑性的影響

通過對不同退火條件下的材料進行拉伸試驗，得到了 430 不銹鋼冷軋板的強度和延伸率隨退火溫度的變化關系，隨著退火溫度的升高，抗拉強度呈降低的趨勢，降低速率逐漸減小并最終穩定在 450 MPa 左右. 同時，屈服強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 ℃之前屈服強度的降低速率逐漸變緩，在 690 ℃左右時降低速率有一個劇烈的增加，隨后逐漸變緩，屈服強度最終穩定在 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”型變化規律. 當退火溫度低于700 ℃ 時，雖然薄板的強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% .通過對拉伸應力--應變曲線處理，得到 430 冷軋板在不同退火狀態下加工硬化指數 n 的值，在 730 ～810 ℃的范圍內隨著退火溫度的升高 n 值明顯升高，當退火溫度高于 810 ℃ 以后 n 值基本穩定在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部的殘余應變量減少，進而使得薄板的加工硬化率逐漸升高，當退火溫度高于 810 ℃以后薄板已經接近完全軟化，n 值基本保持不變

3 結論

（1）通過模擬退火實驗得到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行精確控制，選取中間溫度為 600 ℃;加熱Ⅱ區的加熱速率保持 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 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

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