楊方敏，回士旭，高雷雷

（河北理工大學(xué) 冶金與能源學(xué)院，河北 唐山063009）

0 引 言

奧氏體不銹鋼：在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni8%～10%、C約0.1%時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體型不銹鋼的顯微組織為奧氏體。它是在高鉻不銹鋼中添加適當(dāng)?shù)逆嚕é豊i=8%～25%）而形成的。

本文針對(duì)奧氏體不銹鋼變形量、變形程度和退火溫度對(duì)硬度的影響，選用0Cr18Ni9Ti鋼對(duì)不同變形程度及加熱溫度對(duì)硬度的影響的研究，為常溫軋制與硬度的關(guān)系研究提供了理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)條件

1.1 材料

試驗(yàn)用鋼為國產(chǎn)3.20mm厚度的0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼，化學(xué)成分如表1所示。試樣均取自同一爐鋼。鋼的原始硬度為：HBS238.3。

表1 Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量百分比，%）

1.2 試樣的制備過程

(1)試驗(yàn)材料取6個(gè)0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼試樣作為冷軋?jiān)荚嚇?，用卡尺測定其厚度為h0=3.20mm。塑性變形量的大小，常依據(jù)變形方式的不同用不同的指數(shù)來表示[1]。變形程度用下列公式表示：

式中，e%為變形程度，h0為試樣的原始厚度（mm），h1為試樣變形后的厚度（mm）。如表2所示為不同壓下量后試樣的厚度以及金屬的變形程度。

表2 試樣的不同壓下量

(2)將經(jīng)過軋制后的試樣按依照變形程度由小變大依次編好號(hào)后，將每個(gè)軋件切成6塊，再各取試樣一塊即6塊為一組，分為六組，然后分別加熱到750℃、850℃、950℃、1050℃、1150℃，保溫1h后水冷；最后剩一組直接測定其常溫硬度。

1.3 試驗(yàn)方法

軋機(jī)：φ170×250二輥軋機(jī)。

熱處理：用意豐箱式電爐再結(jié)晶退火。

腐蝕：穩(wěn)壓恒流電源、草酸

硬度：HD1—1875型布洛維硬度計(jì)測定其布氏硬度值。

1.4 熱處理工藝

0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼試樣的退火熱處理工藝見圖1。

圖1 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼再結(jié)晶退火工藝示意圖

用ZEISS臥式金相電子顯微鏡觀察變形，硬度用HD1—1875型布洛維硬度計(jì)測定其布氏硬度值。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 變形量對(duì)硬度的影響

在塑性變形中，隨著金屬內(nèi)部組織的變化，金屬的機(jī)械性能也產(chǎn)生了明顯的加工硬化[2]，即隨著變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性產(chǎn)生了下降。

圖2 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的應(yīng)變—硬度關(guān)系圖

如圖2所示,通過對(duì)原始試樣不同變形量后測定的結(jié)果?？梢姡冖耠A段，壓下量為10%前時(shí)，硬度幾乎成直線急劇變化；第Ⅱ階段，壓下量為 10%～50%左右，硬度曲線逐漸變得平緩；第Ⅲ階段，壓下量為50%以后，硬度變化幾乎成直線。

加工硬化的原因，在于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻。在0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼中有許多位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，最主要的是：1）其他位錯(cuò)；2）晶界和亞晶界；3）溶質(zhì)原子；4）第二相微粒；5）表面膜。其中第2）、3）、4）種障礙分別相對(duì)應(yīng)于細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化（包括沉淀強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化）。

圖3 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼回歸后的應(yīng)變—硬度關(guān)系圖

經(jīng)計(jì)算后得到圖3 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼的應(yīng)變—硬度關(guān)系圖（圖2），由圖3回歸得到的線形方程為：

式中，HBS為硬度，e為變形程度。

這為實(shí)際中的硬度的確定所需要的變形量提供了理論參考。

2.2 退火后晶粒大小的金相組織照片

圖4 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼在不同退火溫度的金相組織示意圖

對(duì)于本試驗(yàn)來說，影響晶粒大小的因素主要是變形度和變形溫度，變形量越大，晶粒越細(xì)小。

2.3 變形程度和再結(jié)晶退火溫度對(duì)硬度的影響

圖5 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼應(yīng)變—退火后的硬度關(guān)系

由圖5知，通過對(duì)變形金屬再結(jié)晶退火后，奧氏體不銹鋼的硬度發(fā)生了明顯的變化，但這并不意味著與變形前的金屬完全相同，其中心問題是再結(jié)晶的晶粒大小問題。在剛開始的時(shí)候，硬度逐漸升高，這是金屬在發(fā)生再結(jié)晶的結(jié)果，當(dāng)硬度升高到一定的峰值后又開始下降，而這個(gè)峰值為金屬再結(jié)晶剛好完成。隨著金屬晶粒的長大，硬度又開始下降。又隨變形程度的增加，退火的原始晶粒尺寸越細(xì)，則再結(jié)晶后的晶粒也越細(xì)。這是由于細(xì)晶粒金屬存在著較多的晶界，而晶界又往往是再結(jié)晶形核的有利地區(qū)，所以，原始細(xì)晶粒金屬再結(jié)晶退火后仍會(huì)得到細(xì)晶粒組織，故硬度也會(huì)升高。同時(shí)，退火溫度越高，硬度值相對(duì)于越低。這是在溫度高的情況下，晶粒會(huì)長的越大，故硬度就會(huì)越小。在 1050℃和 1150℃時(shí)，它們的硬度在一個(gè)小時(shí)的保溫時(shí)間后，趨于一致，這是因?yàn)椋寒?dāng)晶粒長大到一定大小后，晶粒長大趨勢變緩，最后停止長大[2]。

3 結(jié) 論

(1)通過實(shí)驗(yàn)得到了 0Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼回歸后的應(yīng)變—硬度關(guān)系圖為確定實(shí)際的硬度需要的變形量提供了理論參考，其回歸后的線性方程也為常溫變形量對(duì)硬度的改善起了一定的生產(chǎn)實(shí)際評(píng)估作用。

(2)退火溫度越高，硬度值相對(duì)于越低。變形量為50%左右，加熱溫度為750℃時(shí)，是獲得硬度的最佳熱處理工藝。變形量越大，晶粒越細(xì)?。患訜釡囟仍酱?，試樣硬度相對(duì)越小。

[1] 汪大年. 金屬塑性成形原理[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1982：60-70

[2] 崔忠圻. 金屬學(xué)與熱處理[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：187

[3] 劉宗昌，任慧平，宋義全. 金屬固態(tài)相變教程[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2003