0Cr13 鋼不銹鋼主要應用于允許一定局部銹蝕和 輕度腐蝕性環境中,如交通控制設備配件、緊固件、軸 桿類產品、廚房用具、絲網及焊條等方面。 習慣上常常 被稱為鐵素體不銹鋼或馬氏體-鐵素體不銹鋼或半鐵 素體鋼[1] 。 因其鉻含量較低,碳氮含量對其高溫狀態 下組織具有明顯影響,能夠明顯擴大 γ 相區,當碳氮 含量較高時,會在淬火時甚至空冷時能夠形成馬氏體 組織[2] ,因此大部分線材在使用前需要進行退火處 理。 而大多數研究主要集中于退火工藝(如退火溫 度、退火時間) 對冷塑性變形材料組織和力學性能影 響[3-6]以及因退火工藝不良而造成的多種缺陷[7-9] 。 雖也有文章對熱軋板材的退火試驗進行過研究[10-12] , 但是對 0Cr13 鋼熱軋盤條在退火過程中組織和性能演 變規律的研究很少。 本文就是從這個角度入手,研究 了不同退火工藝對 0Cr13 鋼熱軋盤條的組織和性能的影響,提出了最優的退火工藝。
試驗材料及方法
試驗材料 0Cr13 鋼的熱軋盤條的生產流程為:鐵前處理→ 煉鐵→AOD→LF 精煉→連鑄坯→加熱爐加熱→控制 軋制→斯太爾摩冷卻線→打包。 試驗用材料取自同一 卷熱軋盤條,其主要化學成分如表 1 所示。
將規格為 ?5. 5 mm,長度為210 mm 的熱軋盤條試樣 放置于箱式電阻硅碳棒高溫爐內進行模擬退火試驗。 試 驗的設定退火溫度分別為 710、730、750、780 和 810 ℃,待 爐溫均勻穩定后將試樣放置于加熱爐內進行加熱,退火溫度設定保溫時間分別為 2、3 和 4 h,之后空冷至室 溫,共計15 組工藝。 之后使用 Leica DM2500 光學顯微鏡 和 WDW-50 電子萬能試驗機對不同工藝條件下退火試樣 的顯微組織和力學性能進行分析和測試。
力學性能
試驗鋼熱軋態及不同工藝退火態試樣的抗拉強度和伸長率的變化情況如圖1所示。
圖1( a)為不同退火工藝對OCr13鋼抗拉強度影響的曲線圖。從圖1( a)中可以看出:整體而言,隨退火溫度的升高和退火時間的延長,0Cr13鋼的抗拉強度均逐漸呈現降低的趨勢。在相同退火時間條件下，710℃退火OCr13鋼的抗拉強度明顯高于730 ~780℃退火的抗拉強度;而730 ~780 ℃溫度范圍退火試樣的抗拉強度相差不大。相同退火溫度條件下,退火時間在3 h以內時,抗拉強度隨退火時間的延長快速下降;當退火時間由3 h延長至4 h時 OCr13鋼的抗拉強度隨時間的延長變化不大。
圖1(b)為退火工藝對OCr13鋼伸長率的影響。從圖1(b)中可以發現:整體而言,退火工藝改善了熱軋材的塑性,使得OCr13線材的伸長率得到了一定程度的提高。在730 ~780℃退火2~4 h時,伸長率有較明顯的改善,可以達到30%以上,能夠滿足客戶對材料塑性的要求。
顯微組織
試驗鋼的原始熱軋盤條組織及不同工藝退火后的顯微組織如圖2所示。圖2中顯示,試驗鋼熱軋盤條組織均勻細小,平均晶粒尺寸約5.6 um;經 780℃退火4 h后的平均晶粒尺寸約為7.3 um ,出現了一定程度的長大,但晶粒尺寸均勻;而在810 ℃退火2 h的盤條顯微組織中出現了明顯的粗晶,最大晶粒尺寸超過200 um。因此,對于試驗鋼而言,退火溫度不得高于810℃,以避免退火粗晶的產生。
在熱軋盤條的控制控冷過程中,熱軋材經歷了充分的回復、再結晶過程,畸變能已經得到了充分的釋放,多邊形晶粒與晶粒之間相互靠攏。在高溫加熱時,晶粒會發生長大,這種長大的驅動力是晶粒長大前后的界面能差,是一個降低自身嫡的自發過程,晶粒均勻長大[13]。但是在某些情況下,會出現少數晶粒的異常長大現象,長大初期驅動力較小因此進行得很緩慢,可以認為是它的孕育期,在此期間,這些晶粒與其他晶粒并行長大,只不過其長大速度略優于其他晶粒;隨著其晶粒尺寸的增加 ,長大的動力和優勢愈加明顯,它們便越來越迅速地吞噬掉周圍的小晶粒,形成粗大晶粒[14]。通常,當溫度超過一定溫度或保溫時間較長時就會發生這種異常長大現象。這也通過上述的試驗得到證實,即當加熱溫度達到810℃溫度時,度過了晶粒長大的孕育期,這些晶粒快速長大,形成超大晶粒。
結論
1 ) 0Cr13鋼熱軋盤條在相同退火溫度下,保溫時間小于3 h時,其抗拉強度隨時間的延長快速下降;當保溫時間增加至4h 時,抗拉強度變化不大。
2)相同退火時間條件下,退火溫度為710℃退火材抗拉強度明顯高于730 ~780℃退火材強度;而730~780℃范圍退火時,退火材強度相差不大。
3)退火溫度超過810℃時,容易產生退火粗晶,不利于材料的后續加工。
4)試驗用OCr13鋼的退火工藝應當為730 ~780 ℃保溫3 ~4 h。
