00Cr12Ti铁素体不锈钢室温拉伸性能研究

胡天雷，杨瑞成，2，孟 威

(1.兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，兰州 730050；2.兰州理工大学 有色金属合金及加工教育部重点实验室，兰州 730050）

00Cr12Ti铁素体不锈钢室温拉伸性能研究

胡天雷1，杨瑞成1，2，孟 威1

(1.兰州理工大学 甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室，兰州 730050；2.兰州理工大学 有色金属合金及加工教育部重点实验室，兰州 730050）

试验对00Cr12Ti铁素体不锈钢在室温下的力学性能进行了测试和评定，其中包括热轧态显微组织、拉伸性能和断裂特征以及断口起源等。试验结果表明，00Cr12Ti的室温拉伸断口为韧性断口，微观形貌为不均匀的韧窝聚集，有大小不同的两种韧窝。大韧窝在范性流变的初中期形成并长大，多系由夹杂物成核而形成；小韧窝在范性流变的后期出现，多系由细小碳化物成核而形成。00Cr12Ti铁素体的微观组织为完全的等轴铁素体晶粒，这对其拉伸性能和断裂特征都有较好的影响。

铁素体不锈钢；拉伸；断裂；显微组织

作为结构材料使用的不锈钢，在满足不锈性的前提下，还应具有适当的力学性能[1]。在不锈钢的生产过程（例如锻造、轧制）及其构件的制作过程（例如冷弯、深冲、切削）中，不锈钢的力学性能对于工艺规程的制定也是很重要的[1]。不锈钢热轧板是一般结构用钢板和焊接构架用钢材，广泛应用于钢铁构架物、桥梁、船舶以及车辆制造等领域，其拉伸性能和断裂特征在应用中起着很重要的作用[2]。断裂是工程材料的主要形式之一，工程结构或机件的断裂会造成重大的经济损失，甚至人员伤亡。因此，如何提高材料的断裂抗力，防止断裂事故的发生，一直是人们普遍关注的课题[3]。温军国[4]研究了热处理工艺对1Cr17组织与性能的影响，M.C.TSAI[5]研究了多种铁素体不锈钢的组织及成形性能。本文通过研究00Cr12Ti铁素体不锈钢的微观组织及其对拉伸性能的影响，帮助人们进一步认识铁素体不锈钢的断裂机理，对在不锈钢生产工艺中如何提高不锈钢的力学性能起到指导作用。

1 实验设备与实验方法

我国国标GB228—87《金属拉伸试试验方法》中规定对金属拉力试件通常采用圆形和板状两种试件，本次试验采用板状拉伸试件，如图1所示。拉伸试验在液压式万能试验机WE-100上进行，拉伸速度为5mm/min，做3次取平均值。对试样原始数据的采集使用游标卡尺以及分规。

2 试验结果与分析

2.1 显微组织分析

通过金相法对00Cr12Ti铁素体不锈钢的原始轧制状态的微观组织进行了分析，图2为00Cr12Ti金相组织。

表1 00Cr12Ti的维氏显微硬度值

如图2所示，00Cr12Ti热轧板材的显微组织为沿着钢板轧制方向形成的铁素体和极少量碳化物颗粒，铁素体为等轴晶粒，组织均匀一致，晶粒度为2～2.5级，表明00Cr12Ti在轧制过程中发生了较好的再结晶，显微硬度为246HV。

2.2 拉伸行为

对于稳定的钢和有色金属，其拉伸应力-应变曲线一般有3种：连续过渡型、均匀屈服型和非均匀屈服型[6]。如图3所示，00Cr12Ti在常温下应力-应变曲线为连续过渡型，没有明显的物理屈服（平台）现象。对于冲压成形的板材来说，没有有利于板材成形的屈服阶段。

表2所示为00Cr12Ti与304的室温力学性能。热轧板材00Cr12Ti的抗拉强度较304低；00Cr12Ti强度低而塑性高的主要原因为其组织为均匀的单一等轴铁素体，组织均匀利于其发生塑性变形，但晶粒粗大导致强度较低。

尽管00Cr12Ti的断面收缩率较大（76%），但其断后伸长率较小（29%），均匀伸长率更小，为16%。这是由于在拉伸过程的缩颈阶段，与拉伸断口垂直的平面上，出现了侧向（厚向）开裂和分层的小片各自的再缩颈，从而导致板材拉伸后期的厚向收缩严重，ψ较大，而伸长率δ和δg较小。00Cr12Ti塑性整体上劣于304奥氏体不锈钢（δ=47%，ψ=55%）。

表2 00Cr12Ti与304的室温力学性能

材料的韧性是发生塑性变形和断裂全过程吸收能量的能力，可用真实应力-真实应变曲线下塑性变形到断裂之间的面积来表示 (称静力韧性）[7]。00Cr12Ti的静力韧性为0.83×109J/m3，作为对比的304奥氏体不锈钢为4.48×109J/m3，可见本试验的00Cr12Ti铁素体不锈钢的韧性和奥氏体不锈钢相比有较大差距。从图3应力-应变曲线可知，00Cr12Ti和304的强度值相差不很明显，但304的应变值远大于00Cr12Ti，因而304韧性较高。因此，改善00Cr12Ti铁素体不锈钢的韧性关键是提高其塑性。

2.3 断口形貌特征及断裂起源分析

图4为00Cr12Ti的扫描电镜低倍观察，图中上、下部分为母材表面，中间为断裂区。由图可以看出，00Cr12Ti没有发生分层开裂现象，颈缩更明显，断口较窄，既不呈锥杯型，也不沿45度方向切断，断口颜色灰暗，可见00Cr12Ti塑性和韧性较好。

图5所示为00Cr12Ti拉伸断口微观形貌。00Cr12Ti的微观特征中存在大小不同的两类韧窝。一类为尺寸大而深的等轴韧窝，直径大约在10～20μm之间，图6所示为大韧窝内部粒子，图7对应其元素成分比，所得结果为Ti的氮化物，因此其在范性流变的初中期形成并长大，多系由夹杂物成核而形成；另一类为细小的韧窝，其直径≤5μm，其在范性流变的后期形成，多系由细小碳化物等第二相形核而成，其原因为细小碳化物与基体组织的联结力较强。由于00Cr12Ti的微观组织为等轴铁素体晶粒，不存在条带组织和分层特征，因此，整个断口形貌表明00Cr12Ti塑性较好。

3 结论

（1）00Cr12Ti微观组织为等轴铁素体晶粒，有极少量的碳化物存在。

（2）00Cr12Ti室温拉伸应力-应变曲线为连续过渡型，没有明显的屈服平台。性能为：σ0.2=345MPa，σb=445MPa，δ=29%，ψ=76%，硬度为 86HRB，具有较高的强度和优良的塑性。

（3）00Cr12Ti的室温拉伸断口为韧性断口，微观形貌为大小不均匀的两种韧窝聚集。一类为尺寸大而深的等轴韧窝，直径大约在10～20μm之间，在范性流变的初中期即行形成并长大，多系由夹杂物成核形成；另一类为细小的韧窝，其直径≤5μm，在范性流变的后期出现，多系由细小碳化物成核形成。

[1]肖纪美.不锈钢的金属学问题[M].北京:冶金工业出版社，2006：182-210.

[2]刘瑞堂，等.工程材料力学性能[M].哈尔滨工业大学出版社，1998.

[3]王吉会，等.材料力学性能[M].天津大学出版社，2006：43-45.

[4]温军国.热处理对铁素体不锈钢组织与性能的影响[J].稀有金属，2006，30（3）：152-154.

[5]TSAI M C，CHIOU L S，DU J D，etal.Phase transformation in 410 stainless stell[J].Materials Science and Engineering A，2002，3321（1-2）:1-10.

[6]张旺峰，陈瑜眉，朱金华.一种新型的拉伸应力-应变曲线规律研究[J].西安交通大学学报，1999，33（10）:64-67.

[7]朱浩，朱亮，陈剑虹.铝合金在三种应力状态下的力学性能研究及断口分析[J].兰州理工大学学报，2006，32（6）:28-31.

The Research of Tensile Behavior and Fracture Feature of Ferrite Stainless Steel 00Cr12Ti

HU TianLei1，YANG RuiCheng1，2，MENG Wei1
（1.State Key Lab.of Gansu Advanced Non-ferrous Metal Materials,Lanzhou Univ.of Tech.Lanzhou 730050，Gansu China；2.Key Lab.of Non-ferrous Metal Alloys，The Ministry of Education,Lanzhou Univ.of Tech.Lanzhou 730050，Gansu China）

The mechanics p roperties of 00Cr12Ti ferrite stainless steel at room tem perature have been tested and assessed，inc lud ing m icrostructure of hot-rolled state，tensile p roperties and fracture characteristics and origin.Experimental results showed：the room tem perature tensile frac ture surface of 00Cr12Ti was duc tile frac ture,m icromorphology gathered for non-uniform d im p le w ith two d iffrent kinds of d imp les appeared on fracture.The big d imp les formed and g rew by foreign impurity in the early and med ium term of p lasticity rheology while the sm all ones formed by little carb ides in the anaphase of p lasticity rheology.The m icrostructure of 00Cr12Ti were equiaxed ferrite g rains which d id better impact on tensile p roperties and frac ture charac teristics of 00Cr12Ti.

Ferrite stainless steel；Tensile；Frac ture；M ic rostructure

TG142.71;

A；

1006－9658（2010）04－3

2010－04－01

2010－046

胡天雷（1985-），男，在读硕士研究生