轧制退火后316L奥氏体对不锈钢晶界特征分布

杨 斌

（华中科技大学 文华学院，湖北 武汉 430074）

1 轧制退火的前期准备

（1）1电阻炉。电阻炉是应用电流透过导体直接产生的焦耳热，就是热源的电炉。按照电热产生的方式不同，可以将这些电阻炉划分为：直接加热与间接加热。在直接的加热电阻炉中，这些电流会直接的透过物料，因为电热的功率大多处在物料的本身，因此这些物料在加热时就比较快，能够适用我们所需的各种快速加热的工艺，比如锻造坯料的加热。在实际应用中，绝大部分的电阻炉为间接加热电阻炉，而对其实施专有的来实现电-热转变的电阻体，我们称之为电热体，这样就能够包热能直接的传给炉中的物料。

（2）奥林巴斯GX51金相显微镜。利用此设备进行试样金相组织的观察，并用配备的数码相机拍摄金相照片。该设备具有较高的放大倍数,可对样品观察区域进行50、100、200、500倍的放大并进行拍照。本次实验，主要用放大200倍的镜头进行拍照。

（3）3EBSD技术。EBSD是可以做快速而准确的晶体取向测量的强有力的分析工具。在SEM中，其精确度高于0.5度，空间分辨率为0.5(FESEM)。此方法的主要优点在于：在用户选择的特定点上，显微组织（如晶粒、相、界面、形变等）能与晶体学关系相联系。EBSD的主要应用是取向和取向差异的测量、微织构分析、相鉴定、应变和真实晶粒尺寸的测量。 归纳起来，EBSD技术具有以下四个方面的特点：①对晶体结构分析的精度已使EBSD技术成为一种继X光衍射和电子衍射后的一种微区物相鉴定新方法；②晶体取向分析功能使EBSD技术已逐渐成为一种标准的微区织构分析技术新方法；③EBSD方法所具有的高速（每秒钟可测定100个点）分析的特点及在样品上自动线、面分布采集数据点的特点已使该技术在晶体结构及取向分析上既具有透射电镜方法的微区分析的特点又具有X光衍射（或中子衍射）对大面积样品区域进行统计分析的特点。

（4）维式硬度计。一种机、光、电、算一体化的高新技术产品，特别适合金属薄小试件、脆性材料的显微硬度检测。结构特征概述：采用无摩擦主轴结构，确保试验力稳定，测试精度高。采用微机技术、角位移传感技术于一体，实现试验过程、硬度值显示自动化。运用计算机技术、CCD图像处理技术，实现试验压痕捕捉、处理、测试、数据打印自动化。

2 316L奥氏体对不锈钢晶界结果的一些讨论

（1）根据再结晶理论，冷变形金属在加热时会依次经历回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。从组织上看，回复阶段的组织变化为晶粒内的胞状位错结构转变为亚晶；再结晶阶段是以产生无畸变的新晶核，然后在变形金属基体内长大，形成大角度晶界的新晶粒为标志的。下面具体分析316L不锈钢小形变退火过程中亚晶，晶粒尺寸和晶界特征分布的演变过程。

（2）形变热处理后后特征晶界分析。经过EBSD测试，各种数据都能够通过运算得出。整理各类数据，通过图形、表格直观地表达出样品的晶界特征。在各方面数据中主要，提取特殊晶界的分布特征、特殊晶界比例以及特殊晶界中∑3、∑9、∑27的比例。特殊晶界分布密集比例越高，不锈钢抗腐蚀性越强；晶簇越大一般晶界比例越小，不锈钢抗腐蚀性越强。从以上几方面入手，对比不同变形量和退火时间条件下，得出优化效果的变化规律。

3 316L奥氏体对不锈钢晶界特征分布

（1）变形量对轧制退火后316L不锈钢特殊晶界比例的影响。通过本次实验研究可以观察到，316L奥氏体不锈钢的初始晶粒尺寸在35m左右，经过轧制退火的处理后，Σ3晶界的比例都比处理前有明显的增加，而且随着变形量增加呈现增加的趋势，Σ3晶界的比例随变形量呈现出先增后趋于平缓的趋势。Σ9和Σ27晶界的比例也比轧制退火前有很大的增加，轧制退火后的比例都随着变形量的增加而增加。Σ9和Σ27晶界的比例和Σ3晶界的比例变化规律不相同，可能是和共格Σ3晶界的比例有关，若是共格Σ3晶界较多则不易派生出Σ9和Σ27晶界，若非共格Σ3晶界较多则较易派生出Σ9和Σ27晶界。在本实验中，变形量增大时，虽然Σ3晶界的比例略有降低，但是Σ9和Σ27晶界的比例却是升高的，这便有可能是非共格Σ3晶界的比例增加了。

（2）退火时间对轧制退火后316L不锈钢团簇的影响。团簇（Cluster）是晶界特征分布是否优化的重要表征。若团簇的体积与轧制退火前的相比有较为明显的增大，而且有特殊晶界团簇打断团簇，则晶界特征分布就得到优化。在轧制退火过程中团簇体积的变大还是十分明显的。团簇尺寸与晶粒尺寸之比更明白的反映了团簇的体积变大程度。随着退火时间的增长，在一定范围内团簇的体积相应变大，超过一定范围团簇的体积相应变小。2.5%变形量试样，在24h内，团簇体积随退火时间增长而增大；4.5%变形量试样在6h内存在一个临界值，在临界值范围内，团簇体积随退火时间增长而增大，超出临界值后团簇体积随退火时间增长而减小。4.5%变形量退火2h试样和2.5%变形量退火24h试样的团簇变化是最为明显的。另外，特殊晶界打断团簇是晶界特征优化的另一个重要特征。通过观察各个试样的轧制退火前后的各种晶界分布的图可以看出，未经处理前也有晶界打断团簇的现象但不是很常见，经轧制退火前后各个试样晶界打断团簇的现象都很明显，并且团簇越大打断越明显。

（3）退火时间对轧制退火后316L不锈钢特殊晶界比例的影响。2.5%试样：退火2h→退火24h，特殊晶界比例增大。4.5%试样：退火2h→退火6h→退火24h，特殊晶界比例减小。4.5%变形量试样与2.5%变形量试样相比，由于变形量的增大储能相应增多。试样中的储能在变化过程中，消耗特殊晶界。因此，4.5%变形量试样的最佳优化临界值对应退火时间，要比4.5%变形量试样的对应值要小。在晶界工程过程中，要达到最佳的优化效果必须掌握好这个退火时间临界值。

（4）补充和改进。在本次实验中，我们发现了316L不锈钢轧制退火后的晶界特征分布状况同钢的变形量和退火时间有一定的对应关系。在一定范围内，316L不锈钢随着变形量的不断增大而优化效果变好。同时，在一定范围内，316L不锈钢随着退火时间的不断增长而优化效果变好。我们所观察的5个不同处理的试样是按照这个趋势变化的。为了进一步反映详细规律，可以另外多加几个试样，在较小的间隔内更为细致精确地确定究竟在哪个范围内316L不锈钢的轧制退火后的晶界特征分布状况是最优的。这样既可以使得晶界特征分布优化效果最好，同时保证晶粒尺寸不会影响钢的力学性能。

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