退火温度对430不锈钢冷轧板组织和力学性能的影响

黄旭

摘 要：针对本公司生产的 430 不锈钢冷轧板，通过高温连续退火实验研究了退火温度对材料显微组织、强度、塑性以及各向异性性能的影响. 通过实验得到了合理的两段式加热连续退火工艺：选取中间温度为 600 ℃，加热 II 段的加热速率为 6.9℃·S-1，最高加热温度为 840 ℃ . 随着退火温度的升高，薄板的屈服强度和硬度呈明显的两阶段降低趋势，延伸率呈“S”型趋势增加，平均塑性应变比基本保持不变（1.25 左右），而轧制平面各向异性指数有一定的降低.

关键词：不锈钢;退火温度;显微组织;力学性能;拉伸试验

430 不锈钢属于最早开发的铁素体不锈钢钢种之一，主要应用在汽车、家电等行业. 冷轧后的 430不锈钢板内部含有大量的缺陷无法直接使用，需要通过再结晶退火进行软化处理. 本文针对本公司生产的430 不锈钢冷轧板（下文简称薄板），沿轧制方向上取 0°、45°和 90°三个不同方向上的试样，在不同退火温度条件下进行模拟退火实验，对退火后薄板的显微组织和力学性能进行检测，得到退火温度对薄板显微组织、强度、塑性和各向异性性能的影响.

1.实验材料及方法

以本公司生产的 430 不锈钢冷轧薄板为原材料，分别从与轧向呈 0°、45°和 90°三个方向上各取八块 160 mm × 40 mm 尺寸的退火试样.模拟退火实验.在实际生产过程中，430 铁素体不锈钢冷轧薄板采用两段式加热的退火工艺，首先，将带钢以 15 ℃·S-1的加热速率加热到 560 ℃ 的中间温度，随后以 6.9 ℃·S-1的加热速率加热到 870 ℃左右的温度，并迅速冷却以避免不利组织和织构的生成. 由于软化过程主要发生在加热Ⅱ段，所以加热Ⅱ段的加热速率和最高加热温度（Tmax）是决定430 不锈钢冷轧板连续退火过程的两个主要因素.为了模拟实际过程，退火实验中保持加热Ⅰ段的加热速率和中间温度以及加热Ⅱ段的加热速率不变，分别为15 和 6.9℃·S-1，最高退火温度分别取620、660、690、730、770、810、840 和 880 ℃ .根据 GBT5027—2007，从退火后的试样上裁取两个相同规格的拉伸试样（平行区宽度为 12 mm，标距为 50 mm），取两个试样的平均值作为拉伸试验结果. 拉伸试验在 WDW--200D 微控电子万能拉伸试验机上进行. 当延伸率为 12% 时，测量平行区的宽度以计算塑性应变比 r（Lankford 值）. 得到不同退火工艺下 0°、45°和 90°薄板试样的 r0、r45 和 r90 后，利用计算平均塑性应变比 r 和平面各向异性指数 Δr. 为了分析退火工艺对薄板强度和延伸率的影响，在同一退火工艺下取 0°、45°和 90°三个方向上强度和延伸率的平均值作为该退火工艺下薄板的强度和塑性同时，从退火后试样上取 6 mm × 10 mm × 0.4mm（轧向长度 × 横向长度 × 厚度）的小试样进行组织和硬度的测量. 将试样轧制方向的截面研磨抛光以后，利用 FeCl3 盐酸溶液进行侵蚀，在 Leica 光学显微镜观察其显微组织，利用数显维氏硬度计对不同退火条件下的薄板硬度进行测量.

2 实验结果

2.1 对薄板组织和硬度的影响

430 不锈钢冷轧板内部显微组织随退火温度的变化由于铁素体不锈钢的层错能较高，在晶粒的堆垛层中出现的层错现象较少，所以塑性变形主要以位错的滑移机制为主，经过大的冷轧压下量后会出现大量的晶内变形带. 对于 430 铁素体不锈钢冷轧板，当最高退火温度为 620 ℃ 时，材料内部基本保留了冷轧态时的组织特点，当最高退火温度为690 ℃ 时，在变形带内部零星地出现一些细小的再结晶晶粒，说明在此温度时刚开始出现再结晶的形核现象，而且再结晶晶粒趋向于在变形带内部形核;当最高退火温度达到 730 ℃ 时，材料内部的再结晶已经达到了一定的程度，但依然有一些较为明显的变形带和一些较大的形变晶粒;当最高退火温度在840 ℃ 左右时，材料基本接近完全再结晶;最高退火温度达到 880 ℃ 時，就可以得到均匀等轴的铁素体组织，晶粒平均尺寸约为 13.8 μm，在退火过程中冷轧薄板的软化可以分为两个阶段：第一阶段是回复软化机制，主要发生 600 ～ 690 ℃ 的温度范围内，在回复阶段材料的显微组织不会发生明显的变化，而硬度则从 HV 256 降低并稳定在 HV 220 左右;第二阶段是再结晶软化机制，发生在 690 ℃ 以上的温度范围内，在 690 ～ 810 ℃的退火温度范围内薄板硬度迅速降低，当温度达到 810 ℃ 以上时硬度基本不发生变化，维持在 HV 145 左右.对于 430 不锈钢冷轧薄板的两阶段式加热的退火工艺，可以将中间温度设定在 600 ℃ 左右.当温度在 600 ℃以下时薄板的显微组织和力学性能基本不会发生明显的变化，所以加热Ⅰ段的加热速率不需要进行精确控制，只要精确控制加热Ⅱ段的加热速率和最高加热温度 Tmax，即可以得到满足要求的 430 不锈钢薄板.

2.2 对薄板强度和塑性的影响

通过对不同退火条件下的材料进行拉伸试验，得到了 430 不锈钢冷轧板的强度和延伸率随退火温度的变化关系，随着退火温度的升高，抗拉强度呈降低的趋势，降低速率逐渐减小并最终稳定在 450 MPa 左右. 同时，屈服强度随退火温度的升高也有一个较为明显的两阶段降低趋势，在 690 ℃之前屈服强度的降低速率逐渐变缓，在 690 ℃左右时降低速率有一个剧烈的增加，随后逐渐变缓，屈服强度最终稳定在 320 MPa 左右.薄板的延伸率随着退火温度的升高有一个明显的“S”型变化规律. 当退火温度低于700 ℃ 时，虽然薄板的强度有较为明显的降低，但是其延伸率基本维持在 2.5% 以下，随着退火温度的进一步升高延伸率迅速增加，完全退火后薄板的延伸率约为 34.5% .通过对拉伸应力--应变曲线处理，得到 430 冷轧板在不同退火状态下加工硬化指数 n 的值，在 730 ～810 ℃的范围内随着退火温度的升高 n 值明显升高，当退火温度高于 810 ℃ 以后 n 值基本稳定在0.26 左右. 在 430 不锈钢冷轧板的退火过程中，随着退火温度的升高材料内部的残余应变量减少，进而使得薄板的加工硬化率逐渐升高，当退火温度高于 810 ℃以后薄板已经接近完全软化，n 值基本保持不变

3 结论

（1）通过模拟退火实验得到430 不锈钢冷轧薄板合理的退火工艺制度：加热Ⅰ段的加热速率可以不进行精确控制，选取中间温度为 600 ℃;加热Ⅱ区的加热速率保持 6.9℃·S-1，最高退火温度为 840 ℃ .（2）随着最高退火温度的升高，430 不锈钢冷轧板的屈服强度和硬度呈明显的两阶段降低趋势，延伸率呈“S”型增加趋势;最高退火温度对平均塑性应变比 r 的影响很小，r 值维持在 1.25 左右;轧制平面的各向异性指数 Δr 随着最高退火温度的升高有所降低，说明较高的退火温度利于增加薄板的抗褶皱性能

参考文献

[1]李京筱.冷轧工艺对301L不锈钢组织及性能的影响[D].西华大学，2018.

[2]罗利阳，宁天信，张春林，王新鹏，陈帅超.S32760超级双相不锈钢冷轧板的组织和性能[J].中国冶金，2017，27（03）：16-22.