奥氏体不锈钢薄板冷轧变形量与硬度和强度的相关性研究

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作者：

聂志水

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摘要：

在日新月异、发展迅速的汽车、食品、家电、石油化工和医疗器械等行业中,奥氏体不锈钢无磁性而且具有良好的韧性和塑性、耐腐蚀性,应用广泛。奥氏体不锈钢具有多种其它金属没有的优异性能,是一种具有优异耐久性和再循环性的材料；其中,冷轧板在汽车车体制造领域有广泛的应用。不锈钢冷轧钢板的表面质量、外观、尺寸精度均优于热轧板,且其产品厚度可轧薄至0.18mm左右。这种钢在冷加工过程中产生明显的加工硬化,其中主要原因是应变诱导马氏体相变。本论文针对实际生产中,需要对冷轧不锈钢薄板的最终产品硬度进行控制,保证冷轧板具有较好的塑性和一定的后续成型能力,以避免由于冷轧过程引起的加工硬化使得产品硬度和强度过高,影响到下道工序的用户使用,使下面用户的废品率和能耗升高。本文对奥氏体不锈钢薄板冷轧规律进行了较为系统的方案设计和实验研究,分析了在冷轧过程中301、304不锈钢硬度和强度随变形量、组织演变、应变诱发马氏体含量的变化规律及其关联,建立了拉伸强度与冷轧硬度之间的数学模型,提出了通过拉伸强度来预测相同应变下冷轧硬度的方法,实验表明,该方法能够较好的预测薄板冷轧后的硬度。本试验的母材为1mm厚的国产301不锈钢薄板和0.5mm厚的国产304不锈钢薄板。 本文的创新之处在于用一种新的方法,来研究不锈钢薄板冷轧时的硬度变化规律,这种方法就是通过不锈钢母材的拉伸强度来得到它的硬度随变形量的变化规律。在实际生产中,通过本文提出的拉伸强度与冷轧硬度之间的数学关系,可对301、304奥氏体不锈钢母材进行拉伸试验来取代试轧,将拉伸强度代入此关系即可预测某一强度对应应变下的冷轧硬度,有很好的预见性,节约成本,提高效率。可望将这一规律扩展应用到其它钢种,对生产实践具有很大的指导意义。 通过试验研究发现,301与304奥氏体不锈钢的加工硬化速率有所区别,301不锈钢的加工硬化速率要大于304不锈钢,304不锈钢的塑性要优于301不锈钢,但两者的冷轧变形量与硬度及拉伸变形量与硬度的变化趋势是一致的,且都符合本文这个规律,可以通过强度来近似推出冷轧硬度的变化。冷轧和拉伸引起301、304不锈钢中α′-马氏体的形成和γ相的减少。随着变形量的增大,Y相逐渐转变为α′-马氏体,α′-马氏体含量逐渐增加,硬度和强度也随之提高,形变诱发马氏体相变是导致301、304奥氏体不锈钢冷变形时产生加工硬化的主要原因,得到的马氏体组织以板条马氏体为主。 301、304奥氏体不锈钢冷轧时会诱发马氏体相变,伴随晶粒里面剪切带之间交割量的增加,导致形变诱导马氏体相变产生的α′-马氏体量随之增加,形变量越大,加工硬化程度越高,观察发现有表面浮突的马氏体组织,透射电镜下可以看到板条状α′-马氏体。进行精细结构观察,当301、304不锈钢冷轧形变量很大时,可以看到在奥氏体基体中剪切带和剪切带交割的出现,可见形变后出现了板条状α′-马氏体,大量的位错线塞积,说明形变诱发马氏体相变生成的α′-马氏体中存在高密度的位错。在冷加工过程中,这些剪切带交割和位错堆积在交隔处为α′-马氏体的形成提供了潜在的形核位置,α′-马氏体在剪切带交点上形核产生。 随着冷轧变形量的增大,301、304不锈钢的硬度和强度逐渐增大。当冷轧20%时,301不锈钢试样的维氏硬度提高到原始硬度的2.2倍,屈服强度提高到原屈服强度的2.4倍。冷轧40%,304不锈钢维氏硬度是未变形时的2.2倍,屈服强度、抗拉强度分别增大到未变形时的4.2倍(880MPa)、1.8倍(1312MPa)。从数值上来看,304奥氏体不锈钢板材的抗拉强度约是维氏硬度的3倍。因此冷加工是对301、304不锈钢的一种合适的强化方法。

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关键词：

奥氏体不锈钢薄板 冷轧变形 维氏硬度 加工硬化 马氏体相变 力学性能

DOI：

10.7666/d.y2156245

被引量：

2

年份：

2012