304L不锈钢经大应变冷轧和温轧处理后的退火表现

外文翻译

《304L不锈钢经大应变冷轧和温轧处理后的退火表现》

摘要

将304L型奥氏体不锈钢在环境温度和573K下进行平板轧制以达到完全的三相应变，然后在873K,973K和1073 K的温度下退火。退火过程中的结构变化与奥氏体逆转（冷轧样品），再结晶和晶粒生长有关，这取决于退火温度。冷轧和冷轧样品在经过973K / 1073K退火后，得到的晶粒生长指数为4和5，而晶粒粗化非常缓慢却发生在873K下。奥氏体区退火过程中的组织相变特征为：冷/热轧组织的逐渐细化，尽管主要的结构组织成分如黄铜，{110} <112>和硫，{123} <634>仍保留在退火样品中，与微观组织演化的退火机制无关。退火期间的晶粒粗化的同时也伴随着晶粒的逐渐软化。通过冷/暖轧加工退火后的超细晶粒钢的屈服强度可以通过霍尔-彼特的类型关系表示，σ0= 160MPa，ky = 470MPa m0.5。

关键词：奥氏体不锈钢；热机械加工；电子显微镜；相变；再结晶；组织

1.简介

铬镍奥氏体不锈钢是从厨房用具到宇宙飞船零件的各种工程应用中使用最广泛的结构材料之一。奥氏体不锈钢经常以冷轧半成品的形式生产。在冷轧的众多优点中，有一点需要特别强调，那就是关于具有低堆垛层错能（SFE）的面心立（fcc）奥氏体不锈钢，即强化。此时屈服强度可以提高到2000MPa以上。然而在另一方面，大变形冷加工也会导致塑性的急剧下降。在经过相当大的轧制变形之后，拉伸试验中的总伸长率可能降低到几个百分点。这个缺点限制了冷轧奥氏体不锈钢作为半成品的深加工，例如多种冲压成形工序。此外，奥氏体不锈钢通常在冷加工过程中的应变诱发的马氏体相变，会使钢的物理性能发生变化，这对它在某些方面的应用可能是非常有害的。在冷加工的奥氏体不锈钢中回收塑性和奥氏体组织的常用方法是在高于奥氏体反转的温度下进行退火处理。冷轧和热处理的适当组合可以产生很好

的机械性能，包括高强度和足够的延展性。冷加工和退火奥氏体不锈钢的极具吸引力的机械性能归功于其具有的超细晶粒（UFG）微结构。由于退火（马氏体相变为奥氏体）相变后奥氏体的再结晶，后者在冷加工钢中容易发生。在随后的退火过程中，在大部分应变金属材料中，特定重结晶机制青睐于产生UFG结构。在持续的动态后再结晶方面，已经考虑了亚微晶或纳米晶体金属和严重塑性变形处理的合金的退火行为。与冷加工材料中的普通不连续再结晶相反，连续重结晶不会产生任何成核阶段，并且在加热时发展得很好，当由先前的大应变变形产生的超微晶体开始均匀地生长时自发或短暂重结晶。

尽管对通过冷加工退火处理的UFG奥氏体不锈钢进行了大量研究，但是UFG 微结构形成的机理，即奥氏体反转和重结晶、退火过程中的UFG结构稳定性以及组织相变的过程仍然没有得到足够详细的描述。奥氏体反转的操作机理，即剪切或扩散，取决于吉布斯自由能的差异，尽管这两种机制经常被认为是同时运行的。另外具有完全奥氏体组织的加工硬化不锈钢也可以通过在高温下温热轧制得到，约0.3〜0.4 Tm（同源温度/熔点）。然后，后续的退火处理可以得到UFG微结构和改善的机械性能。然而，退火过程中UFG显微组织/纹理演化的规律以及对大应变温轧后的奥氏体不锈钢的机械性能的影响尚不清楚。

本工作的目的是研究具有增强耐腐蚀性的奥氏体不锈钢在经过冷轧和温轧以达到大的总应变的过程中的退火行为和机械性能。本文介绍了在室温和573K下轧制过程中产生的变形微观结构对退火微观结构的影响的比较分析，特别是晶粒粗化动力学和组织相变。

图1 在温暖（b）和冷（c，d）轧制过程中，304L型不锈钢的初始（a）和变形（b-d）微观结

构演变为总三相应变。

2. 试验

研究了304L型奥氏体钢（Fe-0.04C-18.2Cr-8.8Ni-1.65Mn-0.43Si-0.05P-0.04S，全部以重量％计）。钢在1100℃下热锻，然后空气冷却，得到平均晶粒尺寸为24μm 的均匀微观结构。使用2辊轧机在室温（293K）下以5m / min的线速度和等温条件下的573K下进行轧制，将轧辊和样品都预热至指定温度（注意，在多次轧制中忽略可能的应变诱导加热，对于冷和热处理，每个轧制通过中减少约10％）。将样品轧制至总真实应变ε= 3（厚度从30mm减小到1.5毫米）。轧制样品在常规马弗炉中在873至1073K范围内的各种温度下退火，然后水淬。通过维氏硬度试验研究退火软化，

负载为3N 。使用JEM-2100透射电子显微镜（TEM ）和装备有电子背散射衍射的Nova Nanosem 450扫描电子显微（TEM ）进行微结构和纹理表（EBSD ）分析仪在垂直于横向（TD ）的样品部分。通过对通过X 射线分析，磁感应法和EBSD 技术获得的数据进行平均，确定了应变诱导马氏体的体积分数。横向晶粒尺寸用方向成像显微镜显微照片通过沿法线方向（ND ）的线性截距法测量。除定向成像显微镜外，晶粒/亚晶粒之间的取向误差也通过常规TEM 菊池线法进行聚焦束技术分析。通过拉伸试验评估加工样品的机械性能，使用标准长度为12mm ，横截面为3.0×1.5mm 2的扁平试样。使用Instron 5882试验机在环境温度和2mm / min 的十字头速率下测试样品。拉伸轴平行于轧制方向（RD ）。

图2欧拉空间中奥氏体和马氏体相的主要结构组分的位置以及冷轧后的304L 型

不锈钢的方向分布函数（245φ=︒）

表1纹理组件的定义

3. 结果与讨论

3.1变形微结构和组织

在对冷轧和温轧进行研究后，钢中形成的变形微观结构以及初始的热锻造微观结构如图1所示。温轧微观结构由扁平的波状奥氏体晶粒/亚晶粒组成，其沿着轧制方向高度伸长。轧制微观结构的波浪特征是由于穿过扁平谷物/亚种族的微锯齿带的高密度产生的。另一方面，冷轧伴随着应变诱发马氏体转变。马氏体级分在本样本中包含0.75。因此，冷轧微观组织主要由具有残留奥氏体的高伸长（层状）应变诱导马氏体组成。类似于暖轧，在冷轧过程中经常发展的微锯齿带。