304不锈钢抗拉强度试验影响因素分析

304不锈钢抗拉强度试验影响因素分析

作者：林剑峰

来源：《科学与财富》2016年第25期

摘要：文章通过试验，对比分析了不同试验速率与温度对奥氏体304不锈钢拉伸性能测试结果的影响规律，总体上的试验结果表明，试验速率对测定结果的影响较小，环境的温度变化才是测定结果波动的主要影响因素，以期本试验研究分析可指导生产检测与产品验收。

关键词：奥氏体304不锈钢；拉伸试验；马氏体；环境温度；试验速率

拉伸试验是力学性能试验中最基础、最常用的试验，拉伸试验中给出的性能指标也是在工业上应用最广泛的材料性能指标。304不锈钢是一种通用型奥氏体不锈钢，它的金属制品耐高温，韧性高，加工性能好，广泛使用于工业和家具装饰行业和食品医疗行业。拉伸性能是其力学性能测试中最基本、最通用的检验指标，也是304不锈钢产品的最基本交货依据。由于304不锈钢属于非稳态奥氏体不锈钢，在拉伸试验变形过程中会发生应变诱发相变产生马氏体，但金属材料本身材质的不均匀性以及在应变强化过程中温度、速率、应变量等均可影响应变诱发马氏体的转变量、转变速率等方面的情况，使得抗拉强度测定结果存在差异，不利于测试的进行。因此，有必要对拉伸试验检测结果波动的影响因素进行分析，掌握不同测试条件下拉伸性能测试结果的变化规律，从而对所检验的材料做出科学的评价。

1试验材料与试验方法

1.1试验材料

试验材料选用厚度为20mm、共3个炉号的热轧固溶态304不锈钢板，不同炉号钢板的化学成分略有不同。

1.2 试验方法

采用不同试验温度（在GB/T228.1-2010规定的温度范围内10～35℃）和不同拉伸试验速率（上、下限分别略大于和略小于GB/T228.1-2010规定的拉伸速率范围0.005～0.008s-1）对上述304不锈钢板进行拉伸试验。拉伸试验用试样为螺纹头棒状试样，试样形状及尺寸如图1所示。拉伸试验前后分别测试试样均匀变形段的马氏体含量。拉伸试验采用德国产Z300高低温电子拉伸试验机完成，马氏体含量测定用瑞士产FeritscopeFMP30铁素体含量测定仪完成。

2 试验结果与讨论

2.1 304不锈钢加工硬化分析

奥氏体系不锈钢加工硬化机理有两种：一种是奥氏体相自身加工硬化，另一种是变形诱发马氏体相变产生硬化。304不锈钢属亚稳定奥氏体系不锈钢，因而变形马氏体形成的容易程度也成为其加工硬化的重要指标。恩杰尔（Anger T）提出可以用TMd30作为马氏体生成容易度的指标，TMd30是指单相奥氏体试样发生30%拉伸变形后，有50%的奥氏体组织转变成马氏体时的温度，单位为℃。

TMd30可根据材料化学成分按下式计算得到：

TMd30=551-462（wC+wN）-9.2wSi-8.1wMn-13.7wCr-29（wNi+wCu）-18.5wMo-68wNb-1.42（v-8.0）（1）

式中：v指晶粒度等级号。

通过3块钢板的TMd30计算值对比分析，发现3号钢板的TMd30明显高于其他两块钢板的，也就是说理论上3号钢板拉伸试验时更容易发生马氏体转变。

2.2 1号钢板拉伸试验结果与讨论

1号钢板拉伸试验的温度与拉伸速率均在GB/TT228.1-2010规定的范围内。由拉伸前后试样均匀变形段的马氏体含量得出，温度降低，拉伸试验后马氏体的转变量明显增加；相同温度，拉伸速率降低，拉伸试验后马氏体的转变量略有增加。

在标准规定的温度、拉伸速率范围内进行304不锈钢的拉伸试验时，试验速率的变化对抗拉强度Rm测定结果影响很小，且28℃以上时，试验速率增大，Rm增大；18℃以下时，试验速率增大，Rm减小；而环境温度的变化对Rm测定结果影响很大，即使是在较严格的控制温度范围内（23±5）℃，抗拉强度测定结果也会相差近50MPa，试验温度升高，Rm快速下降。这是由于304不锈钢属亚稳定奥氏体不锈钢，其应变硬化主要是由于奥氏体的加工硬化与应变诱发马氏体硬化综合作用的结果。温度较低时，马氏体转变硬化起主导作用，从而试验速率增大，Rm减小；温度较高时，马氏体转变量很少，奥氏体加工硬化起主导作用，从而试验速率增大，Rm增大。

2.3 2号钢板拉伸试验结果与讨论

2号钢板的试验主要考虑到不同的拉伸试验机对拉伸试验速率的控制不会很准确，实际操作时会有一定的波动。图2是日常检测时冬天、夏天的两个极端室温15℃和30℃下，不同试验速率下304不锈钢的抗拉强度试验结果。由图2可见，温度仍然是影响Rm的主要因素；在标准规定范围内，试验速率对Rm的影响很小。在15℃，0.002s-1试验条件下，抗拉强度Rm 会有较大增加，这是由于低温、低速率下马氏体的转变量快速增加造成的。

2.4 3号钢板拉伸试验结果与讨论

3号钢板是TMd30较高的钢板，理论上其奥氏体相对于1号和2号钢板更加不稳定。在相同速率下，温度升高，抗拉强度降低；相同温度下，速率升高，抗拉强度降低。在较严格的控制温度范围内18～28℃，抗拉强度结果相差也在50MPa左右。然而在28℃时，试验速率增大，强度减小而不是增大，这与1号钢板的规律相反。这是由于3号钢板的TMd30较高，应变诱发马氏体转变较容易，在28℃拉伸断裂后，马氏体转变量较多，从而导致拉伸变形过程中马氏体转变强化起了主导作用。所以在奥氏体应变强化起主导作用时，试验速率增大，抗拉强度增大；应变诱发马氏体转变强化起主导作用时，试验速率增大，抗拉强度减小。

3 结束语

综上所述，本文研究分析了不同试验参数，包括试验速率以及试验温度控制下304不锈钢拉伸性能指标的变化情况。实践结果表明，试验速率对测定结果的影响较小，环境的温度变化是测定结果波动的主要影响因素。希望通过本试验研究，能够对指导相关生产检测与产品验收提供有价值的参考。

参考文献

[1]王承忠.测量不确定度原理在理化检验中的应用[J].理化检验物理分册.2003（1-7）

[2]王丽英；彭忠义；刘战波.试验参数对304不锈钢拉伸试验性能的影响分析[C].国际冶金及材料分析测试学术报告会， 2008：49-55

[3]吴益文；华沂；吴海利；初敏.不锈钢板抗拉强度测量结果的不确定度评定[J].物理测试.2007， 25（2）：39-41

[4]林高用；张蓉；张振峰；任芝兰.变形速度对304奥氏体不锈钢室温拉伸性能的影响[J].湘潭大学自然科学学报.2005， 27（3）：91-94