冷轧钢板的再结晶退火

冷轧钢板的再结晶退火

再结晶退火是将经冷塑性变形的金属加热到再结晶温度以上、"7"

以下，经保温后

冷却的热处理工艺。钢材经过冷轧变形后，金属内部组织产生晶粒拉长、晶粒破碎和晶体缺陷大量存在现象，导致金属内部自由能升高，处于不稳定状态，具有自发地恢复到比较完整、规则和自由能低的稳定平衡状态的趋势。这是经过冷塑性变形的金属在随后的热

处理过程中能够发生组织和性能变化的内在因素。然而在室温下，金属的原子动能小，扩散能力差，扩散速度小，这种自发倾向无法实现，必须施加推动力。这种推动力就是将钢加热到一定温度，使原子获得足够的扩散动能，才能消除晶格畸变，使组织和性能发生变化。随着加热温度的升高，组织和性能的变化可经过, 个阶段，即回复、再结晶、晶粒长大，如图" % # 所示。

一、回复

当加热温度不高时冷变形金属中微观内应力显著降低，强度、硬度变化不大，塑性和

韧性稍有上升，显微组织无显著变化，新的晶粒没有出现，这种变化过程称为回复。在回复阶段，冷变形金属中的主要变化是空位和位错的移动，位错的重新排列，以及由空位、位错与晶体内界面的相互作用造成的空位和位错数目的减少。位错的运动，使得在晶粒中

原来杂乱分散的位错集中起来，相互结合并按某种规律排列起来，因而在变形晶粒中形成许多小晶粒。这些小晶粒之间的位向差很小，一般不大于!&，彼此间以亚晶界分开，内部结构接近完整状态，称为回复亚晶。在回复阶段，位错密度及亚结构尺寸无明显改变，因而金属的力学性能变化不大。

二、再结晶

冷变形金属加热到较高温度时，将形成一些位向与变形晶粒不同的和内部缺陷较少

的等轴小晶粒，这些小晶粒不断向周围的变形金属扩展长大，直到金属的冷变形组织完全消失为止，这一过程称为金属的再结晶。再结晶后冷变形金属强度和硬度显著下降，塑性和韧性大大提高，内应力完全消除，加工硬化消除。图! " # 表示冷变形金属在加热时力学性能的变化。

冷变形金属的再结晶过程一般是通过形核和长大过程完成的。有人认为再结晶核心

首先在变形晶粒畸变大的地方形成，这些晶核逐渐长大，直到相互接触为止，每个晶核都形成一个等轴晶粒。然而理论计算得到的形核的激活能很大，不可能依靠热起伏获得。

后来有人提出亚晶粒长大的形核理论，即位相差很小的亚晶粒可逐渐合并长大，当它和基体形成大角度晶界时，就能作为再结晶的核心，通过大角度晶界的移动来实现进一步长大。此外当相邻两晶粒由于变形不均匀而畸变能产生差异时，如果其中畸变能较低的晶

粒中亚晶粒长大可以降低另一晶粒的畸变能，则这一亚晶粒将直接长大成为再结晶的核心。至于亚晶粒究竟如何长大，至今有待进一步研究。

实践证明，当变形组织中存在着尺寸较大的夹杂物或第二相粒子时，由于它们的相界

面处晶格畸变较大，因而再结晶核心优先在夹杂物或第二相粒子的表面上形成。已经形

成的再结晶核心，将通过晶核与基体间界面的推移过程，不断向其周围的变形晶粒中扩展长大，直到变形组织完全消失，再结晶过程即告结束。

能够进行再结晶的最低温度称为金属的再结晶温度。应特别指出的是，再结晶时新

旧晶粒的晶格结构和成分完全相同，所以再结晶不是相变过程，没有恒定的转变温度，这是再结晶与重结晶的根本区别。再结晶过程的原动力主要是变形晶粒的畸变能，它的发

展必须通过金属内部原子的扩散移动来完成，因此再结晶过程能否进行主要取决于金属

中畸变能的高低和金属原子扩散过程能否充分进行。具体说再结晶温度与下列情况有

关：

（!）预先的变形程度。变形程度越大，金属畸变能越高，向低能量状态变化的倾向也

就越大，因此再结晶温度低。冷轧薄板厚度不大于!"#$$ 时，压下率大，再结晶温度低，因而在退火时温度也较低；而厚的钢板压下率较小，再结晶温度相对提高了，退火温度相

应的也有所提高。

（#）原始晶粒度。原始晶粒粗大，变形阻力小，变形后内能集聚较少，所以要求再结晶

温度较高。

（%）金属纯度和成分。金属的化学成分对再结晶温度的影响比较复杂。当金属中含

有少量合金元素和夹杂时，在多数情况下要提高再结晶温度，这可能是由于少量的异类原子与变形中产生的结构缺陷空位和位错交互作用，阻碍了这些缺陷的运动，使再结晶过程难以进行。当合金元素含量较高时，则可能提高也可能降低再结晶温度，这主要视合金元素对基体原子扩散速度的影响，以及合金元素对再结晶形核时表面能的影响而定。钼、铬等元素可提高钢的再结晶温度，利用这一规律可以改善钢的高温性能。

（&）加热速度的影响。加热速度越快或加热时间越短，再结晶温度越高，因此在生产

中退火温度一般比最低再结晶温度高!’’ ( #’’)。大量实际资料的统计结果表明：当变形程度较大时，各种金属材料的最低再结晶温度与其熔点的关系可用下式表示：

!再*（’"%+ ( ’"&’）!熔

式中，!再及!熔均以绝对温度表示。

三、晶粒长大

再结晶完成后，继续升高温度或延长保温时间，晶粒会继续长大。晶粒长大也是一个

自发的过程，它使晶界减少，能量降低，组织变得更加稳定。晶粒长大主要靠晶界的迁移来完成。较大的晶粒逐渐吞并相邻的小晶粒，晶界本身趋于平直化，三晶界的交角趋于

!#’,。在一般情况下，晶粒长大是逐渐进行的，称为正常晶粒长大。从再结晶完成到正常晶粒长大，称为一次再结晶。一次再结晶形成的晶粒称为一次晶粒。但是当加热到较高

温度或保温时间较长时，对有些钢来说，将产生二次再结晶，即有少数晶粒吞并其周围的一次晶粒并迅速长大，这种现象称为二次再结晶，其晶粒称为二次晶粒。单取向硅钢在高温成品退火中，高斯织构是通过二次再结晶来形成的。

对于碳素钢，晶粒粗大会降低强度、塑性、冲击韧性及冷弯工艺性能，因此不希望发生

二次再结晶。在生产中一次晶粒长大是不可避免的，重要的任务是要将晶粒度控制在一

定范围之内，尽量获得细小均匀的晶粒，这就是在制定退火制度时应予以考虑的重要问题。