控轧冷轧工艺对不锈钢性能影响的探讨

杨汉贵

摘 要：针对控轧冷轧工艺影响不锈钢性能方面的内容展开了探讨，结合具体的研究实例，详细阐述和分析了控轧冷轧工艺影响不锈钢的显微组织和力学性能，以期能为有关方面的工作提供有益的参考和借鉴。

关键词：控轧冷轧工艺；不锈钢；显微组织；力学性能

中图分类号：TG335.12 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.070

所谓“控轧冷轧工艺”，是一种主要用于生产板材的技术。该工艺的核心是在轧制过程中通过控制加热温度、轧制过程和冷却条件等工艺参数，改善钢材的强度、韧性和焊接性能，并将其应用于相关工作中。而不锈钢的组织和性能经过控轧冷轧的工艺改进后是否能提高，对相关企业来说有重要的意义。基于此，本文探讨了控轧冷轧工艺对不锈钢性能的影响，相信会对相关工作有所帮助。

1 实验方法

原料为某厂生产的0.99 mm厚的301不锈钢薄板，其成分如表1所示。在实验室的小型轧机上对薄板进行了多道次的冷轧，轧制后的钢板厚度不同，从不同厚度的钢板上截取试样，截取方向平行于板材面。利用HV-1000显微硬度仪测量其硬度，并利用显微镜观察组织金相。拉伸试验是在室温下进行的，选用的设备为DNS200微机控制的电子万能试验机。在试验时，将拉伸速度设为1 mm/min。对于拉伸试验的试样，则按照相关样式将母材薄板沿轧制方向线切割，利用维式硬度计测量定长拉伸时的硬度，并利用射线衍射仪进行相关的鉴定，最后利用Origin回归拟合数据。

表1 301不锈钢薄板成分w（%）

C Si Mn P S Cr Ni N Fe

0.09 0.51 1.05 0.032 0.003 16.15 6.1 0.06 余量

2 结果与讨论

2.1 显微组织

得到了不同冷轧变形样品后，利用光学显微镜进行观察，得到图1所示的显微照片。从图1中可以看出形变诱导马氏体相变后的状况，包括数量、形态和奥氏体相。经过比较发现，由于受到了较大的压应力和剪切应力的作用，冷轧后的试样出现了较大量的α′-马氏体，并且相界清晰可见，而前者数量较少，相界模糊。经过观察后发现，马氏体的成分主要为互相平行的板条组成的板条马氏体，这是因为其含碳量较低。这种板条马氏体具有位错密度较高的亚结构，所以，又被称为位错马氏体。α′-马氏体首先要形核，紧接着就要生长，生长一般会偏向于剪切带一侧。随着冷轧过程的不断继续，马氏体的核也渐渐长大，含量也不断地随着变形量而增加，原核在这一过程便会渐渐消失。

变形量不同，马氏体的含量也不同。随着变形量的增大，马氏体的含量也在不断增大，奥氏体的含量在不断减小。衍射峰的强度也与冷轧变形量有关。从图1中可以看出，当冷轧变形量达到29%时，随着变形量的增加，衍射峰明显变强，相反，奥氏体相的衍射峰值则变弱。在拉伸试样时，由于拉伸的效果和变形量不及冷轧，所以，其处于中间阶段。这样的结果显然是与先前的相关研究结果相吻合。以上的分析为301不锈钢加工硬化机理提供了理论依据。

2.2 力学性能

经过分析得到如图3所示的301不锈钢硬度在冷轧时与变形量之间的关系，即拟合以后的曲线。拟合后的表达式为：

. （1）

式（1）中：y为钼含量（微克数）；x为仪器读数；x0、dx、A1、A2均为常数，表示奥氏体不锈钢材料组别。具体的取值情况如表2所示。

从图3中可以看出，开始时，硬度随着压下率的变大而增大，其速度还是比较快的，在超过了35%的冷轧压下率后，硬度增大的速度逐渐放缓，并渐渐趋近于1个极限饱和值。在冷轧压下变形率超过35%后，形变诱导使组织中生成了大量的马氏体，进而增加了相变的难度，相变速率放缓，位错密度增大，硬度就会渐渐趋向于饱和状态。

表2 对原始数据拟合得到的拟合函数表达式的系数值

硬度类别 x0 dx A1 A2

冷轧硬度 3.981 11.650 -4.278 532.345

定长拉伸硬度 -97.151 23.745 -24 151.780 625.755

全拉伸强度 20.185 10.136 149.756 1 327.100

图1 两种奥氏体不锈钢硬度与冷轧压下率的关系

通过比较图1（a）和图1（b）发现，即便是二者在尺寸上具有较大的差距，但是，301奥氏体不锈钢的硬化机理与304奥氏体不锈钢的硬化机理接近，都处于加工前期。随着变形量的增大，硬化速率也比较大，后期硬化速率则放缓趋近于平缓。通过后面的相关实验可得，由于形变诱导马氏体相变造成了加工组织硬化现象。当然二者也存在不同之处，在塑性方面，304不锈钢显然是优于301不锈钢的，而在初始时和冷轧加工过程中，301不锈钢的硬度优于304不锈钢。由测试可得，取冷轧时的变形量为50%，通过曲线可以获得301不锈钢的硬度，其大约为520 HV，而实际读取的304不锈钢的硬度值则为477 HV。图2为301奥氏体不锈钢定长拉伸变形量-硬度及其拟合曲线。与图1对比发现，二者在变形量低于41%时，变化趋势是一样的。但是，拉伸在硬度达到最大值时，形变量小于冷轧时，其硬度达到了最大值的形变量。图3为301奥氏体不锈钢母材拉伸工程应力-应变及

其拟合曲线。由以上分析可知，形变诱导马氏体相变是301不锈钢在不同的加工工艺下硬度和强度不断增大的原因。

图2 301奥氏体不锈钢定长拉伸 图3 301奥氏体不锈钢母材拉伸工

变形量-硬度及其拟合曲线 程应力-应变曲线及其拟合曲线

通过以上分析可知，对于冷轧，大部分奥氏体是在形变量为75%左右完成转变的，再继续变形时，不但具有相变和变形，由于不断生成马氏体，主要以板条马氏体为主，位错密度会不断增加，最终导致变形抗力不断增加，硬度、强度的增大变缓。比较母材拉伸和经过20%变形量冷轧后，拉伸的工程应力-应变曲线发现，二者的加工硬化效果旗鼓相当。但是，不同的屈服强度表明了冷轧对材料屈服强度的提高还是很显著的；而冷轧后的塑性却降低了。之所以会这样是因为，在冷轧过程中，奥氏体经形变诱导马氏体相变是在强度和硬度提高的同时降低了其塑性。

3 结束语

综上所述，深入分析和探讨了控轧冷轧工艺对不锈钢显微组织和力学性能的影响，并结合了具体的实验案例，详细阐述了相关方面的内容，旨在为相关工作提供参考和帮助。

参考文献

[1]王泾文.预冷轧对1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢力学性能的影响[J].热加工工艺，2004（02）.

[2]裴宇，宋仁伯，杨富强，等.退火工艺对304HC奥氏体不锈钢钢丝组织和性能的影响[J].武汉科技大学学报，2013（01）.

〔编辑：白洁〕