隨著汽車尾氣排放等級(jí)化要求的不斷提高，汽車排氣系統(tǒng)熱端部分工作溫度最高已達(dá)到 950℃，這要求材料不僅要具備一定的耐高溫鹽腐蝕能力，更要求材料具備優(yōu)良的高溫性能，包 括高溫強(qiáng)度、耐高溫疲勞性能以及抗高溫氧化性 能。除了工作溫度較高的特點(diǎn)外，還具備比較復(fù) 雜的外形以滿足與發(fā)動(dòng)機(jī)組裝的需求，其加工過程涉及到?jīng)_壓、脹形、旋壓等各種變形方式，因 此材料還須具備優(yōu)良的室溫加工性能。

441是一種超低碳氮中鉻含鈮鐵素體不銹鋼，由于合金元素Nb含量較高，其綜合性能尤其是高溫性能得到顯著提高，在汽車排氣系統(tǒng)的熱端部分得到廣泛應(yīng)用。

研究表明，鈮作為強(qiáng)碳、氮化物形成元素， 可減少固溶體中的碳和氮，加之其細(xì)化晶粒的功能，對(duì)鋼的成形性可產(chǎn)生良好的作用。但隨著 Nb含量的增加，鋼的再結(jié)晶溫度提高；且Nb為易偏析元素，熱軋退火不充分可導(dǎo)致鋼板中條帶組織無(wú)法消除，影響最終成品性能。因此優(yōu)化生產(chǎn)工藝條件是提高鋼的成形性能的非常重要的技術(shù) 措施。影響鐵素體不銹鋼成形性的工藝因素包括熱軋工藝、熱軋退火制度、冷軋壓下規(guī)程、冷軋退火制度等，在退火制度中，退火溫度是影響顯微組織、織構(gòu)演化乃至成形性能的重要因素。同時(shí)由于鐵素體不銹鋼的組織遺傳性，從熱軋退火工藝開始進(jìn)行組織調(diào)控非常重要。因此研究熱軋退火溫度與冷軋退火溫度的匹配對(duì)鐵素體不銹 鋼組織和性能的影響規(guī)律，具有非常重要的實(shí)際 意義。

本文對(duì)441進(jìn)行了不同熱軋、冷軋退火溫度的正交實(shí)驗(yàn)，探討了退火溫度對(duì)441組織、織構(gòu)和成形性的影響，改善了薄板的成形性能。

實(shí)驗(yàn)用材料來自太鋼生產(chǎn)的超純鐵素體不銹鋼441連鑄坯，在實(shí)驗(yàn)室二輥可逆熱軋實(shí)驗(yàn)機(jī)組上進(jìn)行熱軋，加熱溫度1200℃，經(jīng)10道次熱軋至4.0mm，終軋溫度為850℃。設(shè)計(jì)不同熱軋、冷軋退火溫度的正交實(shí)驗(yàn)：鋼板經(jīng)過不同溫度的熱軋退火（1000℃~1080℃，間隔20℃）后，除去表面氧化皮，在四輥可逆冷軋機(jī)上帶張力的條件下進(jìn)行冷軋，冷軋壓下率約為70%。冷軋后再分別進(jìn)行不同溫度的退火（1000℃~1080℃，間隔 20℃）。正交實(shí)驗(yàn)樣品編號(hào)見表1。

分別將不同溫度熱軋退火的試樣與不同溫度熱軋、冷軋退火匹配的試樣進(jìn)行腐蝕并觀察其顯微組織。在與軋制方向呈0°、45°和90°的3個(gè)方向制取常規(guī)拉伸實(shí)驗(yàn)，測(cè)定材料的屈服強(qiáng)度、 抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和r值，并按下式計(jì)算平均塑性應(yīng)變比rm和平面各向異性指數(shù)Δr：

rm= (r0+ 2r45 + r90 )/4 

Δr = (r0- 2r45 + r90 )/2 

式中，r0、r45、r90分別代表鋼板軋向、與軋向 呈45°方向及橫向的r值。

試樣經(jīng)320#、600#、1000#、1500#砂紙打磨，然后用鹽酸氯化鐵溶液去除表面的殘余應(yīng)力。在PANalyticalX`PertProX射線衍射儀上進(jìn)行宏觀織構(gòu)的測(cè)試，采用CoKα輻射，測(cè)量樣品的 {110}、{200}、{211}三個(gè)不完整極圖并計(jì)算取向分布函數(shù)(ODF)。

3.1    熱軋退火溫度對(duì)組織的影響

圖1為不同熱軋退火溫度條件下441的金相組織。從圖中可以看出，隨著退火溫度的升高， 熱板晶粒逐漸長(zhǎng)大。經(jīng)1000℃退火后，晶?；貜?fù)不完全，存在沿軋向的條帶組織；退火溫度為1020℃時(shí)，熱軋板的晶粒均充分回復(fù)，晶粒度為 4~5級(jí)；當(dāng)退火溫度高于1040℃，晶粒發(fā)生不同程度的異常長(zhǎng)大。

對(duì)1000℃退火后的熱板組織進(jìn)行SEM觀察， 如圖2所示，箭頭所指位置有析出相密集析出并形成帶狀，析出相集中區(qū)域晶粒尺寸明顯減小。析出相為近圓形顆粒，尺寸2μm以下，其形貌見左下角放大圖。經(jīng)能譜分析，可以判斷析出相為Nb 的碳氮化物。由于Nb為易偏析元素，熱軋退火不充分可導(dǎo)致鋼板中條帶組織無(wú)法消除。因此熱軋退火溫度以保證析出相完全溶解且不發(fā)生晶粒的異常長(zhǎng)大為宜。

3.2  冷軋退火溫度對(duì)組織的影響 

圖3分別為樣品11#~15#、31#~35#、51#~55#的顯微組織。這三組樣品分別由1000℃、1040℃、1080℃退火的熱板冷軋，并經(jīng)過不同冷軋退火溫度（1000℃~1080℃，間隔20℃）處理得到。從圖中可以看出，11#~15#的顯微組織均十分細(xì)小，即使冷軋退火溫度為1080℃（15#），組織回復(fù)依然不完全，晶粒度約為8級(jí)；而51#~55#的顯微組織均十分粗大，隨著冷軋退火溫度的升高，晶粒出現(xiàn)一定程度的長(zhǎng)大。對(duì)于熱軋退火溫度為1040℃的樣品（31#~35#），冷軋退火溫度對(duì)組織的影響較顯著。隨著冷軋退火溫度的升高，晶粒逐漸由～40μm增大至～100μm。

鐵素體熱板經(jīng)高溫退火后，即使低溫進(jìn)行冷板退火，其成品晶粒組織依然粗大，而熱板低溫退火后，即使冷板進(jìn)行高溫退火，成品組織依然難以回復(fù)充分。由于鐵素體的這種組織遺傳性，選擇合適的熱軋、冷軋退火溫度進(jìn)行匹配非常重要。

3.3    冷軋退火溫度對(duì)成形性和織構(gòu)的影響 

為了保證成品的成形性能，確定合適的冷軋退火溫度，對(duì)31#~35#樣品分別進(jìn)行了測(cè)試。表2是不同冷軋退火溫度條件下1.2mm厚441成品板的力學(xué)及成形性能。由表中數(shù)據(jù)可知，隨著退火溫度的升高，延伸率A50mm和rm值先升高后降低， 退火溫度1060℃時(shí)達(dá)到最大值，Δr值先降低后升高，退火溫度1040℃時(shí)達(dá)到最小值0.31。

考慮到鐵素體不銹鋼的力學(xué)及成形性等因素，首先須保證其晶粒完全回復(fù)，晶粒度在6級(jí)左右最為合適，同時(shí)析出物完全溶解。晶粒粗大的試樣平面各向異性指數(shù)Δr高，同時(shí)晶粒間的變形協(xié)調(diào)性較差，尤其是表面晶粒在大變形后表面凹凸不平，形成鐵素體不銹鋼常見的 “橘皮” 缺陷。在脹形變形時(shí)，晶粒粗大的材料更容易發(fā)生開裂。因此，為了保證良好的綜合性能，在實(shí)際生產(chǎn)過程中對(duì)冷軋板的退火工藝嚴(yán)格控制是非常 關(guān)鍵的。

圖4為不同冷軋退火溫度條件下441（31#、 33#、35#樣品）表層織構(gòu)的恒φ2=45°ODF圖。比較可以發(fā)現(xiàn)，退火織構(gòu)均以γ纖維織構(gòu)為主，取向密度f(wàn)（g）隨溫度的升高而增大。當(dāng)退火溫度為1040℃時(shí)，γ纖維織構(gòu)取向密度f(wàn)（g）為17.793， 但強(qiáng)點(diǎn)偏離{111}<112>組分5°(Δφ=5°， Δφ=0°），α纖維織構(gòu)強(qiáng)度較低。

鐵素體不銹鋼的平均塑性應(yīng)變比rm和平面各 向異性指數(shù)Δr與冷軋退火板的γ纖維再結(jié)晶織構(gòu)及殘留的α纖維織構(gòu)（特別是{001}<110>組分） 密切相關(guān)。當(dāng)退火溫度為1000℃時(shí)，冷軋退火板的γ纖維再結(jié)晶織構(gòu)強(qiáng)度較低，且存在有害的 {001}<110>組分。退火溫度升高至1040℃時(shí)，γ 纖維織構(gòu)顯著增強(qiáng)，且α纖維織構(gòu)減弱，因此rm 增大而Δr值降低。退火溫度為1080℃時(shí)，γ纖維織構(gòu)增強(qiáng)，α纖維織構(gòu)也增強(qiáng)，因此Δr值回升。

鐵素體熱板經(jīng)高溫退火后，即使低溫進(jìn)行冷板退火，其成品晶粒組織依然粗大，而熱板低溫退火后，即使冷板進(jìn)行高溫退火，成品組織依然難以回復(fù)充分。由于鐵素體的這種組織遺傳性， 選擇合適的熱軋、冷軋退火溫度進(jìn)行匹配，是改善顯微組織、提高rm值、降低Δr值、改善冷軋退火板成形性能的有效手段。

參考文獻(xiàn)略

（來源：不銹雜志）

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