通過(guò)對(duì)低鎳奧氏體不銹鋼管進(jìn)行不同變形量的拉伸變形，研究了低鎳奧氏體不銹鋼管冷變形和應(yīng)變硬化機(jī)制。結(jié)果表明，低鎳奧氏體不銹鋼管冷變形和應(yīng)變硬化機(jī)制主要是應(yīng)變誘發(fā)α′-馬氏體相變和位錯(cuò)強(qiáng)化，隨著變形量的增加應(yīng)變誘發(fā)α′-馬氏體量和位錯(cuò)塞積程度不斷增加。低鎳奧氏體不銹鋼管奧氏體穩(wěn)定性要低于SUS304鋼種，具有強(qiáng)烈的加工硬化效應(yīng)；隨著變形量的增加，應(yīng)變誘發(fā)α′-馬氏體量也不斷增加，但應(yīng)變誘發(fā)α′-馬氏體增速不斷降低，主要由于隨著變形量的增加，變形熱效應(yīng)導(dǎo)致溫度升高，奧氏體穩(wěn)定性增加。

1前言

低鎳奧氏體不銹鋼管以Mn、N等元素取代Cr-Ni不銹鋼管中的Ni元素而具有較低的成本、優(yōu)異的綜合性能，在國(guó)內(nèi)裝飾以及焊管行業(yè)得到廣泛使用。但是低鎳奧氏體不銹鋼管由于Mn和N的加入使它的冷加工比較困難，表現(xiàn)出強(qiáng)度偏高、冷加工硬化指數(shù)較高等特點(diǎn)，制約了該鋼種的開發(fā)使用。酒鋼目前開發(fā)的200系節(jié)鎳奧氏體不銹鋼管在冷軋軋制過(guò)程中同樣表現(xiàn)出冷加工困難的現(xiàn)象，因此對(duì)低鎳奧氏體不銹鋼管冷變形和應(yīng)變硬化機(jī)制進(jìn)行研究具有重要意義。

2實(shí)驗(yàn)方法

本文中實(shí)驗(yàn)所用的低鎳奧氏體不銹鋼管采用酒鋼200系低鎳奧氏體不銹鋼管中的E02鋼種，對(duì)比鋼種采用酒鋼常規(guī)生產(chǎn)的亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼管SUS304，這兩個(gè)鋼種化學(xué)成分如表1所示。

對(duì)SUS304和E02分別取一卷在二十輥軋機(jī)進(jìn)行軋制，均由3.3mm軋制到1.3mm，對(duì)比分析冷軋軋制規(guī)程和軋制力情況。

取E02鋼的NO.1板試樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室拉伸試驗(yàn)，按照GB/T228-2002《金屬薄板拉伸試驗(yàn)方法》加工成標(biāo)準(zhǔn)試樣，設(shè)定伸長(zhǎng)率分別為10%、20%、40%和50%，對(duì)拉伸后的試樣在標(biāo)距中心取20×20mm2試樣進(jìn)行顯微組織和物相分析，觀察試樣在不同變形率后的組織和物相差異；組織分析在DMI3000M萊卡金相顯微鏡上進(jìn)行，物相分析在D8-Advance X射線衍射儀上進(jìn)行。

3結(jié)果分析與討論

目前金屬材料在冷變形過(guò)程應(yīng)變硬化機(jī)制主要是位錯(cuò)強(qiáng)化，晶界強(qiáng)化，第二相粒子強(qiáng)化，應(yīng)變誘發(fā)相變以及形變孿生等[3]。本文將從實(shí)際大生產(chǎn)過(guò)程軋制情況以及不同冷變形后組織和物相分析上對(duì)冷變形過(guò)程應(yīng)變硬化機(jī)制進(jìn)行分析研究。

3.1實(shí)際大生產(chǎn)軋制對(duì)比分析

分別取一卷SUS304和E02在二十輥軋機(jī)進(jìn)行軋制，原料厚度為3.3mm，最終目標(biāo)厚度為1.3mm，對(duì)比分析軋制規(guī)程、軋制力以及最終軋制質(zhì)量情況，圖1是E02與SUS304軋制規(guī)程道次壓下率以及軋制力對(duì)比情況。從軋制規(guī)程來(lái)看同樣規(guī)格的卷E02鋼種排布需要11道次，而SUS304規(guī)程排布只需要6道次，且E02鋼種道次壓下率從第二道次開始均在10%以下。從軋制力對(duì)比情況來(lái)看，即使E02道次壓下率小于SUS304，而E02鋼種軋制力卻遠(yuǎn)高于SUS304。目前設(shè)備極限軋制力為1300噸，E02鋼種從第三道次開始軋制力達(dá)到1200噸，后續(xù)道次持續(xù)的高軋制力也給軋制帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)。

圖2是最終軋制下線E02邊部質(zhì)量狀況，從圖中可以看出邊部已經(jīng)開始出現(xiàn)大量的邊裂，這種質(zhì)量狀況已經(jīng)無(wú)法滿足繼續(xù)軋制的需求。從軋制規(guī)程、軋制力以及最終軋制質(zhì)量分析來(lái)看E02加工硬化現(xiàn)象特別嚴(yán)重，因此在實(shí)驗(yàn)室對(duì)E02冷變形過(guò)程硬化機(jī)制進(jìn)行分析。

3.2顯微組織分析

圖3是E02鋼種No.1板經(jīng)不同變形率（10%、20%、40%和50%）拉伸后的金相組織。從圖（a）中看出，經(jīng)過(guò)10%塑性變形后組織中有個(gè)別孿晶，晶粒內(nèi)部出現(xiàn)少量的滑移線；從圖（b）中看出20%塑性變形后出現(xiàn)滑移線的晶粒數(shù)目增多，且基本為單滑移變形；從圖（c）中看出40%塑性變形后參與塑性變形的晶粒越來(lái)越多，開始出現(xiàn)多系滑移；從圖（d）中看出50%塑性變形后交叉形的多系滑移增多，晶粒開始出現(xiàn)拉長(zhǎng)變形。由于晶體的滑移實(shí)際上是源源不斷的位錯(cuò)沿著滑移面的運(yùn)動(dòng)，在多系滑移時(shí)，各滑移面相交，因而在不同滑移面上運(yùn)動(dòng)著的位錯(cuò)也就必然相遇，發(fā)生相互交割，阻值位錯(cuò)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，形成位錯(cuò).

3.3物相分析

圖4是不同變形量后物相實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從圖中可以看出發(fā)生不同變形后均有形變誘發(fā)的α′-馬氏體生成。圖5是不同變形量后α′-馬氏體生成量曲線，從圖中可以看出隨著變形量的增加，α′-馬氏體的量也在不斷增加，但是α′-馬氏體增加速率不斷降低。

E02鋼種為亞穩(wěn)態(tài)低層錯(cuò)能合金，冷軋塑性變形會(huì)發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)α′-馬氏體轉(zhuǎn)變，根據(jù)馬氏體轉(zhuǎn)變熱力學(xué)條件，在室溫下發(fā)生誘導(dǎo)α′-馬氏體轉(zhuǎn)變，熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)能量不足的部分要以機(jī)械驅(qū)動(dòng)能量補(bǔ)足，因此隨著變形量的增加，形變誘發(fā)的α′-馬氏體不斷增加，隨著變形量的增加，試樣溫度不斷升高，熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)能量不斷降低，此時(shí)需要更高的機(jī)械驅(qū)動(dòng)能量來(lái)彌補(bǔ)熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)能量的降低，因此隨著變形量的增加，形變誘發(fā)的α′-馬氏體增加率在不斷減少。

3.4結(jié)構(gòu)的相穩(wěn)定性

E02鋼種的應(yīng)變硬化能力與奧氏體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有密切關(guān)系，評(píng)價(jià)奧氏體不銹鋼管的穩(wěn)定性有如下幾個(gè)公式：

Ms=1305-61.1(%Ni)-41.7(%Cr)-33.3(%Mn)-27.8(%Si)-1667(%C+%N)①

Md30=497-20(%Ni+%Cu)-13.7(%Cr)-8.1(%Mn)-9.2(%Si)-462(%C+%N)②

γSF=-53+6.2%Ni+0.7%Cr+3.2%Mn+9.3%Mo③

式中：Ms為馬氏體熱力學(xué)轉(zhuǎn)變溫度，℃；Md30為發(fā)生30%應(yīng)變后產(chǎn)生50%馬氏體的溫度，℃；γSF為室溫奧氏體的層錯(cuò)能，mJ/m2。

Ms越高熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)發(fā)生馬氏體相轉(zhuǎn)變?cè)饺菀祝?/span>Md30越高機(jī)械驅(qū)動(dòng)發(fā)生馬氏體相轉(zhuǎn)變?cè)饺菀祝?/span>γSF越高馬氏體晶核在剪切帶形核越困難，馬氏體相轉(zhuǎn)變?cè)诫y發(fā)生。

為了分析E02鋼種的奧氏體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，特根據(jù)E02和SUS304的化學(xué)成分以及上述計(jì)算公式對(duì)Ms、Md30和γSF進(jìn)行計(jì)算比較（SUS304同樣屬于亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼管），計(jì)算結(jié)果如下表2所示：

影響亞穩(wěn)態(tài)奧氏體不銹鋼管應(yīng)變誘發(fā)-馬氏

體轉(zhuǎn)變的主要因素在于奧氏體的穩(wěn)定性和層錯(cuò)能γSF。從表2中可以看出E02鋼種的Ms以及Md30要高于SUS304，這說(shuō)明E02鋼種的奧氏體穩(wěn)定性要低于SUS304鋼種，更容易誘發(fā)α′-馬氏體轉(zhuǎn)變；而低層錯(cuò)能奧氏體的剪切帶中形成α′-馬氏體晶核所需要的機(jī)械驅(qū)動(dòng)力要低于在高層錯(cuò)能奧氏體剪切帶中所需機(jī)械驅(qū)動(dòng)力，從表2中可以看出E02鋼種的γSF要遠(yuǎn)低于SUS304鋼種，這也說(shuō)明E02鋼種更容易在剪切帶形成α′-馬氏體晶核。

4結(jié)論

⑴低鎳奧氏體不銹鋼管E02冷變形過(guò)程中冷變形和應(yīng)變硬化機(jī)制主要是形變誘發(fā)相變硬化和位錯(cuò)強(qiáng)化。冷變形過(guò)程中發(fā)生奧氏體向α′-馬氏體轉(zhuǎn)變，且α′-馬氏體量隨著變形量的增加而不斷增加。冷變形過(guò)程中位錯(cuò)塞積程度隨著冷變形量的增加而增加。

⑵低鎳奧氏體不銹鋼管E02在變形過(guò)程中隨著變形量的增加，產(chǎn)生的變形熱效應(yīng)也越大，奧氏體相穩(wěn)定性不斷增加，α′-馬氏體增速不斷降低。

⑶低鎳奧氏體不銹鋼管E02與同樣屬于亞穩(wěn)奧氏體不銹鋼管的SUS304相比，由于其低的奧氏體穩(wěn)定性以及層錯(cuò)能γSF，E02鋼種應(yīng)變誘發(fā)α′-馬氏體轉(zhuǎn)變的傾向要高于SUS304鋼種。