高纯Cr17钢板厚方向织构演变、成形性能及表面皱折

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室 作者:高飞

  以高纯Cr17铁素体不锈钢为实验材料,对比研究了热轧不退火、退火两种工艺对其板厚方向织构演变、成形性及表面皱折的影响。采用金相显微镜、X射线衍射技术及背散射电子衍射技术观察两种工艺条件下的组织和织构演变。结果表明:成品板各层织构特征存在显著差异,这是由于低温轧制过程中沿板厚方向不同应变状态导致的热轧织构梯度遗传所致。与热轧不退火相比,热轧退火有利于成品板各层γ纤维再结晶织构增强,偏离{111}<112>组分的程度减弱,α纤维织构弱化;有利于弱化成品板的带状晶粒簇,促使晶粒簇分布均匀分散。

  Cr17 铁素体不锈钢是一种无镍、低成本不锈钢,具有相对优异的性能及合理的价格,作为深冲成形件已广泛应用于诸多领域。通过降低基体中固溶碳、氮的含量,铁素体不锈钢的韧性、高温抗蠕变性及耐晶间腐蚀等性能可得到显著改善[1-3]。因此,稳定化的高纯铁素体不锈钢( C + N≤1. 5 × 10 - 4 ) 具有更大的应用空间及需求。

  随着铁素体不锈钢需求的扩大,对铁素体不锈钢薄板的性能提出了更高的要求,尤其是成形性及抗皱性。同时,由于高纯Cr17 铁素体不锈钢较低的变形抗力,国内外部分不锈钢生产企业为提高生产效率,降低成本,利用热轧酸洗卷不进行热轧退火直接冷轧。已有研究表明[4-5],在低碳钢及IF 钢等铁素体钢中,最终成品板的再结晶织构与初始冷轧织构特征有密切关系。对于热轧过程中不发生γ /α 相变的高纯Cr17 铁素体不锈钢,热轧退火与否将影响初始冷轧织构的特征。目前为止,热轧退火与否对板厚方向各层织构演变规律,进而对成形性能及抗皱折性的影响,尚未见详细研究报道。本文通过金相显微镜、X射线衍射及背散射电子衍射技术,研究高纯Cr17 铁素体不锈钢沿板厚方向各层织构演变及热轧退火与否对织构演变、成形性能及表面皱折的影响规律。

1、实验方法及材料

  实验用高纯Cr17 铁素体不锈钢化学成分( 质量分数,% ) 为: C 0. 006,N 0. 006,Cr 17. 2,Ti 0. 14,V 0. 11,Nb 0. 06,Si 0. 19,Mn 0. 25,S 0. 006,Fe 余量。坯料在1200 ℃ 保温1 h 后热轧。其中,精轧开轧温度为737 ℃,终轧温度为680 ℃,经7 道次热轧至5 mm。热轧后,部分热轧板在900 ℃ 保温2. 5 min后冷轧,部分热轧板直接冷轧,均冷轧至1. 0 mm。最终,冷轧板在900 ℃ × 2. 5 min 完成冷轧退火板。截取轧制及退火试样,观察纵截面显微组织。宏观织构是在Bruker D8 Discover X 射线衍射仪上通过测量样品的{ 110} 、{ 200} 、{ 112} 3 个不完整极图来计算取向分布函数( ODF) 。微织构是利用扫描电子显微镜上的OIM 4000 EBSD 系统进行花样采集,特定取向晶粒的偏差角设为15°。

  薄板的成形性及皱折程度分别采用珋r 值及最大粗糙度Rt来衡量。分别沿与平板轧向呈0°、45° 和90°方向测得各方向在板宽度方向上与板厚度方向上的塑性应变比r0°、r45°和r90°,珋r = ( r0° + 2 × r45° + r90°)/4。在与薄板轧向呈0° 的方向上截取标准试样,进行15% 拉伸变形后,利用TR300 便携式粗糙度形状测量仪在其板面上沿与轧向相垂直的方向进行测量得到表面粗糙度曲线及最大粗糙度Rt。

2、结果及讨论

2.1、两种工艺条件下显微组织

  图1 为高纯Cr17 铁素体不锈钢热轧板及热轧退火板的显微组织。从图1 ( a) 中可看出,由于在热轧中不发生γ /α 相变及动态再结晶[1,3,6],热轧组织为沿轧向拉长的晶粒。同时,在部分晶粒内存在与轧向成35°左右的晶内剪切带。热轧退火后,组织为细小的再结晶晶粒,如图1( b) 所示。

  图2 为热轧不退火及退火后的冷轧及相应退火组织。从图2 ( a) 和2 ( c) 中可看出,80% 冷轧压下后,两种工艺的冷轧组织均为沿轧向拉长的晶粒。热轧后不退火时,晶界较平直; 热轧后退火时,晶界弯曲。热轧退火后,冷轧前组织为再结晶晶粒,晶界数量显著增加,冷轧后晶界易弯曲。冷轧退火后,组织发生再结晶,热轧不退火和退火后的平均晶粒尺寸分别为22. 3 μm 和22. 6 μm,组织基本无差异。这主要是由于,一方面,与热轧不退火相比,热轧退火后冷轧前组织完全再结晶,位错密度及形变储能明显降低,减弱冷轧组织再结晶驱动力[7-8] ; 另一方面,与热轧不退火相比,热轧退火的冷轧组织晶界数量显著增加,再结晶晶核的形核位置增加[7-8]。最终,正是这两方面因素的综合作用,导致成品板组织基本无差异。

  1) 高纯Cr17 铁素体不锈钢成品板表层及中心层织构存在显著差异。这主要是由于热轧过程中沿板厚方向不同应变状态导致的热轧表层及中心层织构的不同而引起的明显不同的织构演变路径。在热轧板表层,织构以剪切织构组分为主; 在中心层,发生平面变形,织构以平面变形轧制织构,即α 和γ 纤维织构为主。热轧退火时,表层回复充分,仍以剪切织构组分为主; 中心层再结晶充分,以γ 纤维织构为主。在冷轧过程中,表层剪切组分{ 011} < 100 > 向α 和γ 纤维组分转动; 中心层γ 纤维组分向α 纤维组分转动。最终,退火后形成存在显著差异的γ 纤维再结晶织构;

  2) 高纯Cr17 铁素体不锈钢成品板成形性及抗皱性与热轧退火有密切关系。热轧退火的成品板各层γ 纤维再结晶织构增强,织构强点偏离{ 111 } <112 > 组分的程度减弱,α 纤维织构弱化,这是由于热轧退火后冷轧板各层α 纤维织构弱化,γ 纤维织构相对强度提高,织构强点沿α 取向线更加靠近{ 111} <110 > 组分; 热轧退火的成品板带状特征弱化,晶粒簇分布均匀,这是由于热轧退火弱化组织的带状特征。这均表明热轧退火是显著改善成品板成形性及抗皱性的有效生产工艺。

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