【正文】 的 氧 氣 進 行 反 應 ， 在 表 面 形 成 氧 化 膜 ?？?以 利 用 油 漆 或 耐 氧 化 的 金 屬 （ 例 如 ， 鋅 ， 鎳 和 鉻 ） 進 行 電 鍍 來 保 護 碳 鋼 表第一章 緒論 2 面 ， 但 是 ， 正 如 人 們 所 知 道 的 那 樣 ， 這 種 保 護 僅 是 一 種 薄 膜 。 不銹鋼的分類不 銹 鋼 常 按 組 織 狀 態(tài) 分 為 ： 馬 氏 體 鋼 、 鐵 素 體 鋼 、 奧 氏 體 鋼 、 雙 相 不 銹鋼 和 沉 淀 硬 化 不 銹 鋼 。 其 耐 蝕 性 、 韌 性 和 可 焊 性 隨 含 鉻量 的 增 加 而 提 高 ， 耐 氯 化 物 應 力 腐 蝕 性 能 優(yōu) 于 其 它 種 類 不 銹 鋼 。 鐵 素體 不 銹 鋼 因 為 含 鉻 量 高 ， 耐 腐 蝕 性 能 與 抗 氧 化 性 能 均 比 較 好 ， 但 機 械 性 能 與工 藝 性 能 較 差 ， 多 用 于 受 力 不 大 的 耐 酸 結 構 及 作 抗 氧 化 鋼 使 用 。 奧 氏 體 不 銹 鋼 ： 含 鉻 大 于 18％ ， 還 含 有 8％ 左 右 的 鎳 及 少 量 鉬 、 鈦 、氮 等 元 素 。 奧 氏 體 不 銹 鋼 的 常 用 牌 號 有1Cr18Ni 0Cr19Ni9 等 。這 類 鋼 中 含 有 大 量 的 Ni 和 Cr， 使 鋼 在 室 溫 下 呈 奧 氏 體 狀 態(tài) 。 奧 氏 體 不 銹 鋼 一 般 采 用 固 溶 處 理 ， 即 將 鋼 加 熱 至 1050～ 1150℃ ，然 后 水 冷 ， 以 獲 得 單 相 奧 氏 體 組 織 。 馬 氏 體 不 銹 鋼 的 常用 牌 號 有 1Cr1 3Cr13 等 ， 因 含 碳 較 高 ， 故 具 有 較 高 的 強 度 、 硬 度 和 耐 磨性 ， 但 耐 蝕 性 稍 差 ， 用 于 力 學 性 能 要 求 較 高 、 耐 蝕 性 能 要 求 一 般 的 一 些 零 件上 ， 如 彈 簧 、 汽 輪 機 葉 片 、 水 壓 機 閥 等 。 雙 相 不 銹 鋼 ： 由 奧 氏 體 和 鐵 素 體 兩 相 組 織 構 成 。第一章 緒論 3 淀 硬 化 不 銹 鋼 ： 按 組 織 可 分 為 馬 氏 體 沉 淀 硬 化 不 銹 鋼 、 半 奧 氏 體 沉淀 硬 化 不 銹 鋼 、 奧 氏 體 沉 淀 硬 化 不 銹 鋼 和 奧 氏 體 加 鐵 素 體 沉 淀 硬 化 不 銹 鋼[2]。 當 w（ Cr） 為 %、 %、 %（ 相 應為 1/ 2/ 3/8 原 子 比 ） 時 ， 鋼 的 腐 蝕 速 率 都 有 一 個 突 然 的 降 低 ， 這 種 變化 規(guī) 律 通 常 叫 做 n/8 規(guī) 律 。 除 鉻 外 ， 常 用 的 合 金 元 素 還有 鎳 、 鉬 、 鈦 、 鈮 、 銅 、 氮 等 ， 以 滿 足 各 種 用 途 對 不 銹 鋼 組 織 和 性 能 的 要 求 。 其 中 200 系 列 、 300系 列 基 本 都 屬 于 奧 氏 體 不 銹 鋼 ， 而 400 系 列 是 鐵 素 體 不 銹 鋼 或 是 馬 氏 體 不銹 鋼 。鎳金屬最大用戶為不銹鋼，其比率達到 65%，此外還用于鎳基合金(11%)、鍍層材料(8%)與合金鋼(8%)等。由于鎳資源緊缺，亞洲國家不銹鋼需求旺盛，倫敦金屬交易所(LME)鎳價格上升，不銹鋼價格也隨之大漲。在鎳金屬嚴重緊缺的情況下，如何少用鎳甚至不用鎳，發(fā)展節(jié)鎳不銹鋼是一個途徑。第一章 緒論 4 不銹鋼國外研究現狀近年來，國外不銹鋼的生產技術和新鋼種發(fā)展很快，原有的技術和鋼種不斷被新的技術和鋼種所替代，迎接面臨其它鋼種和材料的挑戰(zhàn)和競爭。不銹鋼拋光鋼帶在冷軋板帶中所占比例越來越大，已達 70%以上，鋼管生產已從無縫鋼管過渡到以焊管為主；（3） 不銹鋼品種向超薄鋼板，超細絲、復臺板和表面處理幾個方面發(fā)展；（4） 標準牌號不銹鋼穩(wěn)步發(fā)展。鐵素體不銹鋼定義鐵 素 體 不 銹 鋼 指 的 是 在 使 用 狀 態(tài) 下 以 鐵 素 體 組 織 為 主 的 不 銹 鋼 。這 類 鋼 一 般 不 含 鎳 ，有 時 還 含 有 少 量 的 Mo、 Ti、 Nb 等 到 元 素 。鐵 素 體 不 銹 鋼 的 優(yōu) 點 是 ： 導 熱 系 數 大 ， 膨 脹 系 數 小 、 抗 氧 化 性 好 、 抗應 力 腐 蝕 優(yōu) 良 等 特 點 ， 多 用 于 制 造 耐 大 氣 、 水 蒸 氣 、 水 及 氧 化 性 酸 腐 蝕 的 零部 件 。 但 是 這 類 鋼 存 在 塑 性 差 、 焊 后 塑 性 、 耐 蝕 性 明 顯 降 低 ，脆 性 轉 變 溫 度 高 和 對 缺 口 敏 感 等 缺 點 ， 因 而 限 制 了 它 的 應 用 。（1） 成分特點含鉻量高，在 11%~30%，含碳量低，≤%。隨著含鉻量增多，基體電極電位升高，鋼的耐蝕性提高。廣泛用于硝酸、氮肥、磷酸、維尼龍等化工設備或儲藏氯鹽溶液和硝酸的容器，也可作為高溫下的抗氧化材料。① 晶粒粗大： 鐵素體不銹鋼在加熱和冷卻時不發(fā)生相變，粗大的鑄態(tài)組織只能通過壓力加工碎花，而不能通過熱處理改變。采用降低停扎溫度、真空冶煉、加工少量合金元素 Ti[形成 Ti（CN）]或有一定量的奧氏體，就可以組織晶粒長大，提高晶粒粗化溫度，防止產生溫室脆性。通過加熱至 580~650℃保溫 1~5h 后快冷的辦法可以消除 475℃脆性。實際生產中，由于鋼的成分偏析和其它合金元素的作用，當含 Cr15%的高鉻鐵素體不銹鋼在 520~820 長時間加熱時，從 δ鐵素體中析出金屬間化合物 FeCrσ 相。重新加熱 820℃以上，使 σ 相溶入 δ鐵素體，隨后快速冷卻，可以消除σ 相脆性，也可以避免產生 475℃脆性。在熱軋退火時，組織為富鉻的鐵素體和碳化物。很多研究表明鐵素體不銹鋼存在奧氏體與鐵素體的雙相區(qū)，而奧氏體的存在對鑄造、熱加工塑性、冷成形性等都將產生影響 [9]。 0Cr13 是 鐵 素 體 不 銹 鋼 中 含 Cr 量 最 低第一章 緒論 6 的 一 種 。 它 具 有 良 好 的 塑 ， 韌 性 和 冷成 型 性 ， 而 且 優(yōu) 于 含 Cr 量 更 高 的 其 它 鐵 素 體 不 銹 鋼 。 0Cr13 鋼主 要 用 于 制 造 耐 水 蒸 汽 ， 碳 酸 氫 銨 母 液 ， 熱 的 含 硫 石 油 腐 蝕 的 部 件 和 設 備 的襯 里 等 。與奧氏體不銹鋼相比,鐵素體鋼的強度高,冷加工硬化傾向較低。目前對合金冷軋薄板的再結晶研究較多,包括不同變形再結晶的產生機制,利用動態(tài)再結晶細化晶粒來提高合金的室溫強度、改善塑性以及其他力學性能 [10]。0Cr13 鋼主要用于制造耐水蒸汽，碳酸氫銨母液，熱的含硫石油腐蝕的部件和設備的襯里等。很多研究表明鐵素體不銹鋼存在奧氏體與鐵素體的雙相區(qū)，而奧氏體的存在對鑄造、熱加工塑性、冷成形性等都將產生影響。 2)淬火, 950～1000℃油冷?！?金相組織：組織特征為馬氏體型。在常溫下，原子擴散能力小，不穩(wěn)定狀態(tài)可以維持相當長時間；而加入使原子擴散能力增強，金屬將依次發(fā)生回復、再結晶和晶粒長大 [11]?；貜停?冷變形金屬在低溫加熱時，其組織變化不明顯，但物理、力學性能卻部分回復到冷變形以前的過程。低層錯能金屬在結晶初始形核過程為：通過亞晶合并和亞晶長大使亞晶界和基體間的取向差增大，直至形成大角度晶界，便成為在結晶的核心；晶粒長大過程也就是晶界不斷遷移合并的過程，受溫度、分散相粒子、可溶性雜質和合金元素及晶粒位向差的影響。退火孿晶：將經一定程度冷變形的金屬加熱到在結晶溫度以上，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的過程。退火孿晶是由于新晶粒界面在推進過程中由于某些原因（如熱應力等）而出現堆垛層錯而形成的。課題主要針對 410S 鐵素體不銹鋼不同形變鍛造后，通過不同時間在相同溫度下退火后組織特征及其對性能影響著手研究，主要是采用金相顯微鏡、測量顯微硬度等手段進行金相組織組成、晶粒形狀、晶粒尺寸分布的定性分析，以及硬度的定量分析，來討研究最終獲得的組織及性能變化。作 為 重 要 的 工 程 材 料 ，鐵 素 體 不 銹 鋼 的 力 學 性 能 ， 尤 其 是 強 度 和 成 型 性 受 到 其 顯 微 組 織 包 括 晶 粒 尺寸 和 晶 粒 取 向 的 影 響 。第二章 實驗過程 9 第二章 實驗過程實驗材料與設備實驗材料本實驗所用材料為 410S 鐵素體不銹鋼 [12]化學成分如下圖所示。 實驗設備本論文中主要采用以下幾種設備進行試樣制備和對試樣進行組織結構分析：1. 線切割機床：DK7728 型，泰州金日電子有限公司，用于從大塊鋼板上切取實驗所需尺寸的母材。 系列 1300℃箱式電阻爐：額定功率 12 kw，能進行實驗所要求的溫度的退火。利用此設備進行試樣金相組織的觀察，并用配備的數碼相機拍攝金相照片。：HXD1000TMB 型，上海泰明光學儀器有限公司，用來對實驗樣品進行硬度測量。第二章 實驗過程 10 ：用該設備對母材進行軋制，以獲得需要的冷軋變形量。它的主要特點有：（ 1） 本 設 備 專 用 于 小 零 件 等 在 真 空 狀 態(tài) 下 的 退 火 ； （ 2） 爐 罐 密 封 性 好 ， 有 效 的 避 免 了 工 件 在 退 火 處 理 中 的 表 面 氧 化 、 生銹 ， 提 高 了 處 理 質 量 ； （ 3） 保 溫 爐 體 可 向 后 移 動 ， 退 火 完 成 后 ， 在 保 持 真 空 狀 態(tài) 下 提 高 冷 卻速 度 。：本實驗用來給配制的草酸溶液加熱，從而使草酸和蒸餾水更好更快的融合。其根據是：單晶體的形狀和大小決定了衍射線條的位置，也即2θ角的大小，而晶體中原子的排列及數量，則決定了該衍射線條的相對強度。若試樣無織構，則強度不變；若試樣存在織構，則強度隨試樣的方位而變化，衍射強度正比于發(fā)生衍射晶面的極點密度[13]。 實驗步驟初始樣品制備為了使獲得的組織更加均勻，碳化物充分溶解，同時保證晶粒不過分粗大，要進行了一組對比試驗來確定退火時間。在退火之前，要保持樣品潔凈，以防污臟東西附著影響最終觀察的效果。然后保留一個試樣，不作退火處理；另外兩個分別在高溫箱式電阻爐中完成退火工序，退火溫度設定在 1200℃，其中一個試樣退火 5 分鐘，另一個退火 10 分鐘，然后取出空冷。具體的處理情況見下表 。表 2. 3 試樣 A 原始尺寸試樣 B 長度（mm） 寬度（mm） 高度（mm）原始尺寸 表 2. 4 試樣 B 原始尺寸試樣 A 長度（mm） 寬度（mm） 高度（mm）原始尺寸 （2）退火：對試樣 A 和 B 在高溫箱式電阻爐上完成退火工序，退火溫度設置在 1200℃，退火時間為 5 分鐘，然后取出空冷至室溫。具體做法是在在 專 用 的 拋 光 機 上 進 行 拋光 ， 靠 極 細 磨 面 間 產 生 的 相 對 磨 削 和 滾 壓 作 用 來 消 除 磨 痕 的 。 壓 力 機 參 數 具 體 設 置 如 下 ：表 2. 5 電動螺旋壓力機參數打擊能量（KJ） 電機打擊速度 預選能量（%） 打擊行程（mm）第二章 實驗過程 12 （rpm） 441 10 102試樣 A 和 B 各只經一次鍛壓工序，其試樣 A 的長度變化為→，試樣 B 寬度變化為 →6mm。表 2. 6 試樣 A 和 B 鍛壓壓下量和真應變試樣編號 A B壓下量（ %） 27 真應變 （5）線切割：為了研究在同樣變形量，而在不同時間后續(xù)退火后的組織，所以要切割出多個樣品，來做對比實驗。（6）清洗：8 個試樣表面有少量油污和線切割痕跡，所以需要在超聲波清洗機上清洗，來獲得干凈的表面，為后續(xù)的退火做好準備。管式真空爐包括管式電阻爐，電爐溫度控制器，ZDF2A 型復合真空計，真空機組和 ZXQZ 旋片式真空泵等設備。在進行退火之前首先要進行抽真空準備工作，抽真空時先抽機械泵中的真空，再抽裝有試樣的真空管中的真空，當管中的真空度小于 時即可進行退火。如表 所示。 金 相 專 用 砂 紙 以 精 選 的 、 粒 度 均 勻 的 、 磨 削 效 果 極 佳 的 碳 化 硅 磨 粒為 磨 料 ， 采 用 靜 電 植 砂 工 藝 制 造 出 的 金 相 專 用 耐 水 砂 紙 ， 具 有 磨 粒 分 布 均 勻 、磨 削 鋒 利 、 經 久 耐 用 的 特 點 。 按粒度分，有 100、2400、600、800、1000、1200和 2022等。（2）電解拋光：電解拋光，也稱作電拋光，是利用陽極在電解池中所產生的電化學溶解現象，使陽極上的微觀凸起部分發(fā)生選擇性溶解以形成平滑表面的方法。圖 2. 1 電解拋光的電壓電流特性曲線這條特性曲線可分成