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不銹鋼管冷壓加工后的中間退火

發(fā)布時(shí)間：2020-06-03 09:44:28 丨 瀏覽次數(shù)：

冷加工后，不銹鋼管的內(nèi)能因晶粒破碎、晶格畸變和吸收部分變形能而增加。而且使不銹鋼管處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，任何不銹鋼厚壁管在塑性變形后都有恢復(fù)其變形前的原始結(jié)構(gòu)的趨勢(shì)。在室溫下，由于鋼中原子擴(kuò)散能力不足，這種不穩(wěn)定狀態(tài)可以保持相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間而沒(méi)有明顯的變化。然而，如果不銹鋼管被加熱并且其原子擴(kuò)散能力被提高，冷加工不銹鋼管的結(jié)構(gòu)和性能將發(fā)生以下一系列變化。

(a)回收和重結(jié)晶

1.回復(fù)當(dāng)加熱溫度不高時(shí)，原子的擴(kuò)散能力仍然較低，因此不會(huì)引起不銹鋼厚壁管的顯微組織變化，但晶格的轉(zhuǎn)變大大減少，從而內(nèi)應(yīng)力明顯降低。同時(shí)，不銹鋼管的一些物理、化學(xué)和力學(xué)性能得到了一定程度的恢復(fù)，如強(qiáng)度和硬度略有下降，塑性略有提高，而比電阻和腐蝕現(xiàn)象明顯下降。在工業(yè)上，厚壁管制造商經(jīng)常利用這種回收現(xiàn)象在低溫下加熱冷加工的不銹鋼管，進(jìn)行所謂的“應(yīng)力消除退火”。

2.當(dāng)加熱溫度繼續(xù)升高時(shí)，再結(jié)晶冷壓處理后的不銹鋼管顯微組織會(huì)因原子遷移率的增加而發(fā)生明顯變化，從斷裂、拉長(zhǎng)或扁平的晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚣?xì)小的等軸晶粒。這個(gè)變化的過(guò)程也是成核和生長(zhǎng)的過(guò)程。在冷壓處理不銹鋼管的加熱過(guò)程中，成核、生長(zhǎng)和重新變成新晶粒的過(guò)程稱(chēng)為“再結(jié)晶”。然而，應(yīng)該注意的是在成核和生長(zhǎng)過(guò)程中晶格類(lèi)型沒(méi)有變化。

再結(jié)晶后，不銹鋼管的強(qiáng)度和硬度顯著降低，塑性顯著提高。所有的機(jī)械和物理性能都完全恢復(fù)到變形前的值。

由于不銹鋼厚壁管的再結(jié)晶過(guò)程可以完全消除加工硬化組織，并將不銹鋼管恢復(fù)到變形前的狀態(tài)，因此在工業(yè)上廣泛使用所謂的“再結(jié)晶退火”(即中間退火)，以消除加工硬化現(xiàn)象，降低硬度，提高不銹鋼管的塑性并繼續(xù)加工。

在再結(jié)晶退火過(guò)程中，如果加熱溫度過(guò)高或加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不銹鋼管的晶粒在再結(jié)晶后會(huì)繼續(xù)長(zhǎng)大。此時(shí)，不僅不銹鋼管的強(qiáng)度降低，而且塑性和韌性也降低，這是應(yīng)該避免的。

(2)影響再結(jié)晶晶粒尺寸的因素

不銹鋼管再結(jié)晶退火后的性能與其晶粒尺寸有關(guān)。溫州不銹鋼管因?yàn)榫Я３叽绮粌H影響其強(qiáng)度和塑性，而且明顯影響不銹鋼管的沖擊韌性。實(shí)踐證明，晶粒越細(xì)，沖擊韌性越好。那么，影響再結(jié)晶晶粒尺寸的主要因素是什么？

首先，退火溫度和時(shí)間的影響。加熱溫度越高，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，晶粒尺寸越大，其中加熱溫度影響最大。對(duì)于工業(yè)不銹鋼管，再結(jié)晶溫度T主要與不銹鋼管的熔點(diǎn)有關(guān)。一般關(guān)系如下：

t再結(jié)晶=(0.35 ~ 0.40) t是熔化公式中的絕對(duì)溫度。

對(duì)于工業(yè)上的冷加工不銹鋼管和合金，為了消除加工硬化現(xiàn)象，退火溫度一般選擇比開(kāi)始再結(jié)晶溫度高100 ~ 200。例如，純鐵的熔點(diǎn)為1534，其再結(jié)晶開(kāi)始溫度約為450，不銹鋼厚壁管的再結(jié)晶溫度略低于450，因此生產(chǎn)用鋼的再結(jié)晶退火溫度為600 ~ 700。

其次是退火前不銹鋼管變形程度的影響。從圖中可以看出，當(dāng)變形程度很小時(shí)，晶粒尺寸沒(méi)有變化，因?yàn)椴讳P鋼管不會(huì)再結(jié)晶。然而，當(dāng)變形程度稍微增加時(shí)，再結(jié)晶退火合金的晶粒尺寸迅速增長(zhǎng)。304不銹鋼管晶粒尺寸最大的變形程度稱(chēng)為“臨界變形程度”。對(duì)于一般的不銹鋼管和合金，臨界變形約為2 ~ 10%。在臨界變形程度下，由于變形非常不均勻，再結(jié)晶退火中成核的數(shù)量很少，再結(jié)晶后得到分布極不均勻的晶粒，從而導(dǎo)致晶粒隨后快速生長(zhǎng)。當(dāng)超過(guò)臨界變形程度時(shí)，隨著變形程度的增加，不銹鋼管的結(jié)構(gòu)被強(qiáng)烈破壞，產(chǎn)生大量均勻分布的晶核，從而再結(jié)晶后獲得細(xì)小晶粒。

因此，在制定不銹鋼管壓力加工工藝時(shí)，為了獲得優(yōu)良的組織和性能，必須避免在臨界變形附近進(jìn)行加工。例如，在工業(yè)上冷軋不銹鋼管時(shí)，變形程度一般為30 ~ 60%，但不到10%。

此外，不銹鋼管中的雜質(zhì)和合金元素，以及變形前的原始晶粒尺寸，都會(huì)影響再結(jié)晶后的晶粒尺寸。