退火工艺对00Cr12Ti铁素体不锈钢组织和性能的影响

来源:北京科技大学作者:李烁

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和拉伸试验等方法观察和测定了00Cr12Ti铁素体不锈钢退火后的显微组织和力学性能,研究了工艺、组织和性能之间的关系。结果表明:经850℃保温2min的退火后,00Cr12Ti铁素体不锈钢具有最佳的综合力学性能,屈服强度为230MPa,抗拉强度为425MPa,伸长率为35%。退火后00Cr12Ti铁素体不锈钢的组织由无畸变的再结晶铁素体和析出相粒子组成,其中析出相粒子由微米级的复合夹杂物和纳米级的析出物TiC构成。夹杂物破坏了基体的连续性,对其力学性能产生不利的影响。TiC有利于提高了00Cr12Ti铁素体不锈钢的强度,但降低了塑性。

汽车排气系统所应用的不锈钢主要是铁素体不锈钢,约占80%,还有部分奥氏体不锈钢。与奥氏体不锈钢相比,铁素体不锈钢中不含贵金属镍,价格有一定的优势。汽车用00Cr12Ti铁素体不锈钢具有性能稳定,优良的抗应力腐蚀、点蚀和晶间腐蚀的能力,抗大气腐蚀性强,较好的成形性能和焊接性能等优点,在汽车排气系统的大量部件中广泛应用。

由于00Cr12Ti铁素体不锈钢的广泛应用,国内外很多学者对其力学性能、耐蚀性能及焊接性能等开展了大量的研究。例如,李学峰通过控制钢的成分和热处理工艺,生产出力学性能优异的铁素体不锈钢。毕洪运和李鑫等对不锈钢的耐高温氧化性和耐蚀性进行研究。李红和Lakshminarayanan分别采用TIG焊和激光焊的方法焊接00Cr12Ti铁素体不锈钢,并对其焊接性能进行了测定。00Cr12Ti铁素体不锈钢的力学性能与微观组织和钢中的析出相密切相关,微观组织和析出相受退火工艺的影响很大,因此研究00Cr12Ti铁素体不锈钢在不同的退火工艺下微观组织和析出相的变化非常必要。本文在实验室制备一种00Cr12Ti铁素体不锈钢,对经过不同退火工艺热处理后材料的力学性能、组织形貌、夹杂物和析出物等进行测定和分析,为该合金的组织控制和工艺参数优化提供依据。

1、实验材料和方法

实验钢在真空感应炉中冶炼,浇铸成50kg钢锭,锻造成厚度为80mm的钢坯,试验钢化学成分见表1。

表1 00Cr12Ti钢的化学成分(质量分数,%)

00Cr12Ti钢的化学成分

钢坯在电阻加热炉内加热至1200℃,保温1h,在热轧机上轧制成厚度为3mm的钢板,终轧温度在900℃以上,再经酸洗后冷轧至1mm。将冷轧板切成200mm×50mm的试样进行退火,退火处理分两种,第一种是分别加热到700、750、800和850℃保温2min,随后分别空冷至室温;第二种是加热到850℃分别保温2、5、10、15min,随后空冷至室温。对经过不同退火处理后试样的力学性能进行测定,并在退火钢板上切取金相试样进行打磨抛光,用FeCl3+HCl的水溶液进行侵蚀,在光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)下进行组织观察。从退火钢板上切取20mm×20mm×0.3mm的试样,打磨减薄至30~50μm,制成标准透射试样,在5%的高氯酸酒精溶液中对样品进行电解双喷,采用透射电镜(TEM)对处理后的样品进行组织和析出物的观察及电子衍射分析。

3、结论

1)对冷轧后的00Cr12Ti铁素体不锈钢进行退火,在低于750℃保温2min退火时,只发生回复,在800℃以上保温2min退火时,组织中出现再结晶晶粒,在850℃保温2min退火后,00Cr12Ti的综合力学性能最佳。对于00Cr12Ti的综合力学性能来说,温度对其性能的影响比时间对其的影响要大;

2)冷轧后的00Cr12Ti铁素体不锈钢经850℃保温2min退火后,00Cr12Ti铁素体不锈钢的组织中存在微米级的夹杂物,夹杂物形状比较复杂,并且有些夹杂物并不是单独形成的,而是两个或几个粒子共同存在,夹杂物之间存在互相包裹的现象,夹杂物主要以TiN和TiO2的形式存在,并且某些夹杂物是TiN以TiO2为核心外延生长而成的;

3)冷轧后的00Cr12Ti铁素体不锈钢经850℃保温2min退火后,00Cr12Ti铁素体不锈钢的组织中存在纳米级的析出物TiC,TiC的形状为方形和圆形,尺寸范围为5~40nm之间,随着保温时间的延长,析出物的数量增多,造成00Cr12Ti铁素体不锈钢强度的提高和塑性的降低。