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18324224880不銹鋼管冷壓加工后的中間退火
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。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)長的一段時間而沒有明顯的變化。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,原子的擴(kuò)散能力仍然較低,因此不會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,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,再結(jié)晶冷壓處理后的不銹鋼管顯微組織會因原子遷移率的增加而發(fā)生明顯變化,從斷裂、拉長或扁平的晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚣?xì)小的等軸晶粒。這個變化的過程也是成核和生長的過程。在冷壓處理不銹鋼管的加熱過程中,成核、生長和重新變成新晶粒的過程稱為“再結(jié)晶”。然而,應(yīng)該注意的是在成核和生長過程中晶格類型沒有變化。
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)晶退火過程中,如果加熱溫度過高或加熱時間過長,不銹鋼管的晶粒在再結(jié)晶后會繼續(xù)長大。此時,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)。溫州不銹鋼管因為晶粒尺寸不僅影響其強(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,退火溫度和時間的影響。加熱溫度越高,加熱時間越長,晶粒尺寸越大,其中加熱溫度影響最大。對于工業(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溫度。
對于工業(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始再結(jié)晶溫度高100 ~ 200。例如,純鐵的熔點為1534,其再結(jié)晶開始溫度約為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,晶粒尺寸沒有變化,因為不銹鋼管不會再結(jié)晶。然而,當(dāng)變形程度稍微增加時,再結(jié)晶退火合金的晶粒尺寸迅速增長。304不銹鋼管晶粒尺寸最大的變形程度稱為“臨界變形程度”。對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。當(dāng)超過臨界變形程度時,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,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,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,都會影響再結(jié)晶后的晶粒尺寸。
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