不锈钢材料组织控制技术　

不锈钢材料组织控制技术　

　   材料的开发是通过控制成分、加工热处理来控制结晶构造和组织完成的。不锈钢具有优良的耐蚀性，其性能是由合金的组成决定的。但是，为了充分发挥合金本来具有的特性。其前提必须是材料组织的最佳化。另外，不锈钢也是力学性能优良的材料，与其他钢铁材料一样，要求对材料组织进行最佳控制以得到强度、加工性、韧性等所需的特性。本文在应用不锈钢优良特性的同时，以典型的钢种概述了其重要的组织控制，并且也介绍了最近开发的新钢种材料设计方法。

 

不锈钢按材料组织的分类 　　

    不锈钢的特性与材料组织有着密切关系，因此，根据组织进行分类。以SUS304为代表的奥氏体系不锈钢，由SUS430和高纯度铁素体系组成的铁素体系不锈钢及以SUS42OJ1为代表的淬火硬化能高的马氏体系不锈钢。此外，还有少量特殊的双相不锈钢和析出硬化型不锈钢。从主要构成元索的角度，把奥氏体系不锈钢、双相不锈钢、析出硬化型不锈钢称作Ni—Cr系或Ni系不锈钢，把铁索体系不锈钢、马氏体系不锈钢称作Cr系不锈钢。SUS430(17Or)是铁素体系不锈钢的常用钢种，通常使用经退火得到的铁素体+碳化物的组织。高纯度铁素体系不锈钢是铁素体单相组织钢种的总称，它是通过减少铁素体系不锈钢中的C、N，然后加入易形成碳氮化合物的Ti、Nb稳定化元素，以减少固溶C、N的钢种。 　　

双相不锈钢用固溶处理。使奥氏体和铁素体大致以1：1的比例存在。除有22%～25%Cr外，因含Mo、N，故具有优良的耐蚀性。此外，由于有铁素体的存在。故具有比奥氏体系不锈钢更为优良的耐应力腐蚀性。析出硬化系不锈钢大多采用热处理和加工诱起相变，使基体组织为马氏体，然后使Cr和Ni—A1金属间化合物在马氏体中析出。而达到高强度化。

 

不锈钢组织、材质的控制和新钢种开发

3.1奥氏体系不锈钢(SUS304、SUS301、SUS304J1) 　

　   SUS304具有优良的耐蚀性、耐热性和加工性等均衡的优异特性，与SUS3o4对应的Fe—Cr—8%Ni合金的平衡状态。由奥氏体系不锈钢这个名称也许你会感到初晶是铁素体是个意外，但是，18%Cr的SUS304的凝固形态按所谓FA方法，在铁素体(有时称8铁素体)凝固后，就形成奥氏体。其优点是利用在凝固中残留的铁素体，可使连铸和焊接时难以发生凝固裂纹。奥氏体的晶界因s易发生脆化，而铁素体因S的固溶度大具有固定S的作用，结果可使奥氏体晶界纯净而强化。在不锈钢板的生产工艺中，一般按下述原则进行成分调整，使连铸时残余的少量铁素体在热轧加热时固溶进单相奥氏体中。 　　

为了进行加工性能优良的材料设计，必须根据加工方式，控制材料组织。凸肚性如上所述可用TRIP来提高，但深冲性和凸缘延伸性反而会因加工马氏体的生成量多而易下降。特别在多段深冲时，因凸缘部的硬化阻碍下工序深冲加工性的倾向很强。 　　

为了满足这样的材料特性，用调整低屈服强度和加工诱起马氏体的生成量及奥氏体的加工硬化，开发了极软质高加工性奥氏体系不锈钢板(17Cr—8Ni—2.7Cu—2.7Mn—低C、N)。为降低屈服强度，采用新的精炼技术，降低了使奥氏体固溶强化的c和N含量。与通常的SUS304(8Ni)相比，抑制了加工诱起马氏体的生成，这样就可使奥氏体的稳定性与18Cr—9Ni钢相同。另外，为了调整奥氏体的加工硬化，应使Ni、Mn和cu的加入量最佳化。只要将加工诱起马氏体生成的TRIP和奥氏体本身的加工硬化进行最佳化组合就可使二次加工性最大化。

 

3.2高纯度铁素体系不锈钢(SUS430LX，SUS444等) 由于高纯度化精炼技术的进步，可使典型的杂质元素C大幅度地减少，从而开发了具有优良耐蚀性、加工性和焊接性等的高纯度铁素体系不锈钢。高纯度铁素体系不锈钢的特征在于：除低(C+N)化外，可用Ti和Nb进行稳定化，并根据使用的腐蚀环境可加入Cr，同时按照需要还可加入Mo和Cu来提高耐蚀性。 　

　  本开发钢是以17Cr为基的铁素体系不锈钢，是同时具有最高水平的加工性和能降低“起皱”的新钢种。为了用17Cr得到最高水平的延性，在精炼过程中必须彻底降低杂质元素，且稳定化元素Ti也应该控制在需要的最小限度。为了提高r值，应采用新精炼设备(SUS—REDA)，来极力降低C、N，作为固定元素选用了提高r值效果大，但强度增加小的在达到这样彻底高纯度化时，由于连铸坯铸态组织是发达的粗大柱状晶组织，所以.造成{100}群体形成。已知对该群体阻断最有效的方法就是再结晶，但为了把{100}群体完全阻断，仅用一次再结晶是不充分的，故在制造过程中必须反复进行二次以上的再结晶。

 　

        由于高纯度铁素体系不锈钢的再结晶核主要是在晶界上，所以为有效地得到再结晶组织，必须使铸态低倍组织微细化。由于铸造时利用氧化物可促进异质核的生成，阻断柱状晶的发展，因而能达到凝固组织微细化的目的。 　　

        由于抑制了粗大柱状晶的发达，可使热轧前晶粒微细化。故在热轧过程中就能一次得到完全的再结晶组织。另外，由于碳氮化物和碳硫化物在氧化物+TiN上复合析出并凝聚，也可防止在热轧退火时抑制再结晶的微细析出物，从而得到了具有高r值和低“起皱”的微细再结晶组织。通过热轧过程中的再结晶和热轧板退火时的再结晶，无须采用其他工艺就能阻断该群体，并且存在的复合析出物能促进冷轧后最终退火时的晶粒成长，因而有利于确保延性、高r值化。 如上所述，由于控制了以氧化物为核的凝固、析出，使凝固组织微细化，织构和晶粒控制变得简单易行，从而得到了可同时获得高加工性和低“起皱”的合理制造工艺。开发钢深冲后的外观。与原来的钢(SUS430)比较，可清楚地看到成形性提高的同时，在杯侧壁未发生明显的“起皱”缺陷。用氧化物凝固组织高加工性铁素体系不锈钢的材料设计。 
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