304 奧氏體不銹鋼具有優(yōu)秀的耐腐蝕性能、可焊接性能和加工性能等，廣泛應(yīng)用于化工、家電、汽車和船舶等制造領(lǐng)域。奧氏體不銹鋼冷軋后的常規(guī)退火工藝為1040℃以上保溫后快冷。常規(guī)退火后奧氏體冷軋不銹鋼的屈服強度較低，室溫屈服強度通常為230~300MPa，這限制了其在結(jié)構(gòu)材料上的使用?？梢圆捎美渥饔不绞教岣卟讳P鋼的屈服強度，但是會降低材料的成型性能，且奧氏體加工硬化產(chǎn)生的馬氏體會使材料的相對磁導(dǎo)率增大；也可以通過添加Ti、Nb、V等微合金化元素控制奧氏體不銹鋼晶粒細(xì)化和碳氮化物沉淀強化，以提高材料的強度，但是微合金化對熱處理工藝有嚴(yán)格的要求，且添加合金元素會帶來冶煉成本的增大。根據(jù)霍爾佩奇公式，晶粒細(xì)化可以提高材料的屈服強度，晶粒在退火時的長大速率與退火溫度的關(guān)系較大，在再結(jié)晶溫度以上，退火溫度越高，晶界遷移速率越快，晶粒的長大速率也就越快，因此理論上可以采用降低退火溫度的方法細(xì)化不銹鋼晶粒、提高材料的屈服強度，且與上述冷作硬化和微合金化方法相比，該方法成本更低，是一種提升材料強度更為經(jīng)濟(jì)的方法。
研究人員以最常規(guī)的304不銹鋼為研究對象，結(jié)合工廠連續(xù)退火設(shè)備的實際情況，制定了試驗參數(shù)，研究了退火溫度對不銹鋼晶粒度、屈服強度和斷后伸長率的影響，還研究了其對耐腐蝕、折彎等性能的影響，以為產(chǎn)品高強度化、減薄化或輕量化提供理論基礎(chǔ)。
1 試樣制備與試驗方法
初始試樣為6個經(jīng)過76%大壓下率冷壓延加工的304不銹鋼硬態(tài)材卷料，硬態(tài)材厚度為0.7mm，來源于同一煉鋼爐號。試驗材料的化學(xué)成分和退火前的力學(xué)性能、馬氏體質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別如表1，2所示。
利用工廠連續(xù)退火爐進(jìn)行退火，退火線速率為60m/min，結(jié)合退火爐的長度，計算得到退火在爐時間為1.5min；退火爐溫度分別設(shè)為850，900，950，1000，1050 ℃，爐溫穩(wěn)定后通入測試卷，測試卷在熱處理后出爐水冷，再經(jīng)過中性鹽電解、含有硝酸和氫氟酸的混酸酸洗去除表面氧化皮，得到表面光潔的不銹鋼板。
取上述退火酸洗后的試樣，將試樣機械切割、熱鑲、磨拋至鏡面后，使用10%（體積分?jǐn)?shù)）硝酸水溶液電解腐蝕，腐蝕后經(jīng)乙醇溶液清洗、冷風(fēng)吹干，在光學(xué)顯微鏡下觀察顯微組織，參照GB/T 6394—2017《金屬平均晶粒度測定方法》中的截點法測定晶粒平均尺寸。依據(jù)GB/T 228.1—2021《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》，使用萬能試驗機對試樣進(jìn)行室溫拉伸試驗。按照GB/T 4340.1—2009《金屬材料 維氏硬度試驗 第1 部分：試驗方法》對試樣進(jìn)行硬度測試，載荷為49N。使用鐵量測定儀測試退火前后形變馬氏體的含量，馬氏體的含量以鐵量測定儀測定值乘以1.7計算。參照GB/T 232—2024《金屬材料 彎曲試驗方法》，將試樣垂直于原板壓延方向無墊模折彎180°，試樣彎折后，在光學(xué)顯微鏡下觀察折彎面的開裂情況和粗糙度。參照GB/T 20854—2008《金屬和合金的腐蝕循環(huán)暴露在鹽霧、“干”和“濕”條件下的加速試驗》，將試樣循環(huán)暴露于中性鹽霧、“干”和“濕”試驗環(huán)境下進(jìn)行循環(huán)鹽霧試驗（CCT），鹽溶液為50g/L氯化鈉溶液，試驗周期為30個循環(huán)，每個循環(huán)8h（鹽霧2h，“干”4h，“濕”2h），試驗完成后對試樣表面掃描拍攝，并使用ImageJ軟件對試樣表面腐蝕的面積占比進(jìn)行統(tǒng)計。
2 試驗結(jié)果
2.1 不同溫度退火后的顯微組織
圖1為試樣經(jīng)800~1050℃退火后的顯微組織形貌。由圖1可知：800℃退火后顯微組織由灰色形變馬氏體和白色條帶狀奧氏體組成，此外在馬氏體上有少量的白色顆粒狀組織，推斷其為形變馬氏體逆轉(zhuǎn)變而成的奧氏體晶粒；850℃退火后顯微組織中等軸狀奧氏體晶粒明顯增多，尺寸極細(xì)小，約為1μm，組織中仍存在少量條帶狀奧氏體；900~1050℃退火后顯微組織中形變馬氏體基本消失，條帶狀奧氏體也全部完成再結(jié)晶轉(zhuǎn)變，組織由等軸狀奧氏體晶粒組成，且隨著退火溫度的升高，晶粒尺寸逐漸增大。
圖2為利用截點法測得的900~1050℃退火后試樣的平均晶粒尺寸。由圖2可知：900，950℃退火時，平均晶粒尺寸不大于5μm；1050℃退火時，晶粒尺寸增大至14μm，與常規(guī)冷軋退火態(tài)304不銹鋼的晶粒尺寸相當(dāng)。
2.2 不同溫度退火后的力學(xué)性能
不同溫度退火后試樣的晶粒尺寸、力學(xué)性能、馬氏體質(zhì)量分?jǐn)?shù)測試結(jié)果如表3 所示。由表3可知：試樣的屈服強度、抗拉強度與馬氏體質(zhì)量分?jǐn)?shù)都隨著退火溫度的升高而降低，在800~900℃時，試樣的力學(xué)性能下降較快，在900 ℃退火時，馬氏體質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.5%，在900℃退火1.5min時，馬氏體基本完成向奧氏體的轉(zhuǎn)變，平均晶粒尺寸為2.7μm，屈服強度不低于500MPa，比常規(guī)退火材料提高了1倍，同時斷后伸長率不小于40%，能夠滿足絕大多數(shù)加工成型場合的應(yīng)用；950，1000℃退火時，試樣的屈服強度和抗拉強度逐漸降低，但是仍比常規(guī)退火狀態(tài)下304不銹鋼的強度高約20%~40%，1050℃為不銹鋼的常規(guī)退火溫度，在1050℃退火1.5min，材料的各項力學(xué)性能都與常規(guī)冷軋退火態(tài)304不銹鋼的力學(xué)性能相當(dāng)。
2.3 不同溫度退火后的耐鹽霧腐蝕性能
圖3為不同溫度退火試樣循環(huán)干濕鹽霧試驗后表面的腐蝕形貌。由圖3可知：900℃退火后試樣表面基本沒有生銹，隨著退火溫度的升高，試樣表面的銹點逐漸變多，利用ImageJ軟件對圖3（a）~3（d）進(jìn)行處理并計算銹點面積所占的比例，處理后可見正常未銹蝕部位為黑色，銹點部位為白色，統(tǒng)計得銹點面積占比分別為0，0.73%，1.89%，2.44%。
試樣表面耐腐蝕性能存在差異的原因與晶粒尺寸有關(guān)，不銹鋼試樣退火后在含有硝酸的混酸溶液中酸洗時發(fā)生鈍化，表面生成了一層致密的鈍化膜，細(xì)化晶粒能夠加快鈍化膜的生長和修復(fù)速率，減小鈍化膜中缺陷的密度和幾何尺寸，使形成的鈍化膜更均勻致密，顯著增強了鈍化膜的穩(wěn)定性和金屬的耐腐蝕性，因此晶粒越細(xì)小，表面耐鹽霧腐蝕性能越好。
2.4 不同溫度退火后的折彎試驗
取900~1050℃退火的試樣，將試樣垂直于原板壓延方向彎曲180°，在光學(xué)顯微鏡下觀察試樣的折彎面形貌，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知：折彎面未見裂紋，隨著退火溫度的升高，折彎面逐漸變得粗糙，1050℃退火試樣的折彎面已呈“橘皮狀”形貌。折彎面形貌產(chǎn)生差異的原因與折彎前試樣的晶粒度有關(guān)，在折彎等拉伸態(tài)成形過程中，由于晶粒位向不同及晶界的影響，相鄰晶粒之間及每個晶粒內(nèi)部的變形量也是不均勻的，這些特點對位于表面的晶粒來說尤為突出。一般來說，在常溫下，晶粒中心區(qū)域的變形量較大，而受約束的晶界及其附近區(qū)域的變形量較小。對于細(xì)小顆粒來說，由于單個顆粒較小，晶粒內(nèi)部和晶界處的變形量相差較小，肉眼無法分辨這種差異；對于大尺寸晶粒來說，變形量的差異較大，變形的不均勻性在宏觀上會呈現(xiàn)出“橘皮狀”缺陷，因此試樣晶粒越細(xì)小，大變形加工后越不容易出現(xiàn)“橘皮狀”形貌。
3 結(jié)論
（1）退火溫度為800，850℃時，試樣組織中還存在一定含量的馬氏體；退火溫度為900℃時，獲得了平均晶粒尺寸小于3μm的完全奧氏體組織，且材料的屈服強度大于500MPa，斷后伸長率大于40%，能夠滿足很多工件高強度化、減薄化或輕量化的需求，具有很好的工業(yè)應(yīng)用性；隨著退火溫度的升高，平均晶粒尺寸和斷后伸長率逐漸增大，屈服強度隨之降低。
（2）試樣經(jīng)900℃退火后獲得了完全奧氏體化細(xì)晶組織，其耐鹽霧腐蝕性能優(yōu)秀，經(jīng)過30個周期的循環(huán)鹽霧、“干”和“濕”試驗后，試樣表面基本未發(fā)生腐蝕，隨著退火溫度的升高和晶粒的粗化，材料的耐鹽霧腐蝕性能逐漸下降。
（3）試樣經(jīng)900℃退火后再進(jìn)行180℃折彎變形試驗，其折彎面比較光滑，隨著退火溫度的升高，折彎面逐漸呈粗糙“橘皮狀”，即通過降低退火溫度，不銹鋼冷加工變形后的表面“橘皮”問題能夠得到明顯改善。
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