用X射线衍射(XRD)、磁针法、力学性能和显微分析研究了商用热轧态和冷轧态304奥氏体不锈钢在不同变形方式下应变诱发马氏体的行为。结果表明:304钢热轧态由于存在多量碳化物和组织不均匀性,其奥氏体稳定性低,拉伸应变诱发马氏体量达40%,冷轧(固溶)态组织均匀、奥氏体稳定性高,拉伸应变诱发马氏体量仅9%;304冷轧板材扩孔、杯突成形时其切向和径向的二向拉应力有助于γ-α‘转变,诱发马氏体量(30%-35%)多于单向拉应力的拉伸诱发马氏体量(8%-10%)。对于冷轧304不锈钢,在20%以上拉伸工程应变的驱动下才能较明显地诱发马氏体。304明显的强化效果(△σ达320~400 MPa)来自应变硬化和马氏体相变强化两方面:冷轧304钢的强化主要来自应变硬化本身;热轧304钢的强化不光有应变硬化的贡献,还有应变诱发的多量马氏体的重要贡献而且后者是主要的。
奥氏体不锈钢304兼顾了室温力学性能、加工性能、高温强度、低温韧性和耐蚀性等多方面优良性能以及经济性,其产量、用量占不锈钢总产量的50%以上,是不锈钢应用最成功的例子。304钢具有亚稳定性的奥氏体组织,早已发现:可以通过形变使其奥氏体转变为具有铁磁性的体心立方马氏体(α’)。由于理论上和技术上的重要性,多年来对于不锈钢中应变诱发马氏体的研究工作一直在继续。Choi和Gonzalez曾经分别在304中添加3.2%和1.6%的Cu,得出Cu对304不锈钢应变诱发马氏体相变及力学行为有重要作用;Ryoo研究了Ni含量对304应变诱发马氏体和力学性能的影响:Arpan和Hedström较深入考察了应变速率的效应;Kumar研究了应变诱发的马氏体对冷轧奥氏体不锈钢随后退火中组织演变和晶粒细化的影响;Kireeva考察了奥氏体不锈钢单晶体中γ-α'转变的位向关系,杨卓越、徐飙等研究了304经室温预应变和液氮冷却(热诱发)二者对马氏体相变的作用以及应变诱发马氏体对节镍型奥氏体不锈钢冷轧断带的影响。
结果表明:
1.304奥氏体不锈钢热轧态由于存在较多细小碳化物和组织不均匀性,导致奥氏体稳定性低,拉伸应变诱发了多量的马氏体(35%~40%);304冷轧(固溶)态组织均匀、奥氏体稳定性高,拉伸时诱发的马氏体量显著减少(8%~10%);
2.冷轧304不锈钢扩孔、杯突成形时其切向和径向的二向拉应力有助于γ→α'的转变,诱发马氏体量较大(30%~35%),同样材料的冷轧拉伸试样仅承受单向拉应力,诱发马氏体量少得多(8%~10%);
3.一定程度应变量的驱动对于γ→α'转变的诱发是必要的,本文对于冷轧304不锈钢拉伸时,在20%的工程应变以上才能较明显地诱发马氏体;
4.304不锈钢明显的强化效果(△σ达320~400MPa)来自加工硬化和应变诱发马氏体相变强化二方面,冷轧态304的强化主要来自应变硬化本身,而热轧态304的强化不仅有应变硬化的贡献,还有应变诱发的多量马氏体(≥35%)的重要贡献,而且后者是主要的。