不銹鋼熱加工溫度控制的理論基礎(chǔ)及軋制溫度范圍的確定

 金屬軋制前加熱的目的是為了獲得良好的塑性和較小的變形抗力，其加熱溫度應(yīng)根據(jù)熱加工的工藝要求，由金屬的塑性和變形抗力等因素來確定。不銹鋼中合金元素對奧氏體區(qū)域、生成碳化物、加熱溫度有一定影響，對于不同的熱加工方法，其加熱溫度也不一樣。

 不銹鋼軋制溫度范圍的確定需要參考鋼的狀態(tài)相圖、塑性圖和變形抗力圖等綜合考慮：

 ①. 確定不銹鋼加熱溫度的依據(jù)是鋼的狀態(tài)相圖中固相線，鋼加熱中過熱與過燒與開始熔化的溫度有關(guān)，如果鋼中有組織偏析和非金屬夾雜，都會造成鋼的熔點(diǎn)溫度降低。因此，鋼的最高加熱溫度應(yīng)比固相線低100～150℃；

 ②. 不銹鋼的加熱溫度應(yīng)在壓力加工末期使鋼仍能保持一定的塑性。由于奧氏體不銹鋼的塑性較好，在單相奧氏體區(qū)域內(nèi)加工時變形抗力較小，而且加工后殘余應(yīng)力也較小，不會出現(xiàn)裂紋等質(zhì)量缺陷，這個溫度區(qū)域應(yīng)在鐵碳平衡圖AC3以上30～50℃，固相線以下100～150℃的溫度范圍，最后再結(jié)合鋼的終軋溫度及在出爐和熱加工過程中的熱損失，便可確定鋼的最低加熱溫度。一般鋼的終軋溫度對其組織和性能影響較大，鋼的終軋溫度越高，晶粒集聚長大的傾向越大，鋼的機(jī)械性能越低，但鋼的終軋溫度也不能太高，根據(jù)鐵碳相圖最好控制在850~900℃，一般不要超過950℃，也不要低于800℃；

 ③. 不銹鋼的合金狀態(tài)圖是選擇加熱溫度的重要依據(jù)。以二元合金狀態(tài)圖為例，固相線決定了鋼的加熱溫度上限，為防止鋼的過熱和過燒，鋼的加熱溫度上限應(yīng)比熔點(diǎn)溫度低100~150℃，即相當(dāng)于合金熔點(diǎn)的0.8~0.9倍。鋼的加熱溫度下限應(yīng)由終軋溫度確定，對于完全固溶狀態(tài)的不銹鋼來說，隨加熱溫度的降低不會出現(xiàn)固態(tài)相變，終軋溫度一般相當(dāng)于合金熔點(diǎn)的0.6~0.7倍，這樣可保證熱加工所需要的塑性和變形抗力。但也有例外的情況，如某些合金鋼處于單相區(qū)時脆而硬，其塑性較差，而在兩相區(qū)時塑性較好，此時加熱溫度應(yīng)控制在兩相區(qū)；

 ④. 鋼的塑性圖是確定溫度范圍，加熱溫度上限應(yīng)控制在塑性最高的區(qū)域附近。根據(jù)金屬狀態(tài)圖和塑性圖確定鋼的加熱溫度范圍后，還要用變形抗力圖（即變形抗力隨溫度的變化曲線）進(jìn)行校正，以使整個熱加工過程中金屬變形抗力最小的溫度范圍進(jìn)行。

 不銹鋼軋制工藝對加熱溫度有一定影響，一般軋制道次越多和軋制時間越長，鋼的溫降越大，要求鋼的軋前溫度就越高。由于奧氏體和鐵素體不銹鋼具有不同的化學(xué)成分、變形抗力、屈服極限和再結(jié)晶速度，當(dāng)不同的兩相組織在一起變形時，會導(dǎo)致金屬內(nèi)部流動狀態(tài)的不均而出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，奧氏體不銹鋼塑性與鐵素體比例的關(guān)系如圖所示，1Crl8Ni9Ti鋼中鐵素體組織如圖所示。

 從圖可以看出，當(dāng)奧氏體不銹鋼中鐵素體含量超過15％或鐵素體不銹鋼中奧氏體含量超過15％時，鋼的塑性指標(biāo)都會急劇下降，從而影響鋼的加工性能。1Cr18Ni9Ti不銹鋼適用于此圖的前半部分。

 奧氏體不銹鋼：在常溫下以奧氏體組織為主，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，熱膨脹系數(shù)較大約是碳鋼的1.5倍，導(dǎo)熱系數(shù)較低約是碳鋼的1/3，比電阻較高約是碳鋼的4倍。

 鐵素體不銹鋼：在常溫下以鐵素體組織為主，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)，這類不銹鋼一般不含鎳，含鉻量在11%～30%，有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等合金元素，具有導(dǎo)熱系數(shù)較紋與鋼的化學(xué)成分、鑄坯質(zhì)量、軋制工藝、溫度有關(guān)。膨脹系數(shù)較小、抗氧化性和抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等特點(diǎn)，但當(dāng)鐵素體不銹鋼加熱到900℃時其晶粒顯著長大后，再冷卻至常溫其延伸性和韌性較差，且高溫冷卻過程中容易產(chǎn)生裂紋。

 馬氏體不銹鋼：這種鋼是一種通過熱處理調(diào)整力學(xué)性能的可硬化不銹鋼，其淬火后硬度較高，但馬氏體鋼對不同的回火溫度具有不同的強(qiáng)韌性。馬氏體不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)較低，表面高溫影響區(qū)域又硬又脆，一般加熱前需要進(jìn)行預(yù)熱。馬氏體不銹鋼的物理性能和耐腐蝕性能均與含鉻12%~14%的鐵素體不銹鋼接近，由于組織中沒有游離的鐵素體，其機(jī)械性能一般較高。