退火工艺对建筑装潢用不锈钢组织与性能的影响

退火工艺对建筑装潢用不锈钢组织与性能的影响

刘芳菲

黑龙江省伊春市乌翠区住房和城乡建设局 黑龙江 伊春 153018

摘要：在当前铁素体不锈钢钢种中，最普遍见到的材质为1Cr17钢，其优势在于耐腐蚀性较好，在建筑工程作业中，是装潢材料使用最广泛的一种。当1Cr17铁素体不锈钢在双相区退火影响下会产生马氏体相变。马氏体属于强化相一种，一定程度上能够使得铁素体不锈钢强度增强，使材料的性能得以改善。基于此，本文通过不同温度的退火对1Cr17不锈钢组织及性能变化进行分析，保障建筑装修施工作业能够顺利开展。

关键词：10Cr17不锈钢；退火温度；显微组织；强度；塑性；耐腐蚀性能

1 试样制备与试验方法

本文实验材料的选择为某钢铁生产企业所生产的10Cr17不锈钢板，不锈钢板厚度为三毫米。通过电感耦合等离子发射光谱法检测化学成分，具体成分内容如表1详见。

表110Cr17不锈钢板的化学成分（质量分数）

采用线切割方法在10Cr17不锈钢板上截取尺寸为88mm×40mm×3mm的试样，除油清洗后吹干。在卡博莱特eLF11/6型热处理炉中对试样分别进行低温单相区和高温两相区退火处理，低温退火温度为840，880℃，高温退火温度为950，1000，1050，1100℃，保温时间均为30min，冷却方式分别为水冷（WQ）和空冷（AQ）。

采用线切割方法在退火态试样上取样，磨抛后采用由5g氯化铁＋50mL盐酸（工业纯）＋20mL水组成的混合溶液腐蚀，在Leica，Dm6m型光学显微镜和tASCAN，mIra3型扫描电镜（SEm）上观察纵截面显微组织，并采用光学显微镜附带的Image-ProPlus6.0软件统计第二相的面积分数，利用扫描电镜附带的能谱仪（EDS）测试微区成分。采用DNS200型拉伸试验机进行室温拉伸试验，拉伸试样尺寸见图1，拉伸速度为05.mm·min^-1，做3组平行试验取平均值。采用HVS-1000型数显维氏硬度计测试显微硬度，载荷为09.8Ｎ，保载时间10s，测试5个点取平均值。在退火态试样上截取尺寸为10mm×10mm×3mm的试样，经磨抛、清洗、吹干，称取质量后，在质量分数为6%的Fecl3溶液中进行化学浸泡腐蚀试验，腐蚀介质温度为45℃，浸泡时间为3d。浸泡腐蚀结束后，将试样置于由体积分数50%盐酸和3.5g·L^-1六次甲基四胺组成的混合溶液中浸泡15min以去除表面腐蚀产物，再经清水冲洗、吹干后称取质量，计算腐蚀速率V，计算公式为

式中：m₀和m_t分别为腐蚀前后的质量g；S为试样面积，mm²；t为浸泡时间，min。

图1拉伸试样尺寸

2 试验结果与讨论

2.1 显微组织

由图2可以看出：低温（840，880℃）退火后试样组织中均可见沿轧制方向分布的铁素体晶粒和分布于铁素体晶界处的断续白亮颗粒，白亮颗粒的尺寸约为1μm，局部还可见细小的再结晶组织；在相同退火温度下，水冷后得到的铁素体晶粒尺寸更小，这是因为水冷方式下的冷却速率较快，铁素体晶粒长大的时间较短。能谱分析结果表明，铁素体晶界处的白亮颗粒含有64%（原子分数，下同）铁、18.7%铬和17.3%碳。铁和铬原子数之和与碳的原子数之比接近23比6，推测白亮颗粒为（Fe，Cr）23C6碳化物。

由图3可以看出：在950，1100℃高温空冷退火后，试样组织主要为铁素体＋马氏体，铁素体晶界处同样分布着白色（Fe，Cr）23C6碳化物颗粒，但含量明显低于840，880℃低温空冷退火后的；随着温度升高，（Fe，Cr）23C6碳化物含量减少，马氏体含量先增加后减少，在温度为1000℃时最高，约50.2%（面积分数）；退火温度在1000℃及以上时，铁素体晶粒都发生了完全再结晶，且再结晶晶粒尺寸随着温度升高而增大。

由图４可以看出：在950，1100℃高温水冷退火后，试样的组织仍为铁素体＋马氏体＋碳化物颗粒，马氏体含量高于相同温度空冷退火后的；当退火温度达到1000℃及以上时，试样发生完全再结晶，晶粒尺寸随温度的升高而增大，并且再结晶晶粒尺寸小于相同温度空冷退火后的。

图2不同温度、不同冷却方式低温退火后试样的Ｓem形貌

图3不同温度高温退火并空冷后试样的显微组织

图4不同温度高温退火并水冷后试样的显微组织

2.2 力学性能

由表2可以看出：840，880℃低温退火试样的抗拉强度和屈服强度明显低于950，1100℃高温退火试样的，断后伸长率与此相反；高温退火试样的强度随温度的升高先增大后减小，断后伸长率降低，当退火温度为950℃时，试样的强塑性较好；水冷退火试样的强度明显高于空冷退火试样的，而断后伸长率略低。这主要与水冷的冷却速率更快，基体组织中的马氏体含量更多且再结晶晶粒更细小有关。

由图5可以看出：840，880℃低温退火试样的硬度明显低于950，1100℃高温退火试样的，且880℃下的硬度最低；当退火温度在950，1100℃时，试样的硬度随温度的升高而增大，且水冷退火试样的硬度高于空冷退火试样的。840，880℃低温退火试样的组织主要为硬度较低的铁素体，950～1100℃高温退火试样的组织主要为硬度较高的马氏体和晶粒细小的铁素体，因此高温退火试样的硬度更高；与高温空冷退火试样相比，高温水冷退火试样的晶粒尺寸更细小，细晶强化作用更大，因此硬度更高。

表2不同温度和冷却方式下退火后试样的室温拉伸性能

图5，不同温度和冷却方式下退火后试样的显微硬度

2.3 耐腐蚀性能

无论是空冷还是水冷，840，880℃低温退火试样的腐蚀速率明显大于950，1000，1050℃高温退火试样的，与1100℃高温退火试样的相当；高温退火试样的腐蚀速率随温度升高先增大后减小再增大，退火温度为950℃时的腐蚀速率最小，1100℃时的腐蚀速率最大，且水冷退火后的腐蚀速率均小于空冷退火的。腐蚀速率的变化主要与晶粒大小、晶界处（Fe，Cr）23C6碳化物的分布等组织特征有关。

3 结语

综上所述，通过上述试验分析研究得出，当10Cr17不锈钢试样在低温退火组织（840，880℃）是铁素体和（Fe，Cr）23C6碳化物颗粒中，水冷的铁素体晶体要比空冷状态下的要小；当在高温（950，1100℃）状态下时，碳化物的整体数量要比低温状态下的要低；当温度在1000℃时，试样组织会全面形成动态并结晶，结晶的颗粒尺寸会逐渐增大，随着温度的上升而变大。

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