V、Nb、Ti的添加和退火温度对AISI301L不锈钢显微组织和拉伸性能

无锡不锈钢的晶粒细化是一种使钢强化而不至于使钢的延性和韧性恶化的方法。因此，钢铁业界对晶粒细化的研究已经进行了很长时间，而且近年来，在该领域的研究范围也更广了。

众所周知，在亚稳态奥氏体无锡不锈钢中，通过应变感生马氏体（α’）相变以及紧随其后的从α’到奥氏体（γ）的可逆相变可以获得细小的晶粒。日本住友的研究者们对301L不锈钢进行了研究，其目的是为了研究在高氮的奥氏体不锈钢中，通过钒、铌和钛的“钉扎”作用来获得较小尺寸的晶粒。

为此，在所研究的301L无锡不锈钢中加入不同含量的钒、铌和钛微合金化元素。V、Nb、Ti的含量分别为0.002～1.0mass%、0.002～0.3mass%、0.002～0.3mass%；将浇注的钢锭机加工成40毫米厚的试样，在1200℃下热轧、退火，并冷轧；随后在1150℃下固溶处理达600秒，水淬，以防止在冷却过程中，发生碳化物和氮化物的析出；以67%压缩比在25℃的室温下研究301L不锈钢显微组织和拉伸性能的影响。研究结果如下：

1）随着V、Nb分别增加至0.5和0.1mass%，析出物的浓度增加，晶粒度减小；当V超过0.5mass%、Nb超过0.1mass%时，加Ti对晶粒度并无影响，这是因为添加的这些微合金化元素不会对析出物浓度的增加做贡献。同时还发现，随着退火温度从1000℃降为850℃，晶粒度也会减小。

2）晶粒细化还可以用细小的析出物微粒的“钉扎”作用和其在晶界处移动的减少来解释。添加到钢中的V、Nb、Ti的“钉扎”作用的大小由这些元素在固溶处理或退火时，不同温度下溶解度的差所决定。其中，V的“钉扎”作用最明显，因为其溶解度差最大。

3）随着V和Nb添加量的增加，以及退火温度的下降，0.2%屈服强度从400增至750N/mm2。按照Hall-Petch关系式，材料的这种强化，主要是通过晶粒细化实现的。