V、Nb、Ti的添加和退火溫度對AISI301L不銹鋼顯微組織和拉伸性能

無錫不銹鋼的晶粒細化是一種使鋼強化而不至于使鋼的延性和韌性惡化的方法。因此，鋼鐵業界對晶粒細化的研究已經進行了很長時間，而且近年來，在該領域的研究范圍也更廣了。

眾所周知，在亞穩態奧氏體無錫不銹鋼中，通過應變感生馬氏體（α’）相變以及緊隨其后的從α’到奧氏體（γ）的可逆相變可以獲得細小的晶粒。日本住友的研究者們對301L不銹鋼進行了研究，其目的是為了研究在高氮的奧氏體不銹鋼中，通過釩、鈮和鈦的“釘扎”作用來獲得較小尺寸的晶粒。

為此，在所研究的301L無錫不銹鋼中加入不同含量的釩、鈮和鈦微合金化元素。V、Nb、Ti的含量分別為0.002～1.0mass%、0.002～0.3mass%、0.002～0.3mass%；將澆注的鋼錠機加工成40毫米厚的試樣，在1200℃下熱軋、退火，并冷軋；隨后在1150℃下固溶處理達600秒，水淬，以防止在冷卻過程中，發生碳化物和氮化物的析出；以67%壓縮比在25℃的室溫下研究301L不銹鋼顯微組織和拉伸性能的影響。研究結果如下：

1）隨著V、Nb分別增加至0.5和0.1mass%，析出物的濃度增加，晶粒度減小；當V超過0.5mass%、Nb超過0.1mass%時，加Ti對晶粒度并無影響，這是因為添加的這些微合金化元素不會對析出物濃度的增加做貢獻。同時還發現，隨著退火溫度從1000℃降為850℃，晶粒度也會減小。

2）晶粒細化還可以用細小的析出物微粒的“釘扎”作用和其在晶界處移動的減少來解釋。添加到鋼中的V、Nb、Ti的“釘扎”作用的大小由這些元素在固溶處理或退火時，不同溫度下溶解度的差所決定。其中，V的“釘扎”作用最明顯，因為其溶解度差最大。

3）隨著V和Nb添加量的增加，以及退火溫度的下降，0.2%屈服強度從400增至750N/mm2。按照Hall-Petch關系式，材料的這種強化，主要是通過晶粒細化實現的。