不銹鋼熱軋后回火觀測(cè)實(shí)驗(yàn)方法與步驟

二、實(shí)驗(yàn)方法與步驟
2.1 材料制備
本實(shí)驗(yàn)所採(cǎi)用的SUS403麻田散鐵不銹鋼。利用輝光放電分析儀(GDOS)分析其
材料成分，結(jié)果如表1所示，成分分析結(jié)果符合ASM鍛造級(jí)SUS403不銹鋼的標(biāo)準(zhǔn)
成分。原素材于各種熱處理加工前，皆先施以950℃持溫12小時(shí)的均質(zhì)化處理，使
其材料達(dá)到均質(zhì)化的初始狀態(tài)。
2.2 熱輥軋
熱輥軋機(jī)為中國(guó)鋼鐵公司 T1實(shí)驗(yàn)室 所有之型號(hào)為 Nippon Roll 生產(chǎn)之二重
往復(fù)式熱軋機(jī)，負(fù)荷為700噸，輥?zhàn)映叽鐬?20mm。試片大小為150mm×200mm×t , t
為厚度有20與28mm兩種試片，于爐中作1010℃持溫2小時(shí)的加熱使之完全沃斯田
鐵化后即從爐中取出，為避免試片在運(yùn)送臺(tái)輸送期間因傳輸速度有限，及因介質(zhì)
的熱傳導(dǎo)，造成試片的溫度下滑太快，故以人工夾持方式快速移至輥軋區(qū)，并以
熱電偶監(jiān)測(cè)試片中間位置且位于1/2厚度處的溫度，于900℃時(shí)進(jìn)行輥軋，輥軋量設(shè)
定為30%及50%使熱軋后厚度為14mm，輥軋完畢后空冷。
2.3 回火處理
選擇 200℃、300℃、400℃、500℃及 600℃共 5 個(gè)不同溫度作回火，據(jù)以分
析SUS403麻田散鐵不銹鋼經(jīng)熱軋后在不同溫度回火的相變化，回火時(shí)間為2小時(shí)。
2.4 金相觀察
試片經(jīng)過(guò)熱機(jī)處理和回火后，將欲觀察之試片用砂紙研磨，和 1μm 氧化鋁粉
拋光，再以 Fry 液(5g 無(wú)水氯化銅、40ml 鹽酸 、30ml 水 及 25ml 酒精)腐蝕，
后用光學(xué)顯微鏡觀測(cè)顯微鏡(OM)及掃描式電子顯微鏡觀測(cè)顯微鏡(SEM)觀察金相。
2.5 TEM 試片制作與觀察
以慢速切割機(jī)將試片切成厚約 0.1mm 之試薄片，再以砂紙研磨至 0.06mm 后，
隨即進(jìn)行噴射拋光(Jet Polish)。本實(shí)驗(yàn)是使用 E.A.Fischione 公司制造之 Double Jet
Polisher，腐蝕液成分為 75%酒精、20%甘油及 5%過(guò)氯酸，採(cǎi)用之電壓為 40 V，
電流為 9~10 mA；拋光時(shí)電解液之操作溫度維持在-6.5℃至-8℃。使用日本 JEOL
公司出產(chǎn)之 JEM-100CX II ELECTRON MICROSCOPE 作 TEM 觀察。
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熱軋后回火 SUS403 不銹鋼的顯微鏡觀測(cè)顯微組織變化
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三、結(jié)果與討論
3.1 金相觀察
圖 1(a)為素材經(jīng) 500℃回火的顯微鏡觀測(cè)顯微組織，呈現(xiàn)麻田散鐵和帶狀肥粒鐵的夾雜結(jié)
構(gòu)，從帶狀的肥粒鐵組織研判素材有經(jīng)過(guò)輥軋成型步驟。
圖 1(b)至(c)為輥軋后的顯微鏡觀測(cè)顯微組織，不同的輥軋量皆可以將晶粒達(dá)到細(xì)長(zhǎng)化的
效果，晶粒細(xì)長(zhǎng)的方向平行于輥軋方向，且隨輥軋量增加細(xì)長(zhǎng)化的現(xiàn)象也越明顯。
3.2 TEM 組織觀察
3.2.1 素材經(jīng) 500℃、600℃回火組織
圖 2(a)為回火溫度 500℃之基底組織，由層狀排列的回火麻田散鐵板條和塊狀
肥粒鐵及殘留沃斯田鐵組成，殘留沃斯田鐵在麻田散鐵板條間呈薄膜狀，在肥粒
鐵和麻田散鐵基底都有少量差排，該差排是伴隨相變化產(chǎn)生而非塑變導(dǎo)致，在麻
田散鐵板條間和麻田散鐵與肥粒鐵交界有碳化物析出。圖 2(b)顯示碳化物在肥粒鐵
與麻田散鐵交界呈鏈狀分佈之情形，圖 2(c)為麻田散鐵基底和碳化物的繞射圖像，
圖 2(d)分析顯示碳化物為 Cr23C6，麻田散鐵有多種方位，其中α1、α2、α3 雙雙
呈微雙晶，此種內(nèi)含微雙晶之麻田散鐵板條是冷卻過(guò)程形成，碳化物則是于回火
中析出，上述結(jié)果與 Lim 和 Lain[4,6]等人的研究結(jié)果相吻合。
圖3(a)為回火溫度600℃之TEM明視野圖，基底組織與圖2(a)相似，其中Cr23C6
明顯呈鏈狀分佈于板條狀麻田散鐵和肥粒鐵晶界交接處，圖 3(b)、3(c)分為板條狀
麻田散鐵之繞射圖形及分析，顯示其排列方向有多種指向。
在麻田散鐵板條間和麻田散鐵與肥粒鐵交界集中形成之碳化物不但有利于裂
縫的形成與傳播，也造成鄰近晶界區(qū)域有鉻缺乏區(qū)而形成抗腐蝕性降低的敏化現(xiàn)
象，故回火于 500-600℃雖可達(dá)成二次硬化，但也會(huì)使延韌性和抗腐蝕性降低[7]。
3.2.2 輥軋量 50%經(jīng)不同溫度回火之組織
圖 4(a)為經(jīng) 50%輥軋與 200℃回火之基底組織，含有麻田散鐵板條、肥粒鐵和
沃斯田鐵，輥軋后沃斯田鐵晶粒變細(xì)長(zhǎng)使麻田散鐵成長(zhǎng)受限，故板條外形也較細(xì)
長(zhǎng)，在麻田散鐵板條內(nèi)有少許煎餅狀碳化物，其排列方向和麻田散鐵板條有多種
指向，Miao [4] 指出該形狀碳化物應(yīng)為 Cr7C3，在麻田散鐵板條間有薄膜狀殘留沃
斯田鐵，在麻田散鐵板條的交錯(cuò)區(qū)間則有塊狀殘留沃斯田鐵，圖 4(b)為殘留沃斯田
鐵的暗視野圖像，輥軋引進(jìn)之大量塑變會(huì)增加殘留沃斯田鐵的機(jī)械穩(wěn)定性，將有
助于機(jī)械性質(zhì)的提昇。
圖 5 為經(jīng) 50%輥軋與 300℃回火之基底組織，結(jié)構(gòu)組成與圖 4(a)相似，值得注
意的是在肥粒鐵有高度的差排，研判麻田散鐵和沃斯田鐵含有相同的差排，此差
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Journal of China Institute of Technology Vol.38-2008.6
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排密度高于圖 2(a)所顯示之輥軋前的情況，顯示除少部分差排是冷卻過(guò)程中伴隨相
變化形成，有更大量是由輥軋之塑變所導(dǎo)致，這些塑變差排將會(huì)抑制麻田散鐵板
條的成核與成長(zhǎng)并提昇殘留沃斯田鐵的機(jī)械穩(wěn)定性，硬脆之麻田散鐵是提供裂縫
形成位置和傳播路程，故經(jīng)輥軋后少而鬆散的麻田散鐵板條及夾雜其間之殘留沃
斯田鐵將會(huì)減少裂縫的形成和抑止其傳播，再結(jié)合熱輥軋的細(xì)晶將有助于機(jī)械性
質(zhì)的大幅提昇。
圖 6(a)為經(jīng) 50%與 400℃回火之基底組織，組織內(nèi)部含有薄膜狀及塊狀殘留沃
斯田鐵、板條狀麻田散鐵和肥粒鐵，其中煎餅狀 Cr7C3 碳化物析出于板條狀麻田散
鐵內(nèi)部，并未在晶界交接處發(fā)現(xiàn)其析出，在肥粒鐵內(nèi)部發(fā)現(xiàn)大量差排。另圖 6(b)
為板條狀麻田散鐵之繞射圖形，圖 6(c)為其分析。
圖 7(a) 為經(jīng) 50%與 500℃回火之基底組織，組織內(nèi)含有薄膜狀及塊狀殘留沃
斯田鐵和板條狀麻田散鐵，圖 7(b)、(c)分為板條狀麻田散鐵之繞射圖形及其分析。
在麻田散鐵板條內(nèi)部或板條間都沒(méi)有任何型式碳化物的發(fā)現(xiàn)。
3.2.2 不同輥軋量(30%、50%)相同溫度回火(500℃)組織分析
圖 8(a)為經(jīng) 30%與 500℃回火之基底組織，組織內(nèi)含有薄膜狀及塊狀殘留沃斯
田鐵和板條狀麻田散鐵，圖 8(b)為Μ的繞射圖像，圖 8(c)為其解析，顯示麻田散鐵
有不同指向經(jīng)與圖 7(a)比較發(fā)現(xiàn)，當(dāng)輥軋量越高，板條狀麻田散鐵其組織結(jié)構(gòu)愈細(xì)
長(zhǎng)、整體形狀較一致且薄膜狀殘留沃斯田鐵分佈較均勻，其研判應(yīng)為沃斯田鐵遭
塑性變形會(huì)產(chǎn)生變形帶，成為麻田散鐵的成核位置，造成麻田散鐵成長(zhǎng)的障礙[8]，
因此推論，如經(jīng)由適當(dāng)?shù)妮佨埣庸�，將可使材料�?nèi)部產(chǎn)生機(jī)械穩(wěn)定作用。
3.3 討論
由上述實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，未輥軋素材基底組織由層狀排列的回火麻田散鐵板條和塊狀
肥粒鐵及殘留沃斯田鐵組成，殘留沃斯田鐵在麻田散鐵板條間呈薄膜狀，在肥粒
鐵和麻田散鐵基底都有少量差排，其差排是伴隨相變化產(chǎn)生而非塑變導(dǎo)致，回火
于 500-600℃時(shí)，在麻田散鐵板條間和麻田散鐵與肥粒鐵交界碳化物析出，碳化物
以 Cr23C6 為主，這些碳化物可達(dá)成二次硬化，但也會(huì)使延韌性和抗腐蝕性降低。
經(jīng)熱輥軋后，組織內(nèi)含有高密度差排，這些塑變差排將會(huì)抑制麻田散鐵板條的成
核與成長(zhǎng)并提昇殘留沃斯田鐵的機(jī)械穩(wěn)定性，沃斯田鐵晶粒變細(xì)長(zhǎng)使麻田散鐵成
長(zhǎng)受限，故板條外形也較細(xì)長(zhǎng)，回火于 200℃至 600℃皆未在麻田散鐵與肥粒鐵之
交界處發(fā)現(xiàn)球狀 Cr23C6 碳化物，但在 400℃以下發(fā)現(xiàn)煎餅狀 Cr7C3 碳化物，這是因
為高密度差排會(huì)阻礙碳原子的擴(kuò)散使碳化物不易在麻田散鐵板條間和麻田散鐵與
肥粒鐵交界碳化物析出，故經(jīng)熱輥軋并回火于 400℃以上溫度，可藉由晶粒細(xì)化的
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熱軋后回火 SUS403 不銹鋼的顯微鏡觀測(cè)顯微組織變化
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高密度晶界、提昇殘留沃斯田鐵的機(jī)械穩(wěn)定性、和減少碳化物在麻田散鐵板條間
和麻田散鐵與肥粒鐵交界的析出以降低裂縫的形成和傳播及晶界的鉻缺乏區(qū)，使
材料的硬度、強(qiáng)度、延性、韌性、和抗腐蝕性皆可被強(qiáng)化。
四、結(jié)　論
(1) 不同的輥軋量皆可以將晶粒達(dá)到細(xì)長(zhǎng)化的效果，晶粒細(xì)長(zhǎng)的方向平行于輥軋方
向，且隨輥軋量增加細(xì)長(zhǎng)化的現(xiàn)象也越明顯，另當(dāng)輥軋量越高時(shí)，沃斯田鐵晶
粒變細(xì)長(zhǎng)使麻田散鐵成長(zhǎng)受限愈明顯，麻田散鐵板條外形也更細(xì)短。
(2) 未經(jīng)熱輥軋之試片回火于 500 與 600℃時(shí)，析出之碳化物以 Cr23C6 為主，且在
麻田散鐵板片之間或麻田散鐵與肥粒鐵之交界處呈鏈狀分佈，只有少量位于麻
田散鐵板片內(nèi)部。
(3) 經(jīng)熱輥軋?zhí)幚砗笤诜柿ｈF與麻田散鐵皆有大量的差排，這些塑變差排將會(huì)抑制
麻田散鐵板條的成核與成長(zhǎng)并提昇殘留沃斯田鐵的機(jī)械穩(wěn)定性。
(4) 經(jīng)熱輥軋并回火于 400℃以上溫度，可藉由晶粒細(xì)化的高密度晶界、提昇殘留
沃斯田鐵的機(jī)械穩(wěn)定性、和減少碳化物在麻田散鐵板條間和麻田散鐵與肥粒鐵
交界的析出，使材料的硬度、強(qiáng)度、延性、韌性、和抗腐蝕性皆可被強(qiáng)化。

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