304不锈钢焊管因其良好的成形性、强度和韧性得到广泛应用。其中,钢材能够通过塑性变形过程中的加工硬化获得优异的性能组合。金属对塑性变形的响应在微观尺度上是由位错运动、晶体结构的线缺陷引起的。加工硬化是金属内部组织结构发生变化的宏观表现,是一种重要的金属强化手段,工业上经常应用304不锈钢焊管加工硬化进一步提高金属的强度,更好地发挥其潜力。
塑性是金属的一个重要特性,利用塑性对金属进行轧制、挤压和冲压等各种压力加工,金属在这些加工中经历了塑性变形。其中,金属的冷塑性变形可认为是在再结晶温度以下进行加工而产生的。304不锈钢焊管发生冷塑性变形,在外形变化的同时,晶粒的形状也会发生变化,从而使304管随着变形量的增加,其强度、硬度提高,而塑性、韧性下降,这种现象称为“形变强化”或“加工硬化”。这是冷塑性变形后的金属在力学性能方面所引起的最为突出的变化。
加工硬化不是只有坏处,它还有好处。
好处:加工硬化是强化304不锈钢焊管(提高强度)的方法之一,例如可以用冷拉、滚压和喷丸等工艺,提高金属材料、零件和构件的表面强度;或者304管受力后,某些部位局部应力常超过材料的屈服极限,引起塑性变形,由于加工硬化限制了塑性变形的继续发展,可提高零件和构件的安全度。
坏处:加工硬化提高了变形抗力,给金属的继续加工带来困难。如不锈钢小管,后期需要拉拔减壁,由于加工硬化使进一步拉拔耗能大,甚至被拉断,因此必须经中间退火,消除加工硬化后再拉拔。又如在切削加工中会使工件表层脆而硬,在切削时增加切削力,加速刀具磨损等。
加工硬化的消除一般有两种方法:再结晶退火、固溶退火。
再结晶退火:把冷变形的金属加热到再结晶温度以上,保温一定时间后冷却,使其发生再结晶的热处理工艺。在生产中采用再结晶退火来消除加工产品的加工硬化,提高塑性,残余应力也可以完全消除。在冷变形加工过程中间有时也进行再结晶退火,这是为了恢复塑性以便于继续加工。
固溶退火:即碳化物固溶退火,一种将304不锈钢焊管加热至1010℃以上而脱除碳化物沉淀(即从不锈钢固体溶液中逃逸的碳)的工艺,此后将其迅速降温,通常是用水淬火,所含碳化物返回不锈钢固体溶液中。
加工硬化使304不锈钢焊管强化是以牺性其塑性、韧性为代价的,而且在冷变形加工过程中,随着加工硬化现象的产生要不断增加机械功率,故对设备和工具的强度提出较高要求,随着材料塑性、韧性的下降,也可能发生脆性破坏。此外,加工硬化也使冷轧、冷拔、冲压等成形工艺增加能耗,为恢复塑性继续进行冷变形往往要经中间退火,这就使生产周期延长,成本増加。