提高奧氏體不銹鋼特殊結(jié)構(gòu)晶界比例的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高316、304等奧氏體不銹鋼低ΣCSL晶界比例的工藝方法，它是將奧氏體不銹鋼在1000℃～1200℃固溶熱處理后；在300℃～900℃進(jìn)行3%～20%的變形；進(jìn)行再結(jié)晶退火，在1000℃～1200℃保溫5min～1h，可得到含有高比例低ΣCSL晶界的奧氏體不銹鋼。本工藝不需改變材料的成分，也不用添加額外的生產(chǎn)設(shè)備，工藝簡單，容易實現(xiàn)，具有十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利說明】提高奧氏體不銹鋼特殊結(jié)構(gòu)晶界比例的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高316、304等奧氏體不銹鋼低Σ CSL晶界(CSL是“coincidence site lattice”的縮寫，意思是重合位置點陣。低Σ CSL是指Σ ^ 29)比例的工藝方法，屬金屬材料的形變及熱處理工藝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]316,304等奧氏體不銹鋼具有較強(qiáng)的耐腐蝕性能，因此在工業(yè)中有著非常廣泛的應(yīng)用。如何提高奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕的能力，是進(jìn)一步延長其使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要問題。材料的晶間腐蝕行為與晶界結(jié)構(gòu)和性質(zhì)密切相關(guān)，因此可以通過控制材料內(nèi)特殊結(jié)構(gòu)晶界(低比例及其分布來提高奧氏體不銹鋼的耐晶間腐蝕性能。
[0003]1984年Watanabe首次提出“晶界設(shè)計與控制”的概念。1995年，Palumbo等首次通過實驗評估了“晶界設(shè)計與控制”對材料晶間腐蝕抗力的影響，并進(jìn)一步把它發(fā)展形成了“晶界工程”研究領(lǐng)域。Lin和Palumbo等對600合金進(jìn)行處理可以使低2CSL晶界由37%提高到71%，這使材料在沸騰硫酸鐵浸泡腐蝕實驗時，腐蝕速率降低30 — 60%。擁有該項技術(shù)專利的加拿大某公司已經(jīng)將晶界工程技術(shù)注冊了商標(biāo)〃GBE?〃。Lehockey和Palumbo等將鉛酸電池的鉛合金電極板進(jìn)行晶界工程處理后，使低Σ CSL晶界比例提高到70%以上，耐腐蝕性能明顯改善，電池充放電循環(huán)次數(shù)提高I 一 3倍，這項技術(shù)也得到了專利的保護(hù)。晶界工程是采用加工形變及熱處理工藝產(chǎn)生大量的低SCSL晶界，從而控制形成晶界的結(jié)構(gòu)及其分布，最終提高材料耐腐蝕性能的一種工藝方法。目前已經(jīng)報道的主要形變熱處理工藝有以下三種路線:(I)通過3%~8%變形后，在略低于材料再結(jié)晶溫度下長時間(I(TlOOh)退火；(2)通過5%~40%的變形后，在高于材料再結(jié)晶溫度下短時間(3飛Omin)退火，并重復(fù)這樣的工藝多次；(3)通過59TlO%變形后，在高于再結(jié)晶溫度下短時間(5~10min)退火。這些工藝方法通過調(diào)整冷變形和熱處理制度，可實現(xiàn)大幅度提高低SCSL晶界比例，改善與晶界相關(guān)性能的目的。Michiuchi等對316不銹鋼施以3%的預(yù)應(yīng)變，然后在967°C退火72h,使得低Σ CSL晶界比例提高到80%以上。Wang等對Pb-Ca-Sn- Al合金施以30%的冷軋變形，然后在270°C退火lOmin，將這一過程重復(fù)3次可使低SCSL晶界比例提高到80%。Xia等對690合金管材施以5%的冷變形，然后在1100°C退火5min，可使低SCSL晶界比例提高到70%以上。
[0004]但是利用冷加工變形提高材料低SCSL晶界比例的工藝方法往往只適用于厚度較薄的板材或者管材。對于厚度相對較大的板材或者管材來說，小變形量冷加工后應(yīng)變往往只集中在材料表面，在最終退火后不能在材料整個厚度上都將低2CSL晶界比例大幅提高。另外，很多情況下運用熱軋工藝加工奧氏體不銹鋼，最終再進(jìn)行固溶處理。因此，本發(fā)明提出另一種利用高溫變形加 工及后續(xù)再結(jié)晶退火的方法來提高316、304等奧氏體不銹鋼的低SCSL晶界比例，其他一些低層錯能的面心立方金屬材料中也可以參照該工藝使用。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種提高316、304等奧氏體不銹鋼低Σ CSL晶界比例的工藝方法。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)手段來實現(xiàn)的。
[0007]一種提高316、304等奧氏體不銹鋼低SCSL晶界比例的工藝方法，其特征是該方法具有以下工藝步驟:
a.將316、304等奧氏體不銹鋼在1000°C~1200°C固溶熱處理；
b.在300°C、00°C進(jìn)行變形，變形量為3%~20%；
c.進(jìn)行再結(jié)晶退火，在1000°C~1200°C保溫5mirTlh，然后淬火，可得較高比例低2CSL晶界的316、304等奧氏體不銹鋼。再結(jié)晶過程延長保溫時間對最終低SCSL晶界比例沒有太大影響。
[0008]本發(fā)明主要針對316、304等奧氏體不銹鋼，確定高溫變形加工及退火工藝。經(jīng)本發(fā)明工藝處理后，材料中的低2CSL晶界比例可達(dá)到80%以上(Palumbo — Aust標(biāo)準(zhǔn))。而未經(jīng)本發(fā)明工藝處理的材料中，低SCSL晶界比例往往低于50%。低SCSL晶界比例高的材料與低2CSL晶界比例低的材料相比可明顯提高材料耐晶間腐蝕與耐晶間應(yīng)力腐蝕性能。 [0009]本發(fā)明的工藝方法應(yīng)用于316、304等奧氏體不銹鋼板材或者管材加工過程中的最后一道工序，通過本工藝可以實現(xiàn)在不改變合金成分以及不添加額外生產(chǎn)設(shè)備的前提下提高材料與晶界相關(guān)的性能，比如抗晶間腐蝕，抗應(yīng)力腐蝕開裂、抗蠕變、抗疲勞性能等。材料在用本工藝進(jìn)行處理前必須進(jìn)行高溫退火處理，保證材料沒有形變。在材料沒有形變的狀態(tài)下，進(jìn)行30(TC、0(TC下3%~20%的加工變形，變形量要精確控制。加工變形后進(jìn)行再結(jié)晶退火，在1000°C~1200°C保溫5mirTIh后淬火，這一溫度與316、304等奧氏體不銹鋼的固溶溫度相當(dāng)，能夠與奧氏體不銹鋼常規(guī)生產(chǎn)工藝相銜接。這種在高溫下小形變量加工后的再結(jié)晶退火可明顯提高材料中的Σ3η晶界(n=l，2，3)比例，從而提高總體低SCSL晶界的比例。
[0010]本發(fā)明的特點是:本工藝方法熱加工變形容易控制，不需要添加額外合金成分，且不需要在材料生產(chǎn)過程增加額外生產(chǎn)設(shè)備。主要特點是對316、304等奧氏體不銹鋼在沒有形變的狀態(tài)下，于300°C、00°C變形3%~20%，然后進(jìn)行高溫退火。工藝簡單，容易控制，具有十分明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為各樣品不同類型晶界網(wǎng)絡(luò)分布圖。其中(A)為304奧氏體不銹鋼經(jīng)本發(fā)明工藝處理后獲得的樣品A晶界網(wǎng)絡(luò)分布圖；(B)為304奧氏體不銹鋼未經(jīng)本發(fā)明工藝處理樣品B的晶界網(wǎng)絡(luò)分布圖；(C)為316L奧氏體不銹鋼經(jīng)本發(fā)明工藝處理后獲得的樣品C晶界網(wǎng)絡(luò)分布圖；(D) 316L奧氏體不銹鋼未經(jīng)本發(fā)明工藝處理樣品D的晶界網(wǎng)絡(luò)分布圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
實施例一
對304奧氏體不銹鋼(成分質(zhì)量百分比為:Cr:18.2%，N1:8.11%，C:0.019%，S1:0.41%，Mn:1.07%, P:0.038%, S:0.007%, Fe:72.146%)進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為 1100。。，保溫30min，然后水淬；在400°C進(jìn)行軋制熱變形6.5% ;然后進(jìn)行再結(jié)晶退火，在1100°C保溫20min，然后水淬。對所獲得的A樣品進(jìn)行EBSD (電子背散射衍射)方法測定。為了進(jìn)行對t匕，對沒有經(jīng)過本發(fā)明工藝處理的304奧氏體不銹鋼樣品B也進(jìn)行EBSD方法測定。測定結(jié)果如圖1 (A)和(B)所示。測試結(jié)果利用HKL-Channel 5數(shù)據(jù)分析軟件統(tǒng)計分析，低2CSL晶界都按Palumbo — Aust標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計。A樣品中的低2CSL晶界比例為81.4%，明顯高于B樣品中46.4%的低XCSL晶界比例。
[0013]實施例二
對316L奧氏體不銹鋼(成分的質(zhì)量百分比為:69.98Fe，16.26Cr，10.1ONi，0.028C,0.47Si，1.03Μη，0.044Ρ，0.005S，2.08Μο)進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為 1100。。，保溫 30min,然后水淬；在50(TC拉伸熱變形5% ;然后在110(TC保溫IOmin進(jìn)行再結(jié)晶退火，然后水淬，獲得C樣品。對C樣品進(jìn)行EBSD分析測試。為了進(jìn)行對比，對沒有經(jīng)過本發(fā)明工藝處理的樣品D同樣進(jìn)行EBSD測試。測定結(jié)果如圖1(C)和(D)所示。測試結(jié)果利用HKL-Channel 5數(shù)據(jù)分析軟件統(tǒng)計分析，低SCSL晶界都按Palumbo — Aust標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計。C樣品中的低SCSL晶界比例為82.3%，明顯高于D樣品中57.3%的低2CSL晶界比例。
實施例三
對316L奧氏體不銹鋼(成分的質(zhì)量百分比為:69.98Fe，16.26Cr，10.1ONi，0.028C,0.47Si，1.03Μη，0.044Ρ，0.005S，2.08Μο)進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為 1100。。，保溫 30min,然后水淬；在300°C拉伸熱變形5% ;然后在1100°C保溫IOmin進(jìn)行再結(jié)晶退火，然后水淬。對所獲得的樣品進(jìn)行EBSD測試，測試結(jié)果利用HKL-Channel 5數(shù)據(jù)分析軟件統(tǒng)計分析，低Σ CSL晶界都按Palumbo — Aust標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計。經(jīng)統(tǒng)計分析，樣品中低Σ CSL晶界比例為80.9%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未經(jīng)本發(fā)明工藝處理的D樣品中低2CSL晶界比例(57.3%)。
[0014]實施例四
對316L奧氏體不銹鋼(成分的質(zhì)量百分比為:69.98Fe，16.26Cr，10.1ONi，0.028C,
0.47Si，1.03Μη，0.044Ρ，0.005S，2.08Μο)進(jìn)行固溶處理，固溶溫度為 1100。。，保溫 30min,然后水淬；在700°C拉伸熱變形10% ;然后在1100°C保溫IOmin進(jìn)行再結(jié)晶退火，然后水淬。對所獲得的樣品進(jìn)行EBSD測試，測試結(jié)果利用HKL-Channel 5數(shù)據(jù)分析軟件統(tǒng)計分析，低Σ CSL晶界都按Palumbo — Aust標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計。經(jīng)統(tǒng)計分析，樣品中低Σ CSL晶界比例為72.8%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未經(jīng)本發(fā)明工藝處理的D樣品中低2CSL晶界比例(57.3%)。
【權(quán)利要求】
1.提高奧氏體不銹鋼特殊結(jié)構(gòu)晶界比例的方法，其特征是該方法具有以下工藝步驟: A.將奧氏體不銹鋼在1000°C~1200°C固溶熱處理； B.進(jìn)行高溫變形，變形溫度為300°C、00°C，變形量為3%~20%； C.進(jìn)行再結(jié)晶退火，在1000°C~1200°C保溫5mirTlh，得到較高比例的低2CSL晶界的奧氏體不銹鋼。
【文檔編號】C21D8/00GK103993145SQ201410189167
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】夏爽, 金鑫, 劉廷光, 楊輝, 張子龍, 周邦新 申請人:上海大學(xué)