提高奥氏体不锈钢特殊结构晶界比例的方法
【专利摘要】本发明涉及一种提高316、304等奥氏体不锈钢低ΣCSL晶界比例的工艺方法，它是将奥氏体不锈钢在1000℃～1200℃固溶热处理后；在300℃～900℃进行3%～20%的变形；进行再结晶退火，在1000℃～1200℃保温5min～1h，可得到含有高比例低ΣCSL晶界的奥氏体不锈钢。本工艺不需改变材料的成分，也不用添加额外的生产设备，工艺简单，容易实现，具有十分明显的经济效益。
【专利说明】提高奥氏体不锈钢特殊结构晶界比例的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种提高316、304等奥氏体不锈钢低Σ CSL晶界(CSL是“coincidence site lattice”的缩写，意思是重合位置点阵。低Σ CSL是指Σ ^ 29)比例的工艺方法，属金属材料的形变及热处理工艺【技术领域】。
【背景技术】
[0002]316,304等奥氏体不锈钢具有较强的耐腐蚀性能，因此在工业中有着非常广泛的应用。如何提高奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀的能力，是进一步延长其使用寿命，提高经济效益的重要问题。材料的晶间腐蚀行为与晶界结构和性质密切相关，因此可以通过控制材料内特殊结构晶界(低比例及其分布来提高奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀性能。
[0003]1984年Watanabe首次提出“晶界设计与控制”的概念。1995年，Palumbo等首次通过实验评估了“晶界设计与控制”对材料晶间腐蚀抗力的影响，并进一步把它发展形成了“晶界工程”研究领域。Lin和Palumbo等对600合金进行处理可以使低2CSL晶界由37%提高到71%，这使材料在沸腾硫酸铁浸泡腐蚀实验时，腐蚀速率降低30 — 60%。拥有该项技术专利的加拿大某公司已经将晶界工程技术注册了商标〃GBE?〃。Lehockey和Palumbo等将铅酸电池的铅合金电极板进行晶界工程处理后，使低Σ CSL晶界比例提高到70%以上，耐腐蚀性能明显改善，电池充放电循环次数提高I 一 3倍，这项技术也得到了专利的保护。晶界工程是采用加工形变及热处理工艺产生大量的低SCSL晶界，从而控制形成晶界的结构及其分布，最终提高材料耐腐蚀性能的一种工艺方法。目前已经报道的主要形变热处理工艺有以下三种路线:(I)通过3%~8%变形后，在略低于材料再结晶温度下长时间(I(TlOOh)退火；(2)通过5%~40%的变形后，在高于材料再结晶温度下短时间(3飞Omin)退火，并重复这样的工艺多次；(3)通过59TlO%变形后，在高于再结晶温度下短时间(5~10min)退火。这些工艺方法通过调整冷变形和热处理制度，可实现大幅度提高低SCSL晶界比例，改善与晶界相关性能的目的。Michiuchi等对316不锈钢施以3%的预应变，然后在967°C退火72h,使得低Σ CSL晶界比例提高到80%以上。Wang等对Pb-Ca-Sn- Al合金施以30%的冷轧变形，然后在270°C退火lOmin，将这一过程重复3次可使低SCSL晶界比例提高到80%。Xia等对690合金管材施以5%的冷变形，然后在1100°C退火5min，可使低SCSL晶界比例提高到70%以上。
[0004]但是利用冷加工变形提高材料低SCSL晶界比例的工艺方法往往只适用于厚度较薄的板材或者管材。对于厚度相对较大的板材或者管材来说，小变形量冷加工后应变往往只集中在材料表面，在最终退火后不能在材料整个厚度上都将低2CSL晶界比例大幅提高。另外，很多情况下运用热轧工艺加工奥氏体不锈钢，最终再进行固溶处理。因此，本发明提出另一种利用高温变形加 工及后续再结晶退火的方法来提高316、304等奥氏体不锈钢的低SCSL晶界比例，其他一些低层错能的面心立方金属材料中也可以参照该工艺使用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种提高316、304等奥氏体不锈钢低Σ CSL晶界比例的工艺方法。
[0006]本发明的目的是通过以下技术手段来实现的。
[0007]一种提高316、304等奥氏体不锈钢低SCSL晶界比例的工艺方法，其特征是该方法具有以下工艺步骤:
a.将316、304等奥氏体不锈钢在1000°C~1200°C固溶热处理；
b.在300°C、00°C进行变形，变形量为3%~20%；
c.进行再结晶退火，在1000°C~1200°C保温5mirTlh，然后淬火，可得较高比例低2CSL晶界的316、304等奥氏体不锈钢。再结晶过程延长保温时间对最终低SCSL晶界比例没有太大影响。
[0008]本发明主要针对316、304等奥氏体不锈钢，确定高温变形加工及退火工艺。经本发明工艺处理后，材料中的低2CSL晶界比例可达到80%以上(Palumbo — Aust标准)。而未经本发明工艺处理的材料中，低SCSL晶界比例往往低于50%。低SCSL晶界比例高的材料与低2CSL晶界比例低的材料相比可明显提高材料耐晶间腐蚀与耐晶间应力腐蚀性能。 [0009]本发明的工艺方法应用于316、304等奥氏体不锈钢板材或者管材加工过程中的最后一道工序，通过本工艺可以实现在不改变合金成分以及不添加额外生产设备的前提下提高材料与晶界相关的性能，比如抗晶间腐蚀，抗应力腐蚀开裂、抗蠕变、抗疲劳性能等。材料在用本工艺进行处理前必须进行高温退火处理，保证材料没有形变。在材料没有形变的状态下，进行30(TC、0(TC下3%~20%的加工变形，变形量要精确控制。加工变形后进行再结晶退火，在1000°C~1200°C保温5mirTIh后淬火，这一温度与316、304等奥氏体不锈钢的固溶温度相当，能够与奥氏体不锈钢常规生产工艺相衔接。这种在高温下小形变量加工后的再结晶退火可明显提高材料中的Σ3η晶界(n=l，2，3)比例，从而提高总体低SCSL晶界的比例。
[0010]本发明的特点是:本工艺方法热加工变形容易控制，不需要添加额外合金成分，且不需要在材料生产过程增加额外生产设备。主要特点是对316、304等奥氏体不锈钢在没有形变的状态下，于300°C、00°C变形3%~20%，然后进行高温退火。工艺简单，容易控制，具有十分明显的经济效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为各样品不同类型晶界网络分布图。其中(A)为304奥氏体不锈钢经本发明工艺处理后获得的样品A晶界网络分布图；(B)为304奥氏体不锈钢未经本发明工艺处理样品B的晶界网络分布图；(C)为316L奥氏体不锈钢经本发明工艺处理后获得的样品C晶界网络分布图；(D) 316L奥氏体不锈钢未经本发明工艺处理样品D的晶界网络分布图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合实施例对本发明进行详细说明:
实施例一
对304奥氏体不锈钢(成分质量百分比为:Cr:18.2%，N1:8.11%，C:0.019%，S1:0.41%，Mn:1.07%, P:0.038%, S:0.007%, Fe:72.146%)进行固溶处理，固溶温度为 1100。。，保温30min，然后水淬；在400°C进行轧制热变形6.5% ;然后进行再结晶退火，在1100°C保温20min，然后水淬。对所获得的A样品进行EBSD (电子背散射衍射)方法测定。为了进行对t匕，对没有经过本发明工艺处理的304奥氏体不锈钢样品B也进行EBSD方法测定。测定结果如图1 (A)和(B)所示。测试结果利用HKL-Channel 5数据分析软件统计分析，低2CSL晶界都按Palumbo — Aust标准统计。A样品中的低2CSL晶界比例为81.4%，明显高于B样品中46.4%的低XCSL晶界比例。
[0013]实施例二
对316L奥氏体不锈钢(成分的质量百分比为:69.98Fe，16.26Cr，10.1ONi，0.028C,0.47Si，1.03Μη，0.044Ρ，0.005S，2.08Μο)进行固溶处理，固溶温度为 1100。。，保温 30min,然后水淬；在50(TC拉伸热变形5% ;然后在110(TC保温IOmin进行再结晶退火，然后水淬，获得C样品。对C样品进行EBSD分析测试。为了进行对比，对没有经过本发明工艺处理的样品D同样进行EBSD测试。测定结果如图1(C)和(D)所示。测试结果利用HKL-Channel 5数据分析软件统计分析，低SCSL晶界都按Palumbo — Aust标准统计。C样品中的低SCSL晶界比例为82.3%，明显高于D样品中57.3%的低2CSL晶界比例。
实施例三
对316L奥氏体不锈钢(成分的质量百分比为:69.98Fe，16.26Cr，10.1ONi，0.028C,0.47Si，1.03Μη，0.044Ρ，0.005S，2.08Μο)进行固溶处理，固溶温度为 1100。。，保温 30min,然后水淬；在300°C拉伸热变形5% ;然后在1100°C保温IOmin进行再结晶退火，然后水淬。对所获得的样品进行EBSD测试，测试结果利用HKL-Channel 5数据分析软件统计分析，低Σ CSL晶界都按Palumbo — Aust标准统计。经统计分析，样品中低Σ CSL晶界比例为80.9%，远远高于未经本发明工艺处理的D样品中低2CSL晶界比例(57.3%)。
[0014]实施例四
对316L奥氏体不锈钢(成分的质量百分比为:69.98Fe，16.26Cr，10.1ONi，0.028C,
0.47Si，1.03Μη，0.044Ρ，0.005S，2.08Μο)进行固溶处理，固溶温度为 1100。。，保温 30min,然后水淬；在700°C拉伸热变形10% ;然后在1100°C保温IOmin进行再结晶退火，然后水淬。对所获得的样品进行EBSD测试，测试结果利用HKL-Channel 5数据分析软件统计分析，低Σ CSL晶界都按Palumbo — Aust标准统计。经统计分析，样品中低Σ CSL晶界比例为72.8%，远远高于未经本发明工艺处理的D样品中低2CSL晶界比例(57.3%)。
【权利要求】
1.提高奥氏体不锈钢特殊结构晶界比例的方法，其特征是该方法具有以下工艺步骤: A.将奥氏体不锈钢在1000°C~1200°C固溶热处理； B.进行高温变形，变形温度为300°C、00°C，变形量为3%~20%； C.进行再结晶退火，在1000°C~1200°C保温5mirTlh，得到较高比例的低2CSL晶界的奥氏体不锈钢。
【文档编号】C21D8/00GK103993145SQ201410189167
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】夏爽, 金鑫, 刘廷光, 杨辉, 张子龙, 周邦新 申请人:上海大学