本发明涉及一种不锈钢材料的热处理方法，特别是一种奥氏体不锈钢热处理工艺，应用于材料腐蚀防护技术领域。
背景技术：
奥氏体不锈钢是一种重要的不锈钢，其在常温下具有奥氏体组织。钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体不锈钢具有较高的耐腐蚀性，主要是加入了Cr、Ni的缘故。加入的Cr、Ni与空气中的氧发生反应，表面形成一层致密的氧化膜，这种氧化膜在很多腐蚀介质中具有很高的稳定性，从而防止钢本身被腐蚀介质腐蚀。但是在一定条件下也会遭受腐蚀。晶间腐蚀就是其中一种腐蚀形式，是在晶粒边界附近发生的、选择性的一种腐蚀现象。受这种腐蚀的设备或部件，表面上虽仍呈金属光泽，但因晶粒之间已失去联系，受到敲击时已没有金属的声音，钢质变脆，设备易突发性破坏。
奥氏体不锈钢具有耐腐蚀能力的必要条件是铬的质量分数必须大于12%，这样在氧化性介质作用下能够在表面形成一层致密的钝化膜Cr2O3，防止金属基体遭到破坏。当奥氏体不锈钢加热到450~850℃范围内，并保持足够长的时间，过饱和固溶的碳向晶粒边界扩散，与晶界附近的铬结合形成间隙碳化物Cr23C6并在晶界沉淀析出；由于铬的扩散速度较慢，来不及从晶内补充到晶界附近，致使晶界处铬含量变小，在特定的腐蚀介质作用下，晶间迅速溶解，并不断深人，晶粒之间丧失结合力，从而使基体失去了抗腐蚀能力。如上所述，在450~850℃温度区间形成间隙碳化物Cr23C6的过程称为不锈钢敏化，该温度区间称为敏化温度。当前，通常采用EPR法来评价奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏化度（DOS）。DOS由再活化电流密度Jr与活化电流密度Ja的比值Jr/Ja来衡量。其比值越高，晶间腐蚀敏感性越高。
目前，降低不锈钢敏化度的方法有：1.严格控制碳含量，使用超低碳钢；2.加入Nb、Ti等与C亲和力较Cr大的元素；3.固溶处理；4.增加适量δ铁素体。前两种方法不适合某一已生产的奥氏体不锈钢，后两种方法研究不够成熟，给奥氏体不锈钢大规模用于工业生产带来不利的影响。
技术实现要素：
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种降低奥氏体不锈钢敏化度的热处理工艺，对奥氏体不锈钢采取在还原保护气氛下分段退火处理，随后水冷至室温，减少奥氏体不锈钢热处理过程中在敏化温度区间停留时间，有效抑制部分碳化铬的形成，使晶界处形成的碳化物重溶到奥氏体中，形成适量δ铁素体，降低了奥氏体不锈钢的敏化度，提高了抗晶间腐蚀能力。本发明处理成本低，工艺简单，效果明显，操作性强，能大规模用于工业生产。
为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：
一种降低奥氏体不锈钢敏化度的热处理工艺，步骤如下：
a．在还原气氛保护下对在还原保护气氛下对奥氏体不锈钢材料进行分段退火处理，具体采用四段退火处理工艺，分段退火处理工艺的控制条件如下：
第一阶段退火工艺：退火炉以0~10℃/min的升温速度升至300~450℃，保温0.5~5h；
第二阶段退火工艺：退火炉以10 ~30℃/min的升温速度再升至1300~1450℃，保温0.5~5h；
第三阶段退火工艺：随炉冷却至1000~1200℃，保温12~24h；
第四阶段退火工艺：再随炉冷却至850~950℃；
b．在完成所述步骤a中的第四阶段退火工艺后，将奥氏体不锈钢材料通过水冷至室温。优选的水冷条件为：采用流动水，继续将奥氏体不锈钢材料完全浸入水中冷却至室温，冷却时间控制在3min内。
作为本发明优选的技术方案，在上述步骤a中，在各阶段退火处理的还原保护气氛中，保护性气氛为氮气，还原性气氛为氢气，氮气和氢气的气体用量之比为2:3~0:100。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1. 本发明采用分段退火处理以及水冷，均减少了基体在敏化温度区的停留时间，减少了碳在此区间与铬生成碳化物的可能性，从而形成稳定的奥氏体组织，降低不锈钢的敏化度，有效的避免了晶间腐蚀的发生；
2. 本发明的退火处理全程都在还原性气氛下进行，可以有效的抑制部分碳化铬在敏化温度区间内形成，可以降低不锈钢敏化度，提高抗晶间腐蚀能力；
3. 本发明的采用分段退火处理工艺起到固溶处理的作用，将沉积于奥氏体不锈钢晶界的碳化物（Cr23C6、Fe23C6）重新溶解到奥氏体晶粒中，固溶处理后的奥氏体不锈钢的敏化度有有效降低；
4. 本发明的退火处理使奥氏体不锈钢形成适量δ铁素体，δ铁素体富含Cr，可减少奥氏体晶粒贫铬，降低不锈钢敏化度；
5. 本发明工艺简单，效果明显，操作性强，可大规模用于工业生产。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种降低奥氏体不锈钢敏化度的热处理工艺，步骤如下：
a．取尺寸为80×10×4mm的 304奥氏体不锈钢试样，在还原气氛保护下对在还原保护气氛下对奥氏体不锈钢试样进行分段退火处理，还原保护气氛采用N2：H2的摩尔比为2:3的混合气体，具体采用四段退火处理工艺，分段退火处理工艺的控制条件如下：
第一阶段退火工艺：退火炉以5℃/min的升温速度升至300℃，保温0.5h；
第二阶段退火工艺：退火炉以10℃/min的升温速度再升至1350℃，保温0.5h；
第三阶段退火工艺：随炉冷却至1200℃，保温12h；
第四阶段退火工艺：再随炉冷却至850℃；
b．在完成所述步骤a中的第四阶段退火工艺后，将奥氏体不锈钢材料通过水冷至室温。优选的水冷条件为：采用流动水，继续将奥氏体不锈钢材料完全浸入水中冷却至室温，冷却时间控制在3min内，完成对304奥氏体不锈钢试样的热处理。
采用EPR法评价经过本实施例处理后的304奥氏体不锈钢试样的晶间腐蚀敏化度（DOS）。EPR法的条件为：电解质溶液由H2SO4溶液和KSCN溶液混合制备而成，在电解质溶液中，H2SO4的浓度为0.5mol·L-1， KSCN的浓度为0.01 mol·L-1，v=100mV·min-1，U=300mV。该处理后的试样的DOS值见表1，对比未作任何处理的试样的DOS值，处理后的试样的敏化度比较低，抗晶间腐蚀能力提高，明显优于未处理前。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种降低奥氏体不锈钢敏化度的热处理工艺，步骤如下：
a．取尺寸为80×10×4mm的 304奥氏体不锈钢试样，在还原气氛保护下对在还原保护气氛下对奥氏体不锈钢试样进行分段退火处理，还原保护气氛采用纯H2，具体采用四段退火处理工艺，分段退火处理工艺的控制条件如下：
第一阶段退火工艺：退火炉以10℃/min的升温速度升至400℃，保温5h；
第二阶段退火工艺：退火炉以30℃/min的升温速度再升至1450℃，保温5h；
第三阶段退火工艺：随炉冷却至1000℃，保温24h；
第四阶段退火工艺：再随炉冷却至850℃；
b．在完成所述步骤a中的第四阶段退火工艺后，将奥氏体不锈钢材料通过水冷至室温。优选的水冷条件为：采用流动水，继续将奥氏体不锈钢材料完全浸入水中冷却至室温，冷却时间控制在3min内，完成对304奥氏体不锈钢试样的热处理。
采用EPR法评价经过本实施例处理后的304奥氏体不锈钢试样的晶间腐蚀敏化度（DOS）。EPR法的条件与实施例一相同。该处理后的试样的DOS值见表1，对比未作任何处理的试样的DOS值，处理后的试样的敏化度比较低，抗晶间腐蚀能力提高，明显优于未处理前。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种降低奥氏体不锈钢敏化度的热处理工艺，步骤如下：
a．取尺寸为80×10×4mm的 304奥氏体不锈钢试样，在还原气氛保护下对在还原保护气氛下对奥氏体不锈钢试样进行分段退火处理，还原保护气氛采用N2：H2的摩尔比为3:7的混合气体，具体采用四段退火处理工艺，分段退火处理工艺的控制条件如下：
第一阶段退火工艺：退火炉以5℃/min的升温速度升至350℃，保温2h；
第二阶段退火工艺：退火炉以20℃/min的升温速度再升至1450℃，保温2h；
第三阶段退火工艺：随炉冷却至1100℃，保温24h；
第四阶段退火工艺：再随炉冷却至850℃；
b．在完成所述步骤a中的第四阶段退火工艺后，将奥氏体不锈钢材料通过水冷至室温。优选的水冷条件为：采用流动水，继续将奥氏体不锈钢材料完全浸入水中冷却至室温，冷却时间控制在3min内，完成对304奥氏体不锈钢试样的热处理。
采用EPR法评价经过本实施例处理后的304奥氏体不锈钢试样的晶间腐蚀敏化度（DOS）。EPR法的条件与实施例一相同。该处理后的试样的DOS值见表1，对比未作任何处理的试样的DOS值，处理后的试样的敏化度比较低，抗晶间腐蚀能力提高，明显优于未处理前。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种降低奥氏体不锈钢敏化度的热处理工艺，步骤如下：
a．取尺寸为80×10×4mm的 304奥氏体不锈钢试样，在还原气氛保护下对在还原保护气氛下对奥氏体不锈钢试样进行分段退火处理，还原保护气氛采用N2：H2的摩尔比为1:9的混合气体，具体采用四段退火处理工艺，分段退火处理工艺的控制条件如下：
第一阶段退火工艺：退火炉以10℃/min的升温速度升至400℃，保温3h；
第二阶段退火工艺：退火炉以30℃/min的升温速度再升至1450℃，保温3h；
第三阶段退火工艺：随炉冷却至1100℃，保温16h；
第四阶段退火工艺：再随炉冷却至850℃；
b．在完成所述步骤a中的第四阶段退火工艺后，将奥氏体不锈钢材料通过水冷至室温。优选的水冷条件为：采用流动水，继续将奥氏体不锈钢材料完全浸入水中冷却至室温，冷却时间控制在3min内，完成对304奥氏体不锈钢试样的热处理。
采用EPR法评价经过本实施例处理后的304奥氏体不锈钢试样的晶间腐蚀敏化度（DOS）。EPR法的条件与实施例一相同。该处理后的试样的DOS值见表1，对比未作任何处理的试样的DOS值，处理后的试样的敏化度比较低，抗晶间腐蚀能力提高，明显优于未处理前。
实施例五：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种降低奥氏体不锈钢敏化度的热处理工艺，步骤如下：
a．取尺寸为80×10×4mm的 304奥氏体不锈钢试样，在还原气氛保护下对在还原保护气氛下对奥氏体不锈钢试样进行分段退火处理，还原保护气氛采用N2：H2的摩尔比为1:4的混合气体，具体采用四段退火处理工艺，分段退火处理工艺的控制条件如下：
第一阶段退火工艺：退火炉以10℃/min的升温速度升至400℃，保温5h；
第二阶段退火工艺：退火炉以20℃/min的升温速度再升至1400℃，保温1h；
第三阶段退火工艺：随炉冷却至1000℃，保温18h；
第四阶段退火工艺：再随炉冷却至850℃；
b．在完成所述步骤a中的第四阶段退火工艺后，将奥氏体不锈钢材料通过水冷至室温。优选的水冷条件为：采用流动水，继续将奥氏体不锈钢材料完全浸入水中冷却至室温，冷却时间控制在3min内，完成对304奥氏体不锈钢试样的热处理。
采用EPR法评价经过本实施例处理后的304奥氏体不锈钢试样的晶间腐蚀敏化度（DOS）。EPR法的条件与实施例一相同。该处理后的试样的DOS值见表1，对比未作任何处理的试样的DOS值，处理后的试样的敏化度比较低，抗晶间腐蚀能力提高，明显优于未处理前。
实验测试分析：
采用EPR法评价经过上述实施例处理后的304奥氏体不锈钢试样的晶间腐蚀敏化度（DOS），得到的试样的DOS值参见表1 EPR法测试结果。
上述实施例降低奥氏体不锈钢敏化度的热处理工艺减少了奥氏体不锈钢热处理过程中在敏化温度区间停留时间，可以有效抑制部分碳化铬的形成，使晶界处形成的碳化物重溶到奥氏体中，形成适量δ铁素体，降低了奥氏体不锈钢的敏化度，提高了抗晶间腐蚀能力。本发明上述实施例工艺简单，效果明显，操作性强，可大规模用于工业生产。
上面对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明降低奥氏体不锈钢敏化度的热处理工艺的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。