一种超级奥氏体不锈钢高温均质化处理方法与流程

本发明属于奥氏体不锈钢热处理领域，具体涉及一种超级奥氏体不锈钢高温均质化处理方法。技术背景超级奥氏体不锈钢含有高的合金含量(铬、钼、镍、氮等)，具有优异的耐点蚀、耐均匀腐蚀、耐应力腐蚀性能和良好的综合力学性能，被广泛应用于烟气脱硫、核电工业和垃圾焚烧等非常苛刻的环境中。然而，高的合金含量使其在凝固时极易发生溶质再分配，尤其凝固界面前沿液相中Mo含量偏聚最为严重，同时其他元素在奥氏体中低的扩散速度也加剧了Mo偏析的形成。而Mo的偏析又会使偏析区域析出大量的Sigma相等析出相。元素的偏析和析出使铸锭组织和成分均匀性差，热塑性降低，热加工温度区间变窄，在锻造和轧制等热加工过程中极易开裂。高温均质化处理是一种消除偏析，促进析出相回溶和枝晶消融的有效手段，能够显著提高材料的热加工性能，从而获得组织、成分均匀和性能优良的超级奥氏体不锈钢产品。目前国内针对一些镍基合金和高温合金元素偏析和析出的问题进行了一定的研究。例如中国专利“一种GH4700合金铸锭均匀化处理方法，公开号CN103484649A”对GH4700铸锭采用两阶段均匀化处理，先升温至1130～1150℃，保温8～10h，使laves相充分回溶，之后升温至1180～1210℃，保温24～32h，充分消除Nb、Ti元素偏析；中国专利“一种GH4738镍基高温合金铸锭均匀化处理方法，公开号CN103276333A”公开了消除GH4738合金中Ti、Cr、Mo元素偏析的均质化工艺为1160～1200℃保温20～50h。但对于超级奥氏体不锈钢高温均质化处理方法鲜有报道。从镍基合金和高温合金均质化工艺的研究结果可以看出，不同合金的化学成分差异较大，偏析元素种类及其偏析程度、析出相类型均明显不同，均质化方式、均质化温度和保温时间等关键技术参数也不尽相同。因此，探究一种适合超级奥氏体不锈钢的高温均质化处理方法很有必要。在保证消除元素偏析、析出相回溶和枝晶消融的前提下，均质化的温度不宜过高、时间不宜过长，否则铸锭和铸坯会面临着严重的高温氧化和晶粒长大等问题。因此，需要探索合理的均质化温度和保温时间，并匹配适当的升温速率和冷却方式以实现超级奥氏体不锈钢铸锭成分和组织充分均匀化，提高其热加工性能。技术实现要素：本发明提出了一种超级奥氏体不锈钢高温均质化处理方法，目的是消除元素偏析和枝晶组织，使析出相充分回溶，并最大限度地控制晶粒尺寸，从而改善钢的热加工性能。本发明适用于处理钢种成分(wt％)为：C≤0.02，Mn≤4.00，Cr：19.5～25.0，Ni：17.5～23.0，Mo：6.0～8.0，N：0.18～0.55，Cu：0.30～1.00，Si≤0.80，P≤0.03，S≤0.01，余量为Fe的超级奥氏体不锈钢。由于Sigma相等析出相的充分回溶温度范围与Mo等元素充分扩散的温度范围基本一致，所以本发明直接采用方便快捷的一段式均质化方式。通过合理控制升温速率、均质化温度、保温时间和冷却方式等工艺参数，彻底消除Mo等元素的偏析，使Sigma等析出相充分回溶和枝晶组织充分消融，并最大限度地控制晶粒尺寸，从而改善钢的高温热塑性，尽可能地解决钢热加工开裂的难题，为获得表面质量良好、性能优异的超级奥氏体不锈钢产品提供保障。本发明为一种超级奥氏体不锈钢高温均质化处理的方法，其特征在于包括如下具体步骤：(1)在超级奥氏体不锈钢铸锭或铸坯表面刷涂一层抗高温氧化涂料，防止铸锭或铸坯在高温均质化处理过程中严重氧化。(2)将铸锭或铸坯放入加热炉，以低于160℃/h的速率升温至1240～1280℃，保温16～24h，使Mo元素充分扩散至均匀，Sigma相充分回溶，枝晶组织完全消失。均质化结束后，直接进行热加工或随炉冷却至一定温度后空冷。作为优选，在步骤(1)中，涂料为SiO2-Al2O3型抗高温氧化涂料。作为优选，在步骤(2)中，加热炉升温速率为100～160℃/h。作为优选，在步骤(2)中，均质化处理结束后，直接进行热加工或随炉冷却至1000℃后空冷至室温。本发明的有益效果如下：(1)本发明可以有效消除Mo元素偏析，使Sigma相充分回溶，枝晶组织完全消除，并最大限度控制晶粒尺寸，显著提高了超级奥氏体不锈钢的热塑性。(2)由于Sigma相充分回溶温度范围与Mo元素充分扩散的温度范围基本一致，本发明采用一段式均质化方式，且均质化时间较短，既方便、快捷又经济、高效。(3)由于超级奥氏体不锈钢析出敏感性很强，均质化结束后，采取随炉冷却至1000℃后出炉空冷的方式，有效避免了冷却过程中析出相再次析出的问题。(4)在进行高温均质化处理之前刷涂一层SiO2-Al2O3型抗高温氧化涂料，有效地解决了铸锭或铸坯在高温均质化处理时严重氧化的问题。本发明提出了一种合理、方便、高效的超级奥氏体不锈钢高温均质化方法，有效地提高了铸锭或铸坯的成分和组织均匀性及高温热塑性，为获得表面质量良好、性能优异的超级奥氏体不锈钢产品提供了技术保障。附图说明图1超级奥氏体不锈钢原始铸锭心部显微组织。图2超级奥氏体不锈钢铸锭心部经1240℃保温24h均质化处理后显微组织。图3超级奥氏体不锈钢铸锭心部经1260℃保温20h均质化处理后显微组织。图4超级奥氏体不锈钢铸锭心部经1280℃保温16h均质化处理后显微组织。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施例对本发明的方案进一步描述。应当理解，此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。本发明所举实施例中钢种为超级奥氏体不锈钢S32654，其成分质量百分比如表1所示，高温均质化处理前在铸锭表面刷涂一层SiO2-Al2O3型抗高温氧化涂料。表1超级奥氏体不锈钢S32654成分(wt％)CSiMnCrNiMoCuNSPFe0.0130.353.3823.8521.857.550.500.510.00180.006余量实施例1：将铸锭放入加热炉，以100℃/h的速率升温至1240℃，保温24h，随炉冷却至1000℃后出炉空冷。实施例2：将铸锭放入加热炉，以120℃/h的速率升温至1260℃，保温20h，随炉冷却至1000℃后出炉空冷。实施例3：将铸锭放入加热炉，以160℃/h的速率升温至1280℃，保温16h，随炉冷却至1000℃后出炉空冷。高温均质化处理后通过以下表征手段来判断均质化效果：(1)枝晶形貌：观察高温均质化处理前后铸锭心部枝晶形貌并测量二次枝晶间距。(2)Sigma相回溶情况：观察高温均质化处理前后Sigma相的尺寸、数量和分布。(3)Mo元素偏析系数：利用电子探针测定枝晶间和枝晶干Mo元素含量，根据元素偏析系数＝枝晶间元素含量/枝晶干元素含量，计算Mo元素偏析系数。(4)晶粒尺寸：利用三圆截线法，测定平均晶粒尺寸。对实施例中铸锭进行了枝晶形貌观察，二次枝晶间距、Mo元素偏析系数和晶粒尺寸统计，结果如表2所示。高温均质化处理后铸锭中Mo元素基本扩散均匀，Sigma相全部溶解，枝晶组织完全消除，成功获得了成分和组织均匀的钢锭，并有效控制了晶粒过度长大。表2二次枝晶间距、Mo元素偏析系数和晶粒尺寸统计结果二次枝晶间距/μmMo偏析系数晶粒尺寸/μm对比例32.41.79462实施例1-1.14896实施例2-1.111009实施例3-1.121190当前第1页1 2 3