专利名称：：一种表面性能优良的奥氏体不锈钢冷轧板制造技术的制作方法
技术领域：
：本发明涉及钢铁材料类，具体地说，本发明涉及一种奥氏体不锈钢冷札板的制造技术。
背景技术：
：奥氏体不锈钢304/304L由于其较高的塑性和耐蚀性、良好的焊接性能、低温韧性和易加工等优点，使其在能源、化工、食品、医药等行业以及日用家具、建筑装潢等领域得到广泛应用，是所有不锈钢中应用最广的一个钢种，但由于奥氏体不锈钢304/304L的硬度偏低、耐磨性较差，使其工作寿命大大降低，使用受到一定程度的限制。氮合金化在奥氏体不锈钢中具有显著的作用，奥氏体不锈钢采用表面氮合金化技术，能提高不锈钢的表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性，同时又可以节省能源、降低成本，避免一些钢液加氮方式引起的后续生产加工问题，因此对于常用奥氏体不锈钢304/304L等，在不影响其塑性和腐蚀性能的前提下，通过表面氮合金化提高其硬度和耐磨性是奥氏体不锈钢新发展的方向之一。目前表面氮合金化工艺方法很多，不同的工艺下渗氮层的相组成和渗氮深度也有明显的区别。氮离子注入、低温等离子体渗氮、激光渗氮、真空脉冲渗氮等都曾用于提高奥氏体不锈钢的耐磨性，但由于渗氮层中有部分氮化物的析出，使得耐蚀性仍有不同程度的降低。近十多年来，许多研究者利用大束流快速升温离子注入、等离子体浸没离子注入(PIII)、低压等离子体弧离子源、低温低压等离子体源离子渗氮(PlasmaSourceIonNitriding)等表面改性方法处理奥氏体不锈钢获得了耐磨和耐蚀复合改性作用的渗氮层，然而这些技术存在明显的缺陷:一是技术装置和工艺较复杂、成本较高；二是表面渗氮层厚度太浅，一般只能达到数十微米。在公开号EP0652300和CN1107187A的申请专利中，公开了一种在不锈钢中形成髙强度奥氏体表面层的表面渗氮方法，在100012(MrC之间温度下渗氮，使接近成品形状的不锈钢零件表面部分富集溶解氮，该方法渗氮的压力不为常压，需要专用的热处理炉，用于不锈钢零件长时间渗氮处理，一般处理时间长达几十小时，生产效率较3200810041725.X低，该表面层以奥氏体组织的高韧性为特征，导致尤其在冲击磨损、气蚀及空蚀情况下显著提高耐磨性，适合用来延长料流机械中不锈钢零部件的寿命。公开号EP890656A1的专利申请中也采用了类似的方法，在1000~1200匸之间温度下长时间渗氮，但其整个渗氮过程中渗氮压力不是恒定的，而是分为两个不同的阶段，采用660mbar/7.5h+220mbar/7.5h工艺替代恒定压力220mbar/15h的工艺，从而加速了渗氮过程，使得渗氮层厚度和表面氮浓度增加，该方法也适用于不锈钢零件长时间、非常压下渗氮处理。考虑到奥氏体不锈钢不仅应具有高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性等特点而且应易于生产等因素，本发明者通过对奥氏体不锈钢的后续退火气氛和工艺参数的改进，设计出了一种表面性能优良的奥氏体不锈钢冷轧板，从而完成了本发明。本发明的目的在于提供一种表面性能优良的奥氏体不锈钢冷轧板制造技术。
发明内容本发明提供了一种表面性能优良的奥氏体不锈钢冷轧板制造技术，该制造技术包括以下步骤(1)将奥氏体不锈钢热轧巻退火酸洗后冷轧，再进行喷丸和除油去脂预处理；(2)于1000125(TC、常压、含氮气的混合气氛中，对奥氏体不锈钢进行退火的同时渗氮，随后水冷；(3)将退火处理后的奥氏体不锈钢表面研磨去除10~50拜的表面层。在一个优选实施方式中在所述步骤(l)中，喷丸时所采用的丸粒尺寸为0.05mm，流量为8OO10OOkg/min，喷丸速度为70m/s~80m/s。在一个优选实施方式中所述步骤(2)中的含氮气的混合气氛中，氮气比例为7595%。.在一个优选实施方式中在所述步骤(2)中，退火时间为5~30min。在一个优选实施方式中在所述步骤(2)中，水冷的速度为3~10*C/s。根据奥氏体不锈钢能够固溶的氮含量较高的特点，本发明使用奥氏体不锈钢。在奥氏体不锈钢冷轧之后再进行喷丸和除油去脂预处理，是为了使奥氏体不锈钢冷轧板表面更有利于固溶氮合金化。在对奥氏体不锈钢进行退火的同时渗氮，目的是为了"较短的时间内获得较厚的髙氮奥氏体表面层，随后以冷速310'C/s进行冷却，使形成的高氮奥氏体表面层在冷却过程中不析出氮化物。最后将退火处理后的奥氏体不锈钢板表面研磨去除1050拜的表面层，目的是为了去除可能产生的氧化层，最终获得硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能均提髙的高氮含量(^0.35免wt)奥氏体表面层。本发明的有益效果为本发明针对的是奥氏体不锈钢冷轧板，而不是不锈钢板制成的零部件，这样极大提高了生产效率，且涉及的是一种常压下进行的热Ab理，避免了非常压处理需要的特制设备。本发明通过改变奥氏体不锈钢冷轧退火的气氛，在退火的同时进行渗氮，渗氮时间较短，使成本更为降低。此外，由于获得的高氮奥氏体表面层中的氮呈固溶状态，因此能同时提髙奥氏体不锈钢板的硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能，提高幅度在10%~50%之间。经本发明处理的奥氏体不锈钢冷轧板不仅保持了原有优良的力学性能、高塑性和易加工等优点，而且由于耐磨性和耐腐蚀性能的提髙，可以使得以该种钢板制造的零部件使用寿命得到提高，适用于石油化工、食品医药等行业以及日用家具、建筑装潢等领域。图1为本发明实施例1中试验巻试样304-1的截面金相照片。图2为本发明实施例1中试验巻试样304-1的截面硬度测试结果图。图3(a)为本发明实施例1中试验巻试样304-1的划痕金相照片。图3(b)为本发明实施例1中传统工业退火板304-2的划痕金相照片。图4为本发明实施例1中试验巻试样304-1的点蚀电位图。图5为本发明实施例2中试验巻试样304L-1的截面金相照片。图6为本发明实施例2中试验巻试样304L-1的截面硬度测试结果图。图7(a)为本发明实施例2中试验巻试样304L-1的划痕金相照片。图7(b)为本发明实施例2中传统工业退火板304L-2的划痕金相照片。图8为本发明实施例2中试验巻试样304L-1的点蚀电位图。具体实施例方式以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。5实施例l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>规格为4.0mm的304热轧试验巻的化学成分见表1。热轧试验巻先进行退火酸洗,酸洗之后冷轧至1.2mm,冷轧之后再进行喷丸和除油去脂预处理，喷丸时所采用的丸粒尺寸为0.05mm,流量为950kg/min,喷丸速度为78m/s。在1150'C、常压、含氮气的混合气氛中对304不锈钢进行20min退火，退火后以5"/S的冷却速度进行水冷。退火处理后的奥氏体不锈钢板表面经过研磨去除20nm的表面层。对304试验巻试样(编号为304-1)进行了显微组织观察和性能测试，对比试样为传统304的冷轧退火态试样(编号为304-2)。从图1可以看出，304-1试验巻试样的晶粒度较传统工业退火板有一定程度的长大，但其表面层未析出氮化物，采用电子探针对截面试样沿厚度方向的氮原子浓度分布进行了线扫描，结果表明304-1试样表面固溶氮含量超过0.4%wt，高氮含量表而层厚度超过lOOnm。表2是室温拉伸性能测试结果。可以看出，304-1试验巻试样由于表面氮原了固溶强化作用弥补了晶粒长大导致的强度下降，304-1试验巻试样与传统工业退火板304-2强度基本相当，而延伸率却有较大幅度提高，从61.5%提髙到75.0%,可见304-1试验巻试样仍具有良好的力学性能。<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>图2是304-1的显微硬度测试结果。对比试样304-2的显微硬度约为HV,.,170,—p]"以看出，由于表面层中氮原子的固溶强化作用，使得不锈钢板表面硬度得到了较大幅度的提高，提高幅度约35%。表面硬度的提髙使得其抗划擦性能也得到明显改善，从抗划擦性能的提高可以间接反映不锈钢耐摩擦磨损性能的提高。图3(a)和图3(b)分别是304-1和304-2划擦性能测试后的划痕金相照片，2kg的划擦力使304-1和304-2划痕平均宽度分别为102.9jjm和146.3,，相比304-2，304-l的划痕宽度同比减少约30%。由此可见，本发明的304试验巻试样的硬度和耐摩擦磨损性能得到了明显提高。按照不锈钢点蚀电位测量方法(国家标准GB/T17899-1999)对本发明实施例和相应的对比例进行了点蚀电位测试，结果如图4所示，可以看出304-1点蚀电位Ebux^达到520mV，比304-2的360mV提高了160mV，提高幅度约44%，由此可见，本发明的奥氏体木锈钢冷轧板制造技术可以明显提高材料的抗点蚀性能。实施例2表3304L试验巻的化学成分(wt%)牌号CSiMnPSNiCrN304L0.0120.361.260.020.0028.1618.280.058规格为4.0mm的304L热轧试验巻的化学成分见表3。热轧试验巻先进行退火酸洗，酸洗之后冷轧至l.Omm，冷轧之后再进行喷丸和除油去脂预处理，喷丸时所采用的丸粒尺寸为0.05mm，流量为900kg/min，喷丸速度为75m/s。在1150"C、常压、含氮气的混合气氛中对304L不锈钢进行20min退火，退火后以4"C/s的冷却速度进行水冷。退火处理后的奥氏体不锈钢板表面经过研磨去除20fim的表面层。对304L试验巻试样(编号为304L-1)进行了显微组织观察和性能测试，对比试样为传统304L的冷轧退火态试样(编号为304L_2)。从图5可以看出，304L-1试验巻试样的晶粒度也较传统工业退火板有一定程度的长大，但其表面层也未析出氮化物，采用电子探针对截面试样沿厚度方向的氮原子浓度分布进行了线扫描，结果表明304L-1试样表面固溶氮含量超过0.4%wt，高氮含量表面层厚度超过lOOMm。表4是室温拉伸性能测试结果。可以看出，304L-l试验巻试样由于表面氮原子固溶强化作用弥补了晶粒长大导致的强度下降，304L-1试验巻试样的抗拉强度比传统T业退火板304L-2强度有所提高，而延伸率也有一定幅度的提髙，可见30礼-l试验巻试样仍具有良好的力学性能。表4力学性能测试结果弓Rp0.2(MPa)Rm(MPa)A(%)304L-12卯70568.0304L-229565563.0闺6是304L-1的显微硬度测试结果。对比试样304L-2的显微硬度约为HVu.,178,可以看出，由于表面层中氮原子的固溶强化作用，使得不锈钢板表面硬度得到了较大7幅度的提高，提髙幅度约25免。表面硬度的提髙使得其抗划擦性能也得到明显改善，图7(a)和图7(b)分别是304L-1和304L-2划擦性能测试后的划痕金相照片，2kg的划擦力使304L-1和304L-2划痕平均宽度分别为105.7,和147.3拜。由此可见，本发明的304L试验巻试样的硬度和耐摩擦磨损性能得到了明显提高。从图8可以看出304L-1点蚀电位Ewoo^达到400mV，比304L-2的280mV提高了120mV，由此可见，本发明的奥氏体不锈钢冷轧板制造技术可以明显提高材料的抗点蚀性能。实施例3规格为3.0mm的304奥氏体不锈钢冷加工和退火工艺如下热轧试验巻先进行退火酸洗，酸洗之后冷轧至0.9111111，冷轧之后再进行喷丸和除油去脂预处理，喷丸时所采用的丸粒尺寸为0.05mm，流量为820kg/min，喷丸速度为72m/s。在1200'C、常压、含氮气的混合气氛中对304不锈钢进行lQmin退火，退火后以6'C/S的速度水冷。退火处理后的奥氏体不锈钢板表面经过研磨去除10pin的表面层。该不锈钢板表面形成的高氮含量表面层厚度超过60iam,其表面硬度约为HV,'.,200、耐点蚀性能Ebl00(lA达到460mV,相比于传统丁.业退火板，各项性能提高幅度均在10%~50%之间。实施例4规格为3.0mm的304L奥氏体不锈钢冷加工和退火工艺如下热轧试验巻先进行退火酸洗，酸洗之后冷轧至0.8mm，冷轧之后再进行喷丸和除油去脂预处理，喷丸时所采用的丸粒尺寸为0.05mm，流量为820kg/min,喷丸速度为72m/s。在1100'C、常压、含氮气的混合气氛中对304L不锈钢进行10min退火，退火后以4"/S的速度水冷。退火处理后的奥氏体不锈钢板表面经过研磨去除lOjun的表面层。该不锈钢板表面形成的高氮含量表面层厚度超过50拜，其表面硬度约为HVU1200、耐点蚀性能EbHjopA达到360mV，相比于传统工业退火板，各项性能提高幅度均在10%~50%之间。8权利要求1、一种表面性能优良的奥氏体不锈钢冷轧板制造技术，其特征在于，该制造技术包括以下步骤(1)将奥氏体不锈钢热轧卷退火酸洗后冷轧，再进行喷丸和除油去脂预处理；(2)于1000～1250℃、常压、含氮气的混合气氛中，对奥氏体不锈钢进行退火的同时渗氮，随后水冷；(3)将退火处理后的奥氏体不锈钢表面研磨去除10～50μm的表面层。2、根据权利要求l所述的奥氏体不锈钢冷轧板制造技术，其特征在于，在所述步骤(1)中，喷丸时所采用的丸粒尺寸为0.05mm，流量为8001000kg/min，喷丸速度为70m/s80m/s。3、根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢冷轧板制造技术，其特征在于，所述步骤(2)中的含氮气的混合气氛中，氮气比例为7595%。4、根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢冷轧板制造技术，其特征在于，在所述步骤(2)中，退火时间为5~30min。5、根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢冷轧板制造技术，其特征在于，在所述步骤(2)中，水冷的速度为3~l(TC/s。全文摘要本发明提供了一种表面性能优良的奥氏体不锈钢冷轧板制造技术。通过对奥氏体不锈钢的后续退火气氛和工艺参数的改进，使其形成固溶状态的高氮含量表面层，由于固溶氮原子的固溶强化作用，使得该不锈钢板表面的硬度和耐磨性得到显著提高，同时耐腐蚀性也得到改善，各项性能提高幅度在10％～50％之间，从而使得该种钢板制造的零部件使用寿命得到提高。本发明表面性能优良的奥氏体不锈钢冷轧板适用于石油化工、食品医药等行业以及日用家具、建筑装潢等领域。文档编号B23P17/00GK101648334SQ20081004172公开日2010年2月17日申请日期2008年8月15日优先权日2008年8月15日发明者余式昌,奚雅敏,彭建国,胡锦程申请人:宝山钢铁股份有限公司