一种面心立方结构金属的耐腐蚀处理方法与流程

本申请属于金属材料加工工艺技术领域，涉及一种面心立方结构金属的耐腐蚀处理方法。

背景技术：

常见面心立方结构材料包括铝合金、铜合金、奥氏体不锈钢、铁镍基以及镍基合金等。以奥氏体不锈钢为例，奥氏体不锈钢因其具有优异的机械性能和在常规条件下良好的耐腐蚀性能，被广泛应用于石油、化工和发电站等工业。然而，在奥氏体不锈钢的使用过程中却经常出现腐蚀开裂而引起结构失效，进而给企业造成巨大的经济损失且严重危及人身安全。其中，奥氏体不锈钢的常见腐蚀种类包括晶间腐蚀和晶间应力腐蚀。

目前，针对提高奥氏体不锈钢耐腐蚀性的处理方法一般为表面处理方法，具体通过溶胶-凝胶法、沉积和电镀等技术在不锈钢表面制备一层表面膜，使得材料表面与腐蚀介质相隔离，从而可以有效地改善奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能。然而上述的表面处理方法中，由于处理设备复杂且表面膜的制备难度高，难以在工业上进行广泛应用。因此，如何研发适用于工业应用的提高奥氏体不锈钢耐腐蚀性能的方法已经成为本领域的技术难题，目前尚无较好的解决办法。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本申请提供了一种面心立方结构金属的耐腐蚀处理方法，通过对面心立方结构金属依次进行旋转锻造处理以及退火热处理，使得面心立方结构金属的晶界结构得到优化以提高面心立方结构金属的耐腐蚀性能，且本申请的耐腐蚀处理方法还可在工业中被广泛应用。

(二)技术方案

本申请提供了一种面心立方结构金属的耐腐蚀处理方法，面心立方结构金属为管状或棒状，耐腐蚀处理方法包括：

对面心立方结构金属进行旋转锻造处理，得第一变形结构；

将第一变形结构进行退火处理。

进一步地，在对面心立方结构金属进行旋转锻造处理之前，还包括：

将面心立方结构金属进行固溶处理。

进一步地，固溶处理中的冷却处理为第一急冷水淬处理。

进一步地，固溶处理包括：

将面心立方结构金属进行第一加热处理，第一加热处理的加热温度为1050-1100℃，加热时间为15-60min；

对经过第一加热处理后的面心立方结构金属进行第一急冷水淬处理。

进一步地，退火处理中的冷却处理为第二急冷水淬处理。

进一步地，退火处理包括：

将第一变形结构进行第二加热处理，第二加热处理的加热温度为1000-1150℃，加热时间为2-60min；

对经过第二加热处理后的第一变形结构进行第二急冷水淬处理。

进一步地，在旋转锻造处理中，径向压下率为2％-10％。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本申请至少具有以下有益效果其中之一：

(1)本申请提供的面心立方结构金属的耐腐蚀处理方法，通过对面心立方结构金属依次进行旋转锻造处理以及退火热处理，使得面心立方结构金属的晶界结构得到优化以提高面心立方结构金属的耐腐蚀性能。

(2)本申请提供的面心立方结构金属的耐腐蚀处理方法，由于旋转锻造处理工艺以及退火热处理工艺皆是在工业中得以广泛应用的工艺，使得本申请的耐腐蚀处理方法能够在工业中被广泛应用。

(3)本申请提供的面心立方结构金属的耐腐蚀处理方法，通过对面心立方结构金属进行旋转锻造处理，不仅对面心立方结构金属的锻造效率高、锻件组织性能良好且锻件尺寸精度高。同时，还有利于对面心立方结构金属引入较大的预应变。

附图说明

图1为本申请实施例中面心立方结构金属的耐腐蚀处理方法的流程图；

图2为本申请实施例中奥氏体不锈钢的晶界重构图，其中(a)为原材料，(b)为处理后。

具体实施方式

本申请提供了一种面心立方结构金属的耐腐蚀处理方法，通过对面心立方结构金属依次进行旋转锻造处理以及退火热处理，使得面心立方结构金属的晶界结构得到优化以提高面心立方结构金属的耐腐蚀性能，且本申请的耐腐蚀处理方法还可在工业中被广泛应用。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请进一步详细说明。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种面心立方结构金属的耐腐蚀处理方法，以下分别对本实施例的各个组成部分进行详细描述：

在本申请的此实施例中：

如图1-2所示，本申请实施例提供了一种面心立方结构金属的耐腐蚀处理方法，面心立方结构金属为管状或棒状，耐腐蚀处理方法包括：

对面心立方结构金属进行旋转锻造处理，得第一变形结构；

将第一变形结构进行退火处理。

在本实施例中，面心立方结构金属为管状或棒状结构。面心立方结构金属的材质包括铝合金、铜合金、奥氏体不锈钢、铁镍基以及镍基合金等。本文以奥氏体不锈钢为例，当然其他材质的面心立方结构金属也可适用本文各实施例中的耐腐蚀处理方法。

在本实施例中，先对奥氏体不锈钢进行旋转锻造处理，以对奥氏体不锈钢引入预应变。奥氏体不锈钢经过旋转锻造处理后得到一个区别于加工前的奥氏体不锈钢，即得到第一变形奥氏体不锈钢。然后对第一变形奥氏体不锈钢进行退火处理。通过旋转锻造引入应力及后续退火热处理的结合，使奥氏体不锈钢晶界结构得到优化，进而提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能。

此外，本实施例中采用旋转锻造处理工艺加工面心立方结构金属，包括如下技术效果：(1)锻造效率高。锻造过程为自动控制，工步不间断，锻件一次性成形，避免了面心立方结构金属多次回炉升温。(2)锻件组织性能良好。面心立方结构金属变形过程中承受三向压应力，有利于消除面心立方结构金属内部缺陷，改善组织偏析，得到具有理想纤维流向的均匀、细小组织。(3)锻件尺寸精度高。传统锻造工艺由于受锻造工具和尺寸控制系统精度的限制，锻件的尺寸偏差较大，导致切削加工量过大，不但造成了材料浪费，而且不利于下游机加工行业的效益最大化。而旋转锻造技术生产的锻件尺寸精度明显提高，可实现近净成形。(4)旋转锻造技术可同时对面心立方结构金属的两个方向进行锻打，对面心立方结构金属横向的变形进行约束，限制了裂纹的扩展，在提高加工效率的同时，使锻件承受三向压应力，更有利于对面心立方结构金属引入较大的预应变。同时，旋转锻造侧重于面心立方结构金属的外表面的加工处理，使得第一变形结构的外壁处引入的预应变大于内部的预应变，进而使得面心立方结构金属的外壁处的耐腐蚀性能明显优于面心立方结构金属的内部处的耐腐蚀性能。

在一些实施例中，在对面心立方结构金属进行旋转锻造处理之前，还包括：将面心立方结构金属进行固溶处理。固溶处理的目的是为了使面心立方结构金属的组织均匀化，同时使面心立方结构金属生产过程析出的碳化物重新融入到基体中，提高面心立方结构金属的耐腐蚀性能。其中，固溶处理中的冷却处理为第一急冷水淬处理，可有助于面心立方结构金属可快速通过敏化区间，且使面心立方结构金属在高温下的微观组织能够在室温下得以保留。

在一些实施例中，固溶处理包括：

将面心立方结构金属进行第一加热处理，第一加热处理的加热温度为1050-1100℃，加热时间为15-60min；

对经过第一加热处理后的面心立方结构金属进行第一急冷水淬处理。

在一些实施例中，退火处理中的冷却处理为第二急冷水淬处理。

在一些实施例中，退火处理包括：

将第一变形结构进行第二加热处理，第二加热处理的加热温度为1000-1150℃，加热时间为2-60min；

对经过第二加热处理后的第一变形结构进行第二急冷水淬处理。

在一些实施例中，在旋转锻造处理中，径向压下率为2％-10％。

为了更加直接阐述本申请实施例中耐腐蚀处理方法的原理以及效果，现以实验方式进行阐述，具体内容如下：

本申请是通过优化面心立方结构金属的晶界结构来提高耐腐蚀性。其中，晶界作为多晶材料的一个重要的结构特征，材料的耐腐蚀性能与晶界的结构密切相关。基于重合位置点阵(coincidencesitelattice，csl)模型，可以将晶界分为低σcsl晶界(σ≤29)(亦称为特殊晶界)和随机晶界(randomboundary，rb)(σ>29)。其中，低σcsl晶界显现了对滑移、断裂、腐蚀和应力腐蚀裂纹、敏化和溶质偏析(平衡和非平衡)强烈的抑制作用，有的甚至是完全免疫的。而随机晶界由于具有高的能量和高的移动性，常成为裂纹生长的核心和扩展的通道，从而导致晶间腐蚀裂纹和晶间应力腐蚀裂纹的出现。因此，控制和优化材料内部晶界特征分布(grainboundarycharacterdistribution，gbcd)成为提高耐腐蚀性能的重要手段。

在以下实施例和对比例中，用低σcsl晶界比例(％)来表示材料晶界结构特征的优化效果，值越高说明晶界优化效果越好；用再活化电流比率(％)和自腐蚀电位(v)分别来表示材料的耐腐蚀性能，再活化电流比率越低，自腐蚀电位越趋于正，说明材料的耐腐蚀性能越好。

实施例1

利用旋转锻造机对奥氏体不锈钢棒材或管材进行旋转锻造，径向相对压下量为2％、3％、6％、10％。随后，在热处理炉中对变形试样进行1050℃保温5min的退火处理，保温后取出急冷水淬，具体工艺参数见表1。形变热处理后试样内部的低σcsl比例随压下量的变化而变化，具体测试结果见表1。

将形变热处理后的试样用环氧树脂和固化剂镶嵌，制备成标准的电化学腐蚀样品。于室温下在0.5mh2so4+0.01mkscn溶液中对样品进行动电位再活化法(epr)实验和极化曲线测量，再活化电流比率和自腐蚀电位随压下量的变化而变化。试样在650℃敏化2h后测得的再活化电流比率和自腐蚀电位列于表1。

表1不同径向相对压下量的测试结果

实施例2

利用旋转锻造机对奥氏体不锈钢棒材或管材进行旋转锻造，径向相对压下量选择3％。随后，在热处理炉中对变形试样进行退火处理，退火温度分别为1000℃、1050℃、1100℃和1150℃，退火时间为5min，保温后取出水淬，具体工艺参数见表2。形变热处理后试样内部的低σcsl比例随退火温度的变化而变化，具体测试结果见表2。

将形变热处理后的试样用环氧树脂和固化剂镶嵌，制备成标准的电化学腐蚀样品。于室温下在0.5mh2so4+0.01mkscn溶液中对样品进行动电位再活化法(dl-epr)实验和极化曲线测量，再活化电流比率和自腐蚀电位随退火温度的变化而变化。试样在650℃敏化2h后测得的再活化电流比率和自腐蚀电位列于表2。

表2不同退火温度的测试结果

实施例3

利用旋转锻造机对奥氏体不锈钢棒材或管材进行旋转锻造，径向相对压下量为3％。随后，在热处理炉中对变形试样进行退火处理，退火温度为1050℃，退火时间分别为2min、5min、30min和60min，保温后取出水淬，具体工艺参数见表3。形变热处理后试样内部的低σcsl比例随退火时间的变化而变化，具体测试结果见表3。

形变热处理后的试样用环氧树脂和固化剂镶嵌，制备成标准的电化学腐蚀样品。于室温下在0.5mh2so4+0.01mkscn溶液中对样品进行动电位再活化法(epr)实验和极化曲线测量，再活化电流比率和自腐蚀电位随退火时间的变化而变化。试样在650℃敏化2h后测得的再活化电流比率和自腐蚀电位列于表3。

表3不同退火时间的测试结果

对比例1

为了比较形变热处理后材料与母材组织和性能上的差异，取原始材料一块在1050℃固溶处理30min，随后在650℃敏化2h，然后在常温下的0.5mh2so4+0.01mkscn溶液中进行电化学腐蚀实验，测试结果位于表4。可以发现，在相同敏化条件下，晶界结构优化试样的耐腐蚀性能较母材的耐腐蚀性能得到显著改善。

将经过本发明处理的材料制成标准金相试样，打磨、抛光、电解腐蚀后利用背散射电子衍射技术测试材料的晶界特征分布，组织中低σcsl晶界比例可高达80.4％；在相同敏化条件下，再活化电流由母材的17.57％下降至8.92％，材料的耐腐蚀性能得到了明显提高。

图2(a)所示为母材组织中晶界特征分布情况，其中低σcsl晶界为58.1％，图2(b)所示为经过上述方法形变热处理后材料组织中晶界特征分布情况，其中低σcsl晶界比例为80.4％，图中黑色线条代表高能自由晶界，灰色线条代表低σcsl晶界。

表5形变热处理材料与母材的测试结果

至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本申请有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，如涉及“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本申请的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。