提高304不銹鋼耐腐蝕性能的晶界工程工藝方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種提高304不銹鋼耐腐蝕性能的晶界工程工藝方法，它是將304不銹鋼在1050～1150℃保溫10～60min，然后水冷；進行3～15%的加工變形；進行退火，在1050～1150℃保溫10～120min，然后水冷，可得較高耐腐蝕性能的304不銹鋼。本工藝不僅不需改變材料的成分，而且與現(xiàn)有的同類工藝相比，既不需長時間的退火，也不需要反復加工及退火，所以工藝更加簡單，容易操作，具有十分明顯的經(jīng)濟效益。
【專利說明】提高304不銹鋼耐腐蝕性能的晶界工程工藝方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高304不銹鋼耐腐蝕性能的晶界工程工藝方法，屬金屬材料的形變及熱處理工藝【技術領域】。

【背景技術】
[0002]304不銹鋼由于其具有良好的綜合性能，在石油、化工、核電等工業(yè)中得到了廣泛應用。但晶間腐蝕(IGC)和晶間應力腐蝕開裂(IGSCC)—直是304不銹鋼在這些環(huán)境下服役過程中的重要失效形式，而晶界敏化是導致這些問題的主要原因之一。304不銹鋼在500?800°C之間加熱時會在晶界上析出富Cr的碳物，從而在晶界附近產(chǎn)生貧鉻區(qū)，增加了 304不銹鋼腐蝕敏感性。近年來,如何從改變材料自身的顯微組織來提高其抗腐蝕性能越來越受到人們的關注。
[0003]Watanabe于1984年提出晶界設計及控制的概念(grain boundary design),指出采用適當工藝可以增加多晶體中重合位置點陣(Coincidence Site Lattice CSL)晶界的比例，提高材料的強韌性能。通過大幅度增加“特殊結構晶界”比例，優(yōu)化晶界特征分布(grain boundary character distribut1n GBO)),來改善材料與晶界有關的性能，如抗晶間腐蝕性能、抗蠕變性、抗應力腐蝕開裂性能力等。這種觀點于上世紀90年代發(fā)展成晶界工程(grain boundary engineering GBE)研究領域。目前晶界工程研究主要集中于低層錯能的面心立方金屬材料，基于退火孿晶的形成來提高這類材料中低SCSL晶界的比例，目前已經(jīng)報道的主要有兩種工藝路線:(1)通過3%?8%變形后，在略低于材料再結晶溫度下長時間(10?10h)退火；(2)通過15%?40%的變形后，在高于再結晶溫度短時間(3?60min)退火，并重復這樣的工藝3?7次。這兩種工藝都能明顯提高材料的低SCSL晶界比例，從而大幅提高與晶界相關的多種性能。Michiuchi等利用第一種工藝對316不銹鋼施以3%的預應變，然后在967°C退火72h，使得低SCSL晶界比例提高到80%以上。Palumbo等運用第二種工藝處理Inconel600合金的低ΣCSL晶界比例提高到60?70%后，腐蝕速率可降低30?60%。這些工藝方法的優(yōu)點是不用改變材料成分，只需調整冷軋和熱處理制度，就可大幅提高材料中的低2CSL晶界比例，改善與晶界相關的多種性能。但是第一種工藝需要長時間的退火，而第二種工藝需要反復冷加工及退火，這兩種工藝都不利于工業(yè)生產(chǎn)中的成本控制。所以本發(fā)明提出另一種工藝方法來提高304不銹鋼的低SCSL晶界比例，在其它一些低層錯能的面心立方金屬材料中也可以參照使用。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種提高304不銹鋼耐腐蝕性能的晶界工程工藝方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術手段來實現(xiàn)的。
[0006]一種提高304不銹鋼耐腐蝕性能的晶界工程工藝方法，其特征是該方法具有以下工藝步驟:
a.將304不銹鋼在1050?1150°C保溫10?60min，然后水冷； b.進行加工變形，變形量為3?15%；
c.進行退火，在1050?1150°C保溫10?120min，然后水冷，可得較高耐腐蝕性能的304不銹鋼。
[0007]本發(fā)明主要針對304不銹鋼，確定形變及退火工藝，獲得低SCSL (重位點陣)晶界比例高于70% (Palumbo 一 Aust標準)的材料，經(jīng)傳統(tǒng)工藝加工的材料中低2CSL晶界比例為45.1%。低SCSL晶界比例高的材料與低SCSL晶界比例低的材料相比可明顯提高材料耐晶間腐蝕性能。
[0008]本發(fā)明的工藝方法是應用于304板材成型加工過程中的最后一道工序，通過本工藝可以實現(xiàn)在不改變合金成分的前提下提高材料的耐晶間腐蝕性能。對其它與晶粒晶界相關的性能，如抗應力腐蝕、蠕變、疲勞性能也有改善。材料在處理之前，必須先進行高溫熱處理，保證材料中不能有形變儲能。然后材料在沒有形變儲能的狀態(tài)下，進行3?15%的加工變形，變形量要精確控制在這樣的范圍內。形變后進行退火，在1050?1150°C保溫。這種小形變量后的退火可明顯提高材料中的Σ3η晶界(n=l，2，3)比例，從而提高總體低SCSL晶界的比例。
[0009]本發(fā)明的特點是:本工藝方法既不需要長時間的退火，也不需要反復冷變形及退火(不同于已經(jīng)公開的兩種技術之處)。主要特點是對304不銹鋼在沒有形變儲能的狀態(tài)下，進行小變形量加工，然后進行高溫短時間退火，所以工藝更加簡單，容易操作。具有十分明顯的經(jīng)濟效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為在1100°C保溫20min，然后水冷；經(jīng)過拉伸5%后，進行退火，在1100°C保溫30min，然后水冷得到樣品A和沒有經(jīng)過本發(fā)明工藝處理樣品B的低SCSL晶界比例圖，A中所含低2CSL晶界比例為75.7%，B中所含低2CSL晶界比例為45.1%。
[0011]圖2為含有不同比例低2CSL晶界的樣品A (75.7%低2CSL晶界)，B (45.1%低SCSL晶界)分別在650°C下敏化5小時后進行6小時腐蝕失重實驗，得到單位面積腐蝕失重與腐蝕時間的關系。
[0012]圖3為敏化樣品A (圖a)，B (圖b)經(jīng)過6小時腐蝕后的表面形貌。

【具體實施方式】
[0013]現(xiàn)將本發(fā)明的實施例具體敘述于后。
[0014]實施例一
將304不銹鋼(成分的質量百分比為:71.1 Fe, 18.31 Cr, 8.75 Ni, 1.18 Mn, 0.58Si, 0.08 C)板材在110(TC保溫20min，然后水冷；經(jīng)過拉伸5%后，進行退火，在110(TC保溫30min，然后水冷(A樣品)。經(jīng)EBSD (電子背散射衍射)方法測定，A樣品中的低SCSL晶界比例為75.7%。采用傳統(tǒng)工藝處理后的樣品經(jīng)EBSD方法測定，低SCSL晶界比例為45.1 % (B樣品)。低2CSL晶界都按Palumbo — Aust標準統(tǒng)計。將這A樣品和B樣品在650°C保溫5h然后空冷，作為用于晶間腐蝕試驗的敏化處理。用機械拋光的方法將樣品表面清潔干凈后，測量表面面積，并對樣品稱重。然后浸泡在溶液中腐蝕，溶液的成分為:10%HN03+3%HF+87%H20,實驗在室溫進行。每半小時將樣品取出用水清洗3遍，然后浸泡在酒精中10分鐘，取出后用電吹風烘干。然后稱重，獲得腐蝕失重。這樣的浸泡腐蝕實驗共進行了 6小時。腐蝕后的樣品表面用掃描電鏡觀察。
【權利要求】
1.提高304不銹鋼耐腐蝕性能的晶界工程工藝方法，其特征是該方法具有以下工藝步驟: A.將304不銹鋼在1050?1150°C保溫10?60min，然后水冷； B.進行加工變形，變形量為3?15%； C.進行退火，在1050?1150°C保溫10?120min，然后水冷，得到較高耐腐蝕性能的304不銹鋼。
【文檔編號】C21D8/02GK104278138SQ201410444680
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權日:2014年9月3日
【發(fā)明者】夏爽, 楊輝, 張子龍, 趙清, 劉廷光, 周邦新, 李慧, 白琴 申請人:上海大學