[发明专利]提高奥氏体不锈钢特殊结构晶界比例的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高316、304等奥氏体不锈钢低ΣCSL晶界（CSL是“coincidence site lattice”的缩写，意思是重合位置点阵。低ΣCSL是指Σ≤29）比例的工艺方法，属金属材料的形变及热处理工艺技术领域。

背景技术

316、304等奥氏体不锈钢具有较强的耐腐蚀性能，因此在工业中有着非常广泛的应用。如何提高奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀的能力，是进一步延长其使用寿命，提高经济效益的重要问题。材料的晶间腐蚀行为与晶界结构和性质密切相关，因此可以通过控制材料内特殊结构晶界（低ΣCSL晶界）比例及其分布来提高奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀性能。

1984年Watanabe首次提出“晶界设计与控制”的概念。1995年，Palumbo等首次通过实验评估了“晶界设计与控制”对材料晶间腐蚀抗力的影响，并进一步把它发展形成了“晶界工程”研究领域。Lin和Palumbo等对600合金进行处理可以使低ΣCSL晶界由37%提高到71%，这使材料在沸腾硫酸铁浸泡腐蚀实验时，腐蚀速率降低30－60％。拥有该项技术专利的加拿大某公司已经将晶界工程技术注册了商标GBE^TM。Lehockey和Palumbo等将铅酸电池的铅合金电极板进行晶界工程处理后，使低ΣCSL晶界比例提高到70%以上，耐腐蚀性能明显改善，电池充放电循环次数提高1－3倍，这项技术也得到了专利的保护。晶界工程是采用加工形变及热处理工艺产生大量的低ΣCSL晶界，从而控制形成晶界的结构及其分布，最终提高材料耐腐蚀性能的一种工艺方法。目前已经报道的主要形变热处理工艺有以下三种路线：（1）通过3%~8%变形后，在略低于材料再结晶温度下长时间（10~100h）退火；（2）通过5%~40%的变形后，在高于材料再结晶温度下短时间（3~60min）退火，并重复这样的工艺多次；（3）通过5%~10%变形后，在高于再结晶温度下短时间(5~10min)退火。这些工艺方法通过调整冷变形和热处理制度，可实现大幅度提高低ΣCSL晶界比例，改善与晶界相关性能的目的。Michiuchi等对316不锈钢施以3%的预应变，然后在967℃退火72h，使得低ΣCSL晶界比例提高到80%以上。Wang等对Pb–Ca–Sn–Al合金施以30%的冷轧变形，然后在270℃退火10min，将这一过程重复3次可使低ΣCSL晶界比例提高到80%。Xia等对690合金管材施以5%的冷变形，然后在1100℃退火5min，可使低ΣCSL晶界比例提高到70%以上。

但是利用冷加工变形提高材料低ΣCSL晶界比例的工艺方法往往只适用于厚度较薄的板材或者管材。对于厚度相对较大的板材或者管材来说，小变形量冷加工后应变往往只集中在材料表面，在最终退火后不能在材料整个厚度上都将低ΣCSL晶界比例大幅提高。另外，很多情况下运用热轧工艺加工奥氏体不锈钢，最终再进行固溶处理。因此，本发明提出另一种利用高温变形加工及后续再结晶退火的方法来提高316、304等奥氏体不锈钢的低ΣCSL晶界比例，其他一些低层错能的面心立方金属材料中也可以参照该工艺使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高316、304等奥氏体不锈钢低ΣCSL晶界比例的工艺方法。

本发明的目的是通过以下技术手段来实现的。

一种提高316、304等奥氏体不锈钢低ΣCSL晶界比例的工艺方法，其特征是该方法具有以下工艺步骤：

a.         将316、304等奥氏体不锈钢在1000℃~1200℃固溶热处理；

b.        在300℃~900℃进行变形，变形量为3%~20%；

c.         进行再结晶退火，在1000℃~1200℃保温5min~1h，然后淬火，可得较高比例低ΣCSL晶界的316、304等奥氏体不锈钢。再结晶过程延长保温时间对最终低ΣCSL晶界比例没有太大影响。

本发明主要针对316、304等奥氏体不锈钢，确定高温变形加工及退火工艺。经本发明工艺处理后，材料中的低ΣCSL晶界比例可达到80%以上（Palumbo－Aust标准）。而未经本发明工艺处理的材料中，低ΣCSL晶界比例往往低于50%。低ΣCSL晶界比例高的材料与低ΣCSL晶界比例低的材料相比可明显提高材料耐晶间腐蚀与耐晶间应力腐蚀性能。