[发明专利]提高316Lmod不锈钢耐腐蚀性能的晶界工程工艺方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高合金材料抗腐蚀的工艺方法，特别是涉及一种不锈钢材料的晶界工程工艺方法，应用于金属材料的形变及热处理工艺技术领域。

背景技术

316Lmod不锈钢是一种专用于制造尿素生产设备的尿素级不锈钢，它是316L不锈钢的改良型，在化学成分上降低了C元素含量、增加了Ni、Cr、Mo等元素含量，目的是为了获得比316L不锈钢更好的耐蚀性能。在尿素生产介质和硝酸溶液介质中，316Lmod不锈钢产生晶间腐蚀的主要原因是材料中的磷、硅等杂质元素在晶界偏聚，造成晶界与晶内在腐蚀电解质溶液中的电位差，而316L不锈钢产生晶间腐蚀的主要原因是材料中的C含量几乎是316Lmod不锈钢中的含量的2倍，敏化处理后容易在晶界上析出富Cr的碳化物，从而在晶界附近产生贫Cr区。由于尿素生产设备处于尿素甲铵液等高温、高压且有强烈腐蚀介质的环境下工作，设备所用的316Lmod不锈钢会受到很严重的腐蚀，因此腐蚀问题成为316Lmod不锈钢设计、制造过程中首要考虑的问题。如何从改变316Lmod不锈钢自身的显微组织来提高其耐晶间腐蚀性能一直受到人们的关注。

Watanabe于1984年提出晶界设计及控制（grainboundarydesign）的概念。采用适当工艺可以增加多晶体材料重合位置点阵（CSL,coincidencesitelattice）晶界的比例，提高材料的强韧性能。通过大幅度增加具有“特殊结构的低∑CSL（低∑是指∑≤29）”晶界比例、优化晶界特征分布（GBCD,grainboundarycharacterdistribution）来改善材料与晶界有关的性能，如抗晶间腐蚀性能、抗蠕变性能、抗应力腐蚀开裂性能等。这种观点于上世纪90年代发展成晶界工程(GBE,grainboundaryengineering)研究领域。目前晶界工程的研究主要集中于低层错能的面心立方金属材料，基于退火孪晶的形成来提高这类材料的低ΣCSL晶界比例。目前已经报道的主要有两种工艺路线：

1.通过3％～8％变形后，在略低于材料再结晶温度的温度下长时间（10～100h）退火；

2.通过15％～40％的变形后，在高于材料再结晶温度的温度下短时间（3～60min）退火，并重复这样的工艺3～7次。

这两种工艺都能明显提高材料的低ΣCSL晶界比例，从而大幅提高材料与晶界相关的多种性能。Michiuchi等人利用第一种工艺对316不锈钢施以3%的预应变，然后在967℃保温72h进行退火，使得低ΣCSL晶界比例提高到80%。Palumbo等人运用第二种工艺使Inconel600合金的低ΣCSL晶界比例提高到60～70％，腐蚀速率降低30～60％。这两种工艺方法的优点是不用改变材料成分，只需调整冷加工变形和热处理方式，就可大幅提高材料的低ΣCSL晶界比例，改善材料与晶界相关的多种性能。但是第一种工艺需要长时间退火，第二种工艺需要反复冷加工及退火，这两种工艺都不利于工业生产中的成本控制。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种提高316Lmod不锈钢耐晶间腐蚀性能的晶界工程工艺方法，能显著提高316Lmod不锈钢的低ΣCSL晶界比例，本发明工艺方法不仅不需改变材料的成分，而且与现有的同类工艺相比，既不需长时间退火，也不需要反复加工及退火，工艺更加简单，操作容易，在其它一些低层错能的面心立方金属材料中也可以参照使用，有利于工业生产中的成本控制，容易推广，具有十分明显的经济效益。

为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：

一种提高316Lmod不锈钢耐腐蚀性能的晶界工程工艺方法，包括如下步骤：

a.将316Lmod不锈钢在1050～1150℃下保温5～60min，然后水冷；

b.在室温下对在所述步骤a中经过热处理后的316Lmod不锈钢再进行加工变形，控制变形量为3～15%；

c.然后对在所述步骤b中经过变形加工的316Lmod不锈钢再进行退火，退火时在1020～1150℃下保温3～120min，然后水冷，得到具有高耐腐蚀性能的316Lmod不锈钢。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明工艺方法是应用于316Lmod不锈钢生产加工过程中的最后一道工序，通过本工艺可以实现在不改变合金成分的前提下提高材料的耐晶间腐蚀性能，对其它与晶界相关的性能，如抗蠕变、抗疲劳性能也有改善；