[发明专利]低晶间腐蚀倾向的Fe‑Ni‑Cr基奥氏体合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料形变及热处理工艺技术，特别是一种低晶间腐蚀倾向的Fe-Ni-Cr基奥氏体合金制备方法。

背景技术

多晶材料的性能很大程度取决于材料的微观结构和界面特性，尤其晶界的影响最为突出。晶粒内部原子周期性排列，而晶界处是原子理想排列的终止面，晶界是一种界面缺陷且能量不稳定，材料的众多破坏都源于晶界失效，尤其是腐蚀破坏。不同类型的晶界具有结构和性能的差异性，对材料的性能也会产生不同的影响。低能CSL晶界(特别是Σ3)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。低能CSL晶界在多晶体材料中普遍存在，它的出现频率与材料的制备过程密切相关。而自由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裂纹扩展的通道，从而导致晶间腐蚀裂纹和晶间应力腐蚀裂纹的出现。基于对晶界性能的了解，日本东北大学材料系Watanabe教授在1984年提出了“晶界设计和控制”的概念。通过对晶界类型的设计和分布的控制来对材料的性能，例如强度、韧性及耐腐蚀性能，进行优化和提高。随后加拿大材料科学家将此概念演绎为“晶界工程(Grain Boundary Engineering)”，其主要思想是：通过形变和热处理的结合，调控中低层错能面心立方金属晶界特征分布，实现低ΣCSL晶界比例的提高和打断一般普通晶界连通性的网络，进而改善材料的性能。上面理论主要依据于中低层错能面心立方金属在变形后退火处理过程中，容易发生回复和再结晶形成Σ3晶界，其中非共格Σ3晶界的迁移及其一级、二级变体相互间的反应生成Σ9和Σ27等其它低ΣCSL晶界，恰当的选择变形和退火参数最大限度的激发非共格Σ3晶界的形成和迁移反应，最终实现晶界特征分布的优化。基于退火孪晶的晶界工程应用最为广泛，尤其适用于奥氏体不锈钢、镍基合金、铜合金和铅合金等。在过去二十年，晶界工程在材料的开发和组织性能控制中得到了广泛的应用。

Fe-Ni-Cr基奥氏体合金由于其优异的高温强度、耐高温氧化及腐蚀抗力，广泛地应用于石化工业领域。该合金是以铬为主要耐蚀合金元素的合金，也具有含铬不锈钢一样的晶间腐蚀敏感性，在一些介质中可能发生晶间腐蚀破坏。该合金暴露在高温环境下，晶界上容易析出碳化物(主要是Cr₂₃C₆)，造成晶界附近Cr含量降低，其晶间腐蚀敏感性增加，若同时处于腐蚀性气氛，极有可能发生晶间腐蚀或晶间应力腐蚀开裂。近年来，304、316L奥氏体不锈钢和690合金的晶间腐蚀性能的研究大量报道，关于Fe-Ni-Cr基奥氏体合金的晶间腐蚀性能研究还很少。在服役过程中，由于腐蚀性气氛及承载力共同作用，合金会出现晶间腐蚀或者晶间应力腐蚀等破坏，晶间腐蚀导致材料的强度及塑性严重降低，在较低应力作用下，就会出现裂纹萌生，晶粒容易脱落，严重时会导致设备失效，危害极大。因此进一步提高Fe-Ni-Cr基奥氏体合金的耐晶间腐蚀性能，延长设备的使用寿命具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低晶间腐蚀倾向的Fe-Ni-Cr基奥氏体合金的制备方法。

实现本目的的技术解决方案为：一种低晶间腐蚀倾向的Fe-Ni-Cr基奥氏体合金的制备方法，包括以下步骤：

第一步，首先对Fe-Ni-Cr基奥氏体合金进行均匀化处理，均匀化热处理条件是1100-1200℃下保温2-3h后水淬；

第二步，对均匀化热处理后的Fe-Ni-Cr基奥氏体合金进行冷轧变形，再高温退火处理，保温后水淬；

第三步：最后将变形热处理过的合金重复第二步工艺，反复处理。

优选地，第二步中，对Fe-Ni-Cr基奥氏体合金进行冷轧变形，变形量为5-20％；高温退火处理温度为1030-1100℃，保温时间为10-60min。

优选地，第三步中，形变热处理的反复处理次数为2-5次。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)制备出低晶间腐蚀倾向的Fe-Ni-Cr基奥氏体合金，且多次重复小变形加工实现了大变形加工过程，即实现了变形的均匀化。(2)将经过本发明处理的材料制成标准金相试样，打磨、机械抛光、电解抛光后利用背散射衍射技术测试材料的晶界特征分布，结果表明组织中特殊晶界的比率可以达到72％以上；在相同的敏化条件下，材料的耐腐蚀性能与原材料相比提高约1倍。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明Fe-Ni-Cr基奥氏体合金晶界特征分布示意图，其中，(a)、(b)处理前；(c)、(d)处理后。