[发明专利]提高321不锈钢抗晶间腐蚀性能的晶界工程工艺方法

说明书

本发明公开了一种提高321不锈钢抗晶间腐蚀性能的晶界工程工艺方法，通过这种GBE工艺获得高比例的低ΣCSL晶界可提高材料耐晶间腐蚀性能。该方法包括控制原始组织，获得晶粒尺寸均匀、无明显织构的奥氏体组织；控制小变形冷加工应变速率及高温热处理加热速率及温度，最终获得低ΣCSL晶界比例大于70％的321不锈钢，实现GBE处理，使抗晶间腐蚀性能大幅提高。

技术领域

本发明涉及一种提高321不锈钢抗腐蚀性能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

奥氏体不锈钢具有良好的易成型性能、焊接性能、力学性能和耐腐蚀性能，在众多领域得到了广泛的应用。但在约550℃～900℃的敏化温度范围内，在特定的腐蚀环境中易发生晶间腐蚀，为此采用加入强碳化物形成元素(钛铌等)的措施以防止在晶界形成富铬的碳化物析出。321不锈钢(321Stainless Steel,321SS)是在304不锈钢的基础上加入强碳化物形成元素钛，形成TiC，降低基体游离碳原子含量，减少富铬的碳化物晶间析出，降低晶间敏化倾向，增强不锈钢抗晶间腐蚀的能力。同时TiC在基体中弥散分布，增加钢的强度。因此，321SS广泛应用于石油化工、核反应堆、飞机发动机排气系统等高温领域。但在实际应用中，很多321不锈钢材料在长期服役后不可避免的发生敏化-晶间腐蚀现象，因此进一步提高321不锈钢的耐腐蚀性能，是目前需要解决的问题。

基于退火孪晶的晶界工程(GrainBoundary Engineering,GBE)通过形成退火孪晶和多重孪晶，有效改善低层错能面心立方金属材料的抗晶间腐蚀、应力腐蚀开裂和蠕变性能。目前国内外学者在这一领域进行了大量的研究，已经得出了一些提高低Σ重合位置点阵(Coincidence Site Lattice,CSL)晶界比例的加工工艺。其中Σ值代表CSL位置的重合度，低Σ值CSL晶界是指Σ≤29，Σ越小，点阵重合的原子位置越多。目前国内关于提高奥氏体不锈钢的晶界工程工艺方法主要集中在304不锈钢和316系列不锈钢。

321不锈钢与304不锈钢及316不锈钢显微组织明显不同。首先321不锈钢熔炼后凝固时不可避免地产生TiC夹杂物和δ-铁素体，这两者硬度值远高于材料的奥氏体基体。在后续加工过程中，由于基体软，TiC夹杂物和δ-铁素体硬，在TiC夹杂物和δ-铁素体周围奥氏体基体畸变能大，再结晶时形核密度高，最终GBE工艺处理后δ-铁素体周围晶粒尺寸小随机晶界多，低ΣCSL晶界少。另一方面，321不锈钢变形时很容易相变，产生形变马氏体，对GBE处理时特殊晶界的产生及演化造成影响，从而达不到GBE处理效果。因此需要克服加工变形及热处理时δ-铁素体及可能产生的形变马氏体对GBE处理时组织演变的影响。

对于国外已存在的321奥氏体不锈钢提高低ΣCSL晶界比例的文献，需要长时间退火，长时间退火能耗高，投入成本大。因此需要一种能耗低、经济环保、适用性广并且有效提高321奥氏体不锈钢低ΣCSL晶界比例的工艺。

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321不锈钢抗晶间腐蚀性能的晶界工程工艺方法，能解决目前321不锈钢在提高低ΣCSL晶界比例上所面临的技术难题，在不显著增加生产工序及成本的前提下，显著提高321不锈钢抗晶间腐蚀性能，具有十分明显的经济效益。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高321不锈钢抗晶间腐蚀性能的晶界工程工艺方法，包括控制原始组织、小变形量冷加工、高温退火三个步骤，具体步骤如下：

第一步，控制原始组织：

进行冷轧加工及中间退火处理过程，控制工艺条件为：按照材料横截面面积变化进行计算，冷轧材料截面变形量为29.2～49.5％，中间退火温度为1050～1150℃；按照以上控制工艺条件，重复至少一次冷轧加工及中间退火处理过程，获得晶粒尺寸均匀，无明显织构的奥氏体组织；

第二步，小变形量冷加工：