[发明专利]一种提升超级奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀性能的方法

说明书

本发明属于超级奥氏体不锈钢制备与应用技术领域，提供一种B微合金化结合低温时效及晶界工程协同作用，实现超级奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀性能提升的方法。本发明通过添加B元素结合低温时效及晶界工程处理，可有效提高Σ3ⁿ晶界占比，促使B元素在晶界富集，抑制Cr、Mo元素晶界偏聚，抑制晶界贫Cr区的形成、扩展，降低超级奥氏体不锈钢的晶间腐蚀，延长其服役寿命。小变形量冷轧变形和短时退火工艺可有效节省材料的生产成本，具有显著的经济效益。

技术领域

本发明属于超级奥氏体不锈钢制备与应用（形变及热处理工艺）技术领域，具体涉及一种提升超级奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀性能的方法。

背景技术

超级奥氏体不锈钢含有大量Cr、Ni、Mo以及适量N和Cu等合金元素，Cr、Mo与N元素的结合使材料抵抗点蚀和晶间腐蚀的能力卓越，其耐蚀性能可与镍基合金相媲美，而价格相对便宜。因此，在节能环保、海洋工程、石油化工等极端苛刻的服役环境中，超级奥氏体不锈钢逐渐成为了镍基合金理想替代材料，具有广阔的潜在应用价值，成为了高端装备制造业急需的关键材料。

超级奥氏体不锈钢中高的Cr、Mo含量，使其易沿晶界析出大量Sigma相等金属间化合物。相比于常规奥氏体不锈钢，超级奥氏体不锈钢中金属间化合物析出的速度加快，析出的温度区间范围变宽、析出的上限温度上升。在后续加工和使用过程中，经过热影响之后，析出大量的金属间化合物的可能性增高。而这些析出相具有很高Cr、Mo含量，这使得晶界产生贫Cr、Mo的现象，严重降低了材料抗晶间腐烛的能力，长时使用失效风险骤增。

通过“晶界工程(GrainBoundary Engineering，GBE)”可有效提高材料耐晶间腐蚀的能力。晶界工程是通过某种特定的工艺来增加材料中特殊晶界（低Σ-重合位点阵晶界）的比例，并使特殊晶界能有效地打断一般大角度晶界网络的连通性。特殊晶界(尤其是Σ3晶界)相比于随机大角晶界具有能量低、稳定性高的特点，能使材料的耐晶间腐蚀性能得到显著提高。大量研究表明，对于304、304L、316、316L等奥氏体不锈钢，形变退火是最主要的晶界工程工艺方法，其路线主要有两种：一种是小变形量形变(≦10%，冷轧/冷拔/拉伸)和低温（≦0.6Tm）长时退火；另一种是中大变形量变形(10%-40%，冷轧变形)和高温（≧0.8Tm）短时退火，有时需进行多次重复。第一种路线因退火时间过长而浪费大量的人力、时间和空间，不适合进行工业生产。第二种路线中，常规奥氏体不锈钢适用的退火温度处于超级奥氏体不锈钢析出相析出的敏感温度区间。因此，现有的、应用于常规奥氏体不锈钢的晶界工程条件对于超级奥氏体不锈钢不适用。

另外，将微量硼添加于不锈钢、超级不锈钢和镍基合金等，由于B元素可降低界面能，会在晶界发生特殊偏聚行为，将引起晶界处合金元素（尤其是Mo）含量、分布等的变化。利用该机制可强化晶界、改善热塑性和耐晶间腐蚀性能等。但B过量时易在晶界等位置析出M2B及MB型硼化物，导致钢的力学性能、耐蚀性能及延展性能下降。如何调控B元素添加量并结合恰当的热处理工艺，避免析出硼化物的同时，实现对合金元素偏析的有效抑制，是提高超级奥氏体不锈钢的耐晶间腐蚀性能亟待解决的技术难题。

因此，针对现有超级奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题，急需开发出可提高特殊晶界比例，并能截断大角度晶界网络连通性的形变退火工艺条件，并探究超级奥氏体不锈钢中微量B元素晶界偏聚的热处理条件，进一步降低晶间腐蚀，从根本上解决或缓解现有超级奥氏体不锈钢的相关难题，从而促进该类材料的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提升超级奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀性能的方法，改善现有超级奥氏体不锈钢服役中的相关问题，以满足石化等领域高端装备苛刻服役条件下关键材料的使用要求。

本发明采用如下技术方案：