[发明专利]一种抗氢脆不锈钢板材及其制备方法

说明书

本发明提供一种抗氢脆不锈钢板材及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：S1：将不锈钢板材与超声波滚压加工头分别安装固定在数控机床上，设置弹簧下压力为350N‑500N，走刀速度为1500‑2500mm/min，走刀路线为“之”字型；S2：启动超声波发生器，设置超声频率为15‑18kHz，振幅为10‑16μm；S3：对板材表面进行滚压加工；S4：对另一面进行同样的操作；S5：重复步骤S3、S4，多次反复超声滚压加工，即得。根据本发明所制备的不锈钢材料在室温下具有良好的塑性和韧性，利用室温下的表面剧烈塑性变形加工，形成由表面到内部基体晶粒度逐渐增大的纳米梯度组织，从而提高合金的抗氢脆性能。

技术领域

本发明涉及金属材料加工领域，更具体地涉及一种抗氢脆不锈钢板材及其制备方法。

背景技术

在民生、工业和高新科技发展中，钢铁材料始终占据重要地位，同时也是国民经济发展的重要支柱产业。所涉及产业有基础设施建设、石油开采和运输、汽车轮船制造、海洋平台及船舶、航空航天等。随着科技的发展和社会的进步，高强度钢的设计与研发也成为当下钢铁行业的重点研发方向之一。然而，在金属材料制备及服役过程中会有氢的引入，导致材料的氢致断裂，造成了各行各业中的重大安全隐患和经济损失。并且随着钢的强度增加，氢脆敏感性也会显著增加。虽然有关金属材料氢脆的研究己经有一个世纪之久，但是氢脆发生的机理和有效的抗氢脆设计仍然没有得到解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗氢脆不锈钢板材及其制备方法，从而解决现有技术中缺乏有效的提高不锈钢抗氢脆性能的方法的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种抗氢脆不锈钢板材的制备方法，包括以下步骤：S1：将不锈钢板材与超声波滚压加工头分别安装固定在数控机床上，设置弹簧下压力为350N-500N，走刀速度为1500-2500mm/min，走刀路线为“之”字型；S2：设置并启动超声波发生器，设置超声频率为15-18kHz，振幅为10-16μm；S3：开启机床，对待加工不锈钢板材表面进行覆盖滚压加工，加工过程中使用油对所加工表面进行不间断冷却与润滑；S4：卸下不锈钢板材并翻转，对另一面进行同样的操作；S5：重复步骤S3、S4，使得板材表面经受多次反复超声滚压加工，即可获得一种抗氢脆不锈钢板材。

优选的，步骤S2中，所述加工头下压力设置为420N。根据304不锈钢材料的抗氢脆性提升实验验证，在该加工头下压力下，可以使材料表面产生较大的塑性变形而不影响材料表面损伤。

应当理解的是，超声滚压振幅是影响微观结构变形主要因素。当振幅较小时，材料表层变形不明显。只有当振幅超过一定值时，微观结构才开始发生变形。且振幅越大变形层厚度越大。但振幅过大会使材料便面粗糙度变大，影响材料表面质量。进一步优选的，步骤S3中，设置超声频率为18kHz，振幅为16μm。

优选的，步骤S5中，所述超声滚压的加工遍数为15-25次。表面细晶层的厚度随处理遍数的增加而增加，当表面形成细晶层后，滚压产生的能量向材料内部传递，使内部晶粒发生变形，形成纳米梯度结构，滚压遍数影响梯度层厚度，但过多的滚压遍数会使材料损失更多塑性。

进一步优选的，步骤S5中，所述超声滚压的加工遍数为25次。

应当理解的是，步骤S3中，可使用柴油或冷却油对所加工表面进行不间断冷却与润滑。

优选的，所述方法还包括：将步骤S5所得不锈钢板材通过线切割加工成测试试样，然后将所述测试试样的两端夹持在配备原位电化学充氢装置的万能试验机上进行慢应变速率拉伸试验，以实现对材料抗氢脆性能的测量。

根据本发明的第二方面，提供一种根据上述制备方法得到的抗氢脆不锈钢板材。

根据本发明提供的一种抗氢脆不锈钢板材及其制备方法，其相对现有技术具有以下优越性：