CN104278138A - 提高304不锈钢耐腐蚀性能的晶界工程工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高304不锈钢耐腐蚀性能的晶界工程工艺方法，它是将304不锈钢在1050～1150℃保温10～60min，然后水冷；进行3～15%的加工变形；进行退火，在1050～1150℃保温10～120min，然后水冷，可得较高耐腐蚀性能的304不锈钢。本工艺不仅不需改变材料的成分，而且与现有的同类工艺相比，既不需长时间的退火，也不需要反复加工及退火，所以工艺更加简单，容易操作，具有十分明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高304不锈钢耐腐蚀性能的晶界工程工艺方法，属金属材料的形变及热处理工艺技术领域。
背景技术
304不锈钢由于其具有良好的综合性能，在石油、化工、核电等工业中得到了广泛应用。但晶间腐蚀（IGC）和晶间应力腐蚀开裂（IGSCC）一直是304不锈钢在这些环境下服役过程中的重要失效形式，而晶界敏化是导致这些问题的主要原因之一。304不锈钢在500～800℃之间加热时会在晶界上析出富Cr的碳物，从而在晶界附近产生贫铬区，增加了304不锈钢腐蚀敏感性。近年来，如何从改变材料自身的显微组织来提高其抗腐蚀性能越来越受到人们的关注。
Watanabe于1984年提出晶界设计及控制的概念（grain boundary design），指出采用适当工艺可以增加多晶体中重合位置点阵（Coincidence Site Lattice CSL）晶界的比例，提高材料的强韧性能。通过大幅度增加“特殊结构晶界”比例，优化晶界特征分布（grain boundary character distribution GBCD），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、抗应力腐蚀开裂性能力等。这种观点于上世纪90年代发展成晶界工程(grain boundary engineering GBE) 研究领域。目前晶界工程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中低ΣCSL晶界的比例，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下长时间（10～100h）退火；（2）通过15％～40％的变形后，在高于再结晶温度短时间（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，从而大幅提高与晶界相关的多种性能。Michiuchi等利用第一种工艺对316不锈钢施以3%的预应变，然后在967℃退火72h，使得低ΣCSL晶界比例提高到80%以上。Palumbo等运用第二种工艺处理Inconel600合金的低ΣCSL晶界比例提高到60～70％后，腐蚀速率可降低30～60％。这些工艺方法的优点是不用改变材料成分，只需调整冷轧和热处理制度，就可大幅提高材料中的低ΣCSL晶界比例，改善与晶界相关的多种性能。但是第一种工艺需要长时间的退火，而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。所以本发明提出另一种工艺方法来提高304不锈钢的低ΣCSL晶界比例，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。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高304不锈钢耐腐蚀性能的晶界工程工艺方法。
本发明的目的是通过以下技术手段来实现的。
一种提高304不锈钢耐腐蚀性能的晶界工程工艺方法，其特征是该方法具有以下工艺步骤：
a． 将304不锈钢在1050～1150℃保温10～60min，然后水冷；
b．进行加工变形，变形量为3～15%；
c． 进行退火，在1050～1150℃保温10～120min，然后水冷，可得较高耐腐蚀性能的304不锈钢。
本发明主要针对304不锈钢，确定形变及退火工艺，获得低ΣCSL（重位点阵）晶界比例高于70％（Palumbo－Aust标准）的材料，经传统工艺加工的材料中低ΣCSL晶界比例为45.1％。低ΣCSL晶界比例高的材料与低ΣCSL晶界比例低的材料相比可明显提高材料耐晶间腐蚀性能。
本发明的工艺方法是应用于304板材成型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。对其它与晶粒晶界相关的性能，如抗应力腐蚀、蠕变、疲劳性能也有改善。材料在处理之前，必须先进行高温热处理，保证材料中不能有形变储能。然后材料在没有形变储能的状态下，进行3～15%的加工变形，变形量要精确控制在这样的范围内。形变后进行退火，在1050～1150℃保温。这种小形变量后的退火可明显提高材料中的Σ3n晶界（n=1,2,3）比例，从而提高总体低ΣCSL晶界的比例。
本发明的特点是：本工艺方法既不需要长时间的退火，也不需要反复冷变形及退火（不同于已经公开的两种技术之处）。主要特点是对304不锈钢在没有形变储能的状态下，进行小变形量加工，然后进行高温短时间退火，所以工艺更加简单，容易操作。具有十分明显的经济效益。
附图说明
图1为在1100℃保温20min，然后水冷；经过拉伸5%后，进行退火，在1100℃保温30min，然后水冷得到样品A和没有经过本发明工艺处理样品B的低ΣCSL晶界比例图，A中所含低ΣCSL晶界比例为75.7%，B中所含低ΣCSL晶界比例为45.1%。
图2为含有不同比例低ΣCSL晶界的样品A（75.7%低ΣCSL晶界），B（45.1%低ΣCSL晶界）分别在650℃下敏化5小时后进行6小时腐蚀失重实验，得到单位面积腐蚀失重与腐蚀时间的关系。
图3为敏化样品A（图a）,B(图b)经过6小时腐蚀后的表面形貌。
具体实施方式
现将本发明的实施例具体叙述于后。
实施例一
将304不锈钢（成分的质量百分比为：71.1 Fe,18.31 Cr,8.75 Ni,1.18 Mn,0.58 Si,0.08 C）板材在1100℃保温20min，然后水冷；经过拉伸5%后，进行退火，在1100℃保温30min，然后水冷(A样品)。经EBSD（电子背散射衍射）方法测定，A样品中的低ΣCSL晶界比例为75.7％。采用传统工艺处理后的样品经EBSD方法测定，低ΣCSL晶界比例为45.1％（B样品）。低ΣCSL晶界都按Palumbo－Aust标准统计。将这A样品和B样品在650℃保温5h然后空冷，作为用于晶间腐蚀试验的敏化处理。用机械抛光的方法将样品表面清洁干净后，测量表面面积，并对样品称重。然后浸泡在溶液中腐蚀，溶液的成分为：10%HNO3+3%HF+87%H2O，实验在室温进行。每半小时将样品取出用水清洗3遍，然后浸泡在酒精中10分钟，取出后用电吹风烘干。然后称重，获得腐蚀失重。这样的浸泡腐蚀实验共进行了6小时。腐蚀后的样品表面用扫描电镜观察。
Claims (1)
1.提高304不锈钢耐腐蚀性能的晶界工程工艺方法，其特征是该方法具有以下工艺步骤：
A. 将304不锈钢在1050～1150℃保温10～60min，然后水冷；
B. 进行加工变形，变形量为3～15%；
C. 进行退火，在1050～1150℃保温10～120min，然后水冷，得到较高耐腐蚀性能的304不锈钢。
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