CN108193024A - 一种提高316ln奥氏体不锈钢特殊晶界比例的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高316LN奥氏体不锈钢特殊晶界比例的方法，按如下步骤：（1）将材料置于1100‑1200 ℃的电阻炉中，保温0.5‑1小时；保温结束后将材料取出并水淬，得到组织粗大且均匀的奥氏体晶粒；（2）将固溶处理后的材料以0.01‑1 s‑1的变形速率进行室温镦粗变形，其变形量为0.02‑0.04；（3）将变形材料放置在温度区间1050‑1120 ℃的电阻炉中，保温时间为2‑2.5小时，保温过程维持恒定温度。到达设定时间后取出材料并水淬。本发明控制简单，适用范围广并且效果显著，形变热处理后的特殊晶界比例大于80%。此外，特殊晶界比例提高的同时晶粒组织明显细化，从而显著改善了材料的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及奥氏体不锈钢形变热处理领域，特别是提供了一种提高316LN奥氏体不锈钢特殊晶界比例的形变热处理工艺。
背景技术
能源是人类生存与经济发展的物质基础，由于核燃料资源丰富，运输和存储方便，且核电厂具有污染小、发电成本低等优点，核能被公认为是唯一现实的可大规模替代常规能源、既清洁又经 济的现代能源。第三代AP1000反应堆是目前世界上最先进的在建核电站，主冷却剂管道是核岛内七大关键设备之一，被称为核电站“主动脉”。
AP1000主管道材料采用316LN奥氏体不锈钢制备，该材料具有优良的耐腐蚀、韧性、高温力学性能和焊接性能。根据美国材料与试验协会ASTM的标准，316LN奥氏体不锈钢的化学成分如表1所示。
表1 316LN奥氏体不锈钢化学成分（wt. %）
虽然316LN不锈钢具有许多优异的综合性能，但是在加工和使用过程中，由于热处理不当、辐照损伤及服役环境的苛刻，仍然有可能产生局部腐蚀。根据瑞典核电监察机构数据库STRYK收录的失效事件显示，与晶界相关的腐蚀失效类型是奥氏体不锈钢材料主要的失效形式，其中晶间型应力腐蚀（IGSCC）失效事件数量排在所有失效事件的首位。目前主要的观点认为奥氏体不锈钢晶界失效类型的腐蚀是由于一定受热条件下晶界析出Cr23C6碳化物，进而引起相周边区域贫铬所致，即众所周知的敏化态奥氏体不锈钢的贫铬理论。提高特殊晶界比例以改善材料抗腐蚀性能不仅从根源上解决材料的腐蚀问题，并且成本相对较低、工艺容易实现，因此比常用于改善奥氏体不锈钢抗腐蚀性能的方法更具有优势。
形变热处理工艺（Thermo-Mechanical Processing，TMP）由适当的冷变形和退火处理组成，是一种有效提高特殊晶界比例的方法，对于提高像奥氏体不锈钢这种低层错能材料的抗晶间腐蚀性能有着极大的优势。然而，目前关于316LN奥氏体不锈钢提高特殊晶界比例的专利和文献较少；提高其他奥氏体不锈钢特殊晶界比例的领域，大部分专利采用的方法是材料冷轧后进行若干时间的保温，由于形变方法基本限制为轧制，材料外形局限于板材，难以适用在更大范围的工程应用领域。因此，研究一种适用性广并且有效提高316LN奥氏体不锈钢特殊晶界比例的工艺，是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高316LN奥氏体不锈钢特殊晶界比例的形变热处理方法，采用本发明可使该奥氏体钢原本较少的特殊晶界比例迅速增加，其特殊晶界比例超过80%，大角度随机晶界明显减少，且工艺控制简单、工序步骤短，进而显著提高316LN钢抗晶间腐蚀的效率。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明所述的一种提高316LN奥氏体不锈钢特殊晶界比例的方法，按如下步骤。
（1）固溶处理：将材料置于1100-1200 ℃的电阻炉中，保温0.5-1小时；保温结束后将材料取出并水淬，得到组织粗大且均匀的奥氏体晶粒；观察确定小角度晶界、重合位置点阵晶界和大角度随机晶界分布均匀。上述保温时间根据材料厚度确定，每毫米对应0.5-2分钟保温时间。
（2）将固溶处理后的材料以0.01-1 s-1的变形速率进行室温镦粗变形，其变形量为0.02-0.04。
（3）将变形材料放置在温度区间1050-1120 ℃的电阻炉中，保温时间为2-2.5小时，保温过程维持恒定温度。到达设定时间后取出材料并水淬，从而获得较高特殊晶界比例的316LN奥氏体不锈钢材料。
本发明与现有技术相比具有如下优点和效果。
（1）采用单向压缩变形的方法，适用于块材、板材和带材。
（2）退火处理时间短，节省时间，减少耗能。
（3）通过控制形变热处理的工艺参数，可以在提高材料特殊晶界比例的同时细化晶粒组织，从而有效提高材料的力学性能。
附图说明
图1是实施例1未处理时的晶界结构图。其中，（a）为OIM图，（b）为大角度随机晶界图。
图2是实施例1处理后的晶界结构图。其中，（a）为OIM图，（b）为大角度随机晶界图。
图3是实施例2未处理时的晶界结构图。其中，（a）为 OIM图，（b）为大角度随机晶界图。
图4是实施例2处理后的晶界结构图。其中，（） OIM图，（b）为大角度随机晶界图。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
实施例1。
本实施例所用的材料为316LN奥氏体不锈钢，实施例1的初始晶界组织如图1所示，其晶粒组织粗大、晶界数量较少，黑色的大角度随机晶界占大部分，彩色的特殊晶界数量较少，其中红色的孪晶大多为平直的共格态。经过测量，该试样特殊晶界比例约为67%；按照本发明所述的形变热处理工艺处理后的晶界组织如图2所示，其晶粒细小均匀，彩色的特殊晶界明显增多，比例增加到81%。
本实施例的具体过程是。
将316LN不锈钢放入1100℃的电阻炉中，保温1小时后将材料水淬，得到组织粗大、各类晶界分布均匀的材料，其晶界组织如图1所示。然后将材料切成圆柱体试样，以0.2 s-1的变形速率进行镦粗变形，变形量达到0.03后停止，将试样取出并放入1100 ℃的电阻炉中保温2小时，到达设定时间后取出材料水淬，其晶界组织如图2所示。
实施例2。
本实施例的初始晶界组织如图3所示，其晶粒组织粗大，大部分晶界是黑色的大角度随机晶界，少部分为彩色的特殊晶界，特殊晶界比例约66%；按照本发明所述的形变热处理工艺处理后的晶界组织如图4所示，其晶粒细小均匀，彩色的特殊晶界明显增多，比例增加到84%。
本实施例的具体过程是。
将316LN不锈钢放入1100℃的电阻炉中，保温0.5h后将材料水淬，将试样以1 s-1的变形速率进行室温镦粗变形，变形量达到0.03后停止，将试样取出并放入1120 ℃的电阻炉中保温2h，之后将材料取出并水淬。
Claims (2)
1.一种提高316LN奥氏体不锈钢特殊晶界比例的方法，其特征是按如下步骤：
（1）将材料置于1100-1200 ℃的电阻炉中，保温0.5-1小时；保温结束后将材料取出并水淬，得到组织粗大且均匀的奥氏体晶粒；
（2）将固溶处理后的材料以0.01-1 s-1的变形速率进行室温镦粗变形，其变形量为0.02-0.04；
（3）将变形材料放置在温度区间1050-1120 ℃的电阻炉中，保温时间为2-2.5小时，保温过程维持恒定温度；到达设定时间后取出材料并水淬，从而获得较高特殊晶界比例的316LN奥氏体不锈钢材料。
2.根据权利要求书1所述的一种提高316LN奥氏体不锈钢特殊晶界比例的方法，其特征是步骤（1）所述的保温时间为根据材料厚度确定，每毫米对应0.5-2分钟保温时间。
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