CN109022728B - 一种亚稳态奥氏体不锈钢的高温淬火-深过冷-低温配分热处理方法及不锈钢 - Google Patents
一种亚稳态奥氏体不锈钢的高温淬火-深过冷-低温配分热处理方法及不锈钢 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及金属材料热处理领域，具体是一种亚稳态奥氏体不锈钢的高温淬火‑深过冷‑低温配分热处理方法及不锈钢。其特征是将亚稳态奥氏体不锈钢热轧板完全奥氏体化，后快速冷却至室温；再进行深过冷处理，使其在超低温下产生大量马氏体，后升温至室温；最后将其加热至350℃～500℃，保温1—30min，使C，N元素从过饱和马氏体中配分至奥氏体，使奥氏体含量增加，且增大了奥氏体的稳定性。通过本发明的热处理工艺，控制不同的相变，最终得到室温为马氏体，奥氏体及微量碳氮化物的复相组织，其中奥氏体提高材料的强韧性，马氏体提高强度。与现有亚稳态奥氏体不锈钢的处理工艺相比，本发明工艺简单，成本较低，且处理后的亚稳态奥氏体不锈钢具有超高强韧性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料热处理领域，具体是一种亚稳态奥氏体不锈钢的高温淬火-深过冷-低温配分热处理方法及不锈钢。
背景技术
亚稳态奥氏体不锈钢是指经固溶处理后室温下为单相奥氏体组织，而经冷变形或冷却产生马氏体的不锈钢。目前，以AISI301，AISI304和AISI201为代表的亚稳态奥氏体不锈钢已经广泛应用于交通，建筑，电子配件等领域。亚稳态奥氏体不锈钢中产生的板条状马氏体组织中含有高密度的位错和缺陷，故大幅度的提高了材料的强度。目前，普遍采用冷变形处理方法使其发生应变诱导马氏体相变，进而产生大量的马氏体以提高材料的强度，但该方法成本较高，工艺复杂，且加工后奥氏体含量显著降低(质量分数仅为2—15％)，使得其塑韧性显著降低，降低了材料的成型性能，一定程度上限制了这类钢种应用与发展。因此，如何降低加工成本，简化加工工艺，并在保证其高强度的同时，进一步提高塑韧性，以期获得优良的室温综合力学性能就具有重要意义。
发明内容
为解决现有亚稳态奥氏体不锈钢通过冷变形处理后虽然具有高强度，但其塑韧性差的问题，本发明提供了一种保证高强度前提下显著提高亚稳态奥氏体不锈钢塑韧性的热处理工艺及通过该工艺加工而成的不锈钢。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种亚稳态奥氏体不锈钢的高温淬火-深过冷-低温配分热处理方法，包括如下步骤：
(1)将亚稳态奥氏体不锈钢奥氏体化，然后快速冷却至室温，快速冷却的冷却速率为180℃/s～230℃/s；
(2)再对步骤(1)处理完的亚稳态奥氏体不锈钢进行深过冷处理，然后升温至室温，其中，深过冷温度为-130℃～-196℃，深过冷保温时间为10min～30min；
(3)再对步骤(2)处理完的亚稳态奥氏体不锈钢进行低温配分，低温配分时，配分的温度范围为350℃～500℃，配分的保温时间为1min～30min；然后快速冷却至室温，快速冷却的冷却速率为180℃/s～230℃/s。
优选的，步骤(1)中，亚稳态奥氏体不锈钢奥氏体化的温度为1050℃～1150℃，保温时间为10～60min。
优选的，所述亚稳态奥氏体不锈钢为热轧板材。
优选的，以质量百分数计，亚稳态奥氏体不锈钢中，含有0.05％-0.20％的碳，0.05％-0.20％的氮。
一种不锈钢，所述不锈钢通过上述热处理方法制得。
优选的，所述不锈钢的强塑积为49069Mpa％～53846Mpa％。
优选的，所述不锈钢的延伸率为39.7％～44.1％。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的亚稳态奥氏体不锈钢的高温淬火-深过冷-低温配分热处理方法通过对亚稳态奥氏体不锈钢进行高温淬火-深过冷-低温配分热处理，能够获得奥氏体与板条马氏体的两相组织，与亚稳态奥氏体不锈钢传统的冷变形工艺相比，该热处理工艺可提高奥氏体的含量，显著提高材料的塑韧性，进而大幅提高材料的强塑积。以往冷变形处理或冷变形后退火处理的亚稳态奥氏体不锈钢的强塑积在20000Mpa％～33000Mpa％，而本发明处理后的亚稳态奥氏体不锈钢的强塑积可达到49069Mpa％～53846Mpa％，其中延伸率可达到39.7％～44.1％，该数据采用国家标准中的标准拉伸试样测得。经本发明处理后，该材料具有更高强塑积和优异的强韧性，且成型性能也大幅提高。同时，本发明与常规冷变形加工方法相比，进一步简化了加工工艺，降低了生产成本，因而极具发展前景。
附图说明
图1为本发明的亚稳态奥氏体不锈钢的高温淬火-深过冷-低温配分热处理工艺示意图。
图2为本发明实例2的亚稳态奥氏体不锈钢的金相组织图谱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明作进一步的说明。
参照图1，本发明的亚稳态奥氏体不锈钢的高温淬火-深过冷-低温配分热处理方法，包括如下步骤：
(1)将亚稳态奥氏体不锈钢奥氏体化，然后快速冷却至室温，其中，亚稳态奥氏体不锈钢奥氏体化的温度为1050℃～1150℃，该温度范围由实验钢化学成分决定，应随碳氮含量的升高而升高，以确保碳氮化物完全固溶于奥氏体基体中；保温时间为10～60min，该时间范围由实验钢板厚决定，以确保组织均匀；快速冷却的冷却速率为180℃/s～230℃/s；
(2)再对步骤(1)处理完的亚稳态奥氏体不锈钢进行深过冷处理，然后升温至室温，其中，深过冷温度为-130℃～-196℃，深过冷保温时间为10min～30min，该时间范围由实验钢板厚决定，以确保组织均匀；
(3)再对步骤(2)处理完的亚稳态奥氏体不锈钢进行低温配分，低温配分时，配分的温度范围为350℃～500℃，配分的保温时间为1min～30min；然后快速冷却至室温，即得本发明的不锈钢，其中，快速冷却的冷却速率为180℃/s～230℃/s。
本发明实施例的亚稳态奥氏体不锈钢的碳氮含量按质量百分比计，亚稳态奥氏体不锈钢含有0.13％的C，0.07％的N。本发明实施例选用的是经真空熔炼+电渣重熔后进行热轧制得到的厚度为4mm的热轧板材。从该钢板中切割出标距为28mm的标准拉伸试样及10mm×10mm的金相试样。
本发明实施例对试样的拉伸试验在8801电液伺服疲劳试验机上进行，横梁位移速率为1mm/min，每个实施例取3个平行试样，结果取平均值，以保证试验数据的可靠性。金相试验采用Lecia MEF-4M型金相显微镜进行观察。
实施例1：
将亚稳态奥氏体不锈钢试样在SSX2-8-16C箱式电阻炉加热至1050℃，保温30分钟令其完全奥氏体化后水淬至室温，冷却速率为200℃/s～220℃/s。后在液氮深冷箱中对试样进行深过冷处理，降温至-180℃，保温20分钟后置于空气中升温至室温。后在400℃下保温3分钟,对试样进行低温配分处理后，水淬至室温。
力学性能测试结果表明，亚稳态奥氏体不锈钢试样经高温淬火-深过冷-400℃保温3分钟处理后的抗拉强度为1229MPa，延伸率为41.6％，强塑积为51126.4MPa％，明显高于传统的冷轧及冷轧退火处理工艺的力学性能指标。
实施例2：
将亚稳态奥氏体不锈钢试样在SSX2-8-16C箱式电阻炉加热至1050℃，保温30分钟令其完全奥氏体化后水淬至室温，冷却速率为200℃/s～220℃/s。后在液氮深冷箱中对试样进行深过冷处理，降温至-180℃，保温20分钟后置于空气中升温至室温。后在400℃下保温10分钟,对试样进行低温配分处理后水淬至室温。
力学性能测试结果表明，亚稳态奥氏体不锈钢试样经高温淬火-深过冷-400℃保温10分钟处理后的抗拉强度为1217MPa，延伸率为41.6％，强塑积为50627.2MPa％，明显高于传统的冷轧及冷轧退火处理工艺的力学性能指标。
实施例3：
将亚稳态奥氏体不锈钢试样在SSX2-8-16C箱式电阻炉加热至1050℃，保温30分钟令其完全奥氏体化后水淬至室温，冷却速率为200℃/s～220℃/s。后在液氮深冷箱中对试样进行深过冷处理，降温至-180℃，保温20分钟后置于空气中升温至室温。后在400℃下保温30分钟,对试样进行低温配分处理后水淬至室温。
力学性能测试结果表明，亚稳态奥氏体不锈钢试样经高温淬火-深过冷-低温配分处理后的抗拉强度为1236MPa，延伸率为39.7％，强塑积为49069.2MPa％，明显高于传统的冷轧及冷轧退火处理工艺的力学性能指标。
图2为亚稳态奥氏体不锈钢试样在经高温淬火-深过冷-400℃保温30分钟处理后的金相显微组织图，由图2可知，该钢显微组织由细小的板条马氏体及奥氏体组成。
实施例4：
将亚稳态奥氏体不锈钢试样在SSX2-8-16C箱式电阻炉加热至1050℃，保温30分钟令其完全奥氏体化后水淬至室温，冷却速率为200℃/s～220℃/s。后在液氮深冷箱中对试样进行深过冷处理，降温至-180℃，保温20分钟后置于空气中升温至室温。后在450℃下保温3分钟,对试样进行低温配分处理后水淬至室温。
力学性能测试结果表明，亚稳态奥氏体不锈钢试样经高温淬火-深过冷-450℃保温3分钟处理后的抗拉强度为1215MPa，延伸率为40.7％，强塑积为49450.5MPa％，明显高于传统的冷轧后退火处理工艺的力学性能指标。
实施例5：
将亚稳态奥氏体不锈钢试样在SSX2-8-16C箱式电阻炉加热至1050℃，保温30分钟令其完全奥氏体化后水淬至室温，冷却速率为200℃/s～220℃/s。后在液氮深冷箱中对试样进行深过冷处理，降温至-180℃，保温20分钟后置于空气中升温至室温。后在450℃下保温10分钟,对试样进行低温配分处理后水淬至室温。
力学性能测试结果表明，亚稳态奥氏体不锈钢试样经高温淬火-深过冷-450℃保温10分钟处理后的抗拉强度为1213MPa，延伸率为43.6％，强塑积为52886.8MPa％，明显高于传统的冷轧后退火处理工艺的力学性能指标。
实施例6：
将亚稳态奥氏体不锈钢试样在SSX2-8-16C箱式电阻炉加热至1050℃，保温30分钟令其完全奥氏体化后水淬至室温，冷却速率为200℃/s～220℃/s。后在液氮深冷箱中对试样进行深过冷处理，降温至-180℃，保温20分钟后置于空气中升温至室温。后在450℃下保温30分钟,对试样进行低温配分处理后水淬至室温。
力学性能测试结果表明，亚稳态奥氏体不锈钢试样经高温淬火-深过冷-450℃保温30分钟处理后的抗拉强度为1215MPa，延伸率为42.2％，强塑积为51273MPa％，明显高于传统的冷轧后退火处理工艺的力学性能指标。
实施例7：
将亚稳态奥氏体不锈钢试样在SSX2-8-16C箱式电阻炉加热至1050℃，保温30分钟令其完全奥氏体化后水淬至室温，冷却速率为200℃/s～220℃/s。后在液氮深冷箱中对试样进行深过冷处理，降温至-180℃，保温20分钟后置于空气中升温至室温。后在500℃下保温3分钟,对试样进行低温配分处理后水淬至室温。
力学性能测试结果表明，亚稳态奥氏体不锈钢试样经高温淬火-深过冷-500℃保温3分钟处理后的抗拉强度为1221MPa，延伸率为44.1％，强塑积为53846MPa％，明显高于传统的冷轧后退火处理工艺的力学性能指标。
实施例8：
将亚稳态奥氏体不锈钢试样在SSX2-8-16C箱式电阻炉加热至1050℃，保温30分钟令其完全奥氏体化后水淬至室温，冷却速率为200℃/s～220℃/s。后在液氮深冷箱中对试样进行深过冷处理，降温至-180℃，保温20分钟后置于空气中升温至室温。后在500℃下保温10分钟,对试样进行低温配分处理后水淬至室温。
力学性能测试结果表明，亚稳态奥氏体不锈钢试样经高温淬火-深过冷-500℃保温10分钟处理后的抗拉强度为1217MPa，延伸率为42.6％，强塑积为51844.2MPa％，明显高于传统的冷轧后退火处理工艺的力学性能指标。
实施例9：
将亚稳态奥氏体不锈钢试样在SSX2-8-16C箱式电阻炉加热至1050℃，保温30分钟令其完全奥氏体化后水淬至室温，冷却速率为200℃/s～220℃/s。后在液氮深冷箱中对试样进行深过冷处理，降温至-180℃，保温20分钟后置于空气中升温至室温。后在500℃下保温30分钟,对试样进行低温配分处理后水淬至室温。
力学性能测试结果表明，亚稳态奥氏体不锈钢试样经高温淬火-深过冷-500℃保温30分钟处理后的抗拉强度为1225MPa，延伸率为43.5％，强塑积为53288MPa％，明显高于传统的冷轧后退火处理工艺的力学性能指标。
综上，本发明将亚稳态奥氏体不锈钢热轧板加热至1050℃～1150℃，使其完全奥氏体化，后快速冷却至室温；再将其降温至-130℃～-196℃，保温时间为10min～30min，使其在超低温下产生大量马氏体，后升温至室温；最后将其加热至350℃～500℃，保温1min～30min，使C，N元素从过饱和马氏体中配分至奥氏体，使得奥氏体含量增加，且增大了奥氏体的稳定性。通过本发明的热处理工艺，控制不同的相变，最终得到室温为马氏体，奥氏体及微量碳氮化物的复相组织，其中奥氏体提高材料的强韧性，马氏体提高强度。本发明处理后的亚稳态奥氏体不锈钢的强塑积可达到50000Mpa％左右，其中延伸率可达到40％左右。与现有亚稳态奥氏体不锈钢的处理工艺相比，本发明工艺简单，成本较低，且处理后的亚稳态奥氏体不锈钢具有超高强韧性能。
Claims (5)
1.一种亚稳态奥氏体不锈钢的高温淬火-深过冷-低温配分热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将亚稳态奥氏体不锈钢奥氏体化，然后快速冷却至室温，快速冷却的冷却速率为180℃/s～230℃/s；
(2)再对步骤(1)处理完的亚稳态奥氏体不锈钢进行深过冷处理，然后升温至室温，其中，深过冷温度为-130℃～-196℃，深过冷保温时间为10min～30min；
(3)再对步骤(2)处理完的亚稳态奥氏体不锈钢进行低温配分，低温配分时，配分的温度范围为350℃～500℃，配分的保温时间为1min～30min；然后快速冷却至室温，快速冷却的冷却速率为180℃/s～230℃/s；
步骤(1)中，亚稳态奥氏体不锈钢奥氏体化的温度为1050℃～1150℃，保温时间为10～60min；
以质量百分数计，亚稳态奥氏体不锈钢中，含有0.05％-0.20％的碳，0.05％-0.20％的氮。
2.根据权利要求1所述的一种亚稳态奥氏体不锈钢的高温淬火-深过冷-低温配分热处理方法，其特征在于，所述亚稳态奥氏体不锈钢为热轧板材。
3.一种不锈钢，其特征在于，所述不锈钢通过如权利要求1-2任意一项所述的亚稳态奥氏体不锈钢的高温淬火-深过冷-低温配分热处理方法制得。
4.根据权利要求3所述的一种不锈钢，其特征在于，所述不锈钢的强塑积为49069Mpa％～53846Mpa％。
5.根据权利要求3所述的一种不锈钢，其特征在于，所述不锈钢的延伸率为39.7％～44.1％。
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