CN109487060B - 一种高强塑性铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺 - Google Patents

一种高强塑性铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺 Download PDF

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Abstract

一种高强塑性铁素体‑奥氏体双相不锈钢的热处理工艺，属于材料热处理技术领域。步骤如下：(1)一级固溶处理；(2)预变形处理；(3)二级固溶处理。采用本发明的工艺对铁素体‑奥氏体双相不锈钢进行处理后，能够消除双相不锈钢传统的两相呈层状交替分布的双相组织，获得等轴奥氏体颗粒相+铁素体基体相的双相组织，并可以将材料的强塑积提高50％以上。

Description

一种高强塑性铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺
技术领域
本发明属于材料热处理技术领域，特别涉及一种能够调控铁素体-奥氏体双相不锈钢显微组织和提高双相不锈钢强塑性的热处理工艺方法。
背景技术
双相不锈钢具有优良的强塑性和抗氯化物应力腐蚀性能，在石油天然气运输、化学品贮存、海水淡化等领域有着广泛的应用。双相不锈钢的成分设计，使其显微组织中同时存在铁素体和奥氏体两种相，并且两种相的体积百分数均不低于30％。
然而，双相不锈钢现有的商业化产品的供货状态大都是热轧态或冷轧态，显微组织中铁素体和奥氏体两相沿轧向伸长，并且呈层状交替分布。这种层状显微组织特征，使得双相不锈钢在轧向和垂直于轧向的方向上的力学性能存在较大的差异，这种差异的存在是双相不锈钢在实际应用过程中需要解决的关键难题。
目前，已有的关于双相不锈钢的热处理工艺，大都旨在调控铁素体与奥氏体的两相比例以及溶解有害析出相，尚无人提出能够对双相不锈钢的层状组织进行调控的热处理工艺。因此，提出一种能够将双相不锈钢层状组织调控为等轴奥氏体颗粒相+铁素体基体相双相组织的热处理工艺，以进一步提升双相不锈钢的强度和塑性，具有十分重要的理论和应用价值。
发明内容
本发明提供一种将双相不锈钢层状组织调控为等轴奥氏体弥散分布在铁素体基体中的双相组织的热处理工艺方法。采用本发明的工艺对双相不锈钢进行处理后，能够消除双相不锈钢传统的两相呈层状交替分布的双相组织，获得等轴奥氏体颗粒相+铁素体基体相的双相组织，并可以将材料的强塑积提高50％以上。
本发明的高强塑性铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺，按照以下步骤进行：
步骤1：将铁素体-奥氏体双相不锈钢置于电阻炉内升温加热保温10～60min，随后进行水淬处理至室温，该过程为一级固溶处理；
步骤2：在室温下，对经过一级固溶处理后的双相不锈钢材料进行预变形处理；
步骤3：将经过预变形处理后的不锈钢置于电阻炉内升温加热，保温10～30min，随后进行水淬处理至室温，该过程为二级固溶处理。
步骤1中所述升温加热的温度控制在1300～1400℃内，大气条件下加热；
步骤1所述的铁素体-奥氏体双相不锈钢选用热轧态s3 2205双相不锈钢板材，主要合金元素Cr、Ni、Mo、Mn、Si、N的含量(wt.％)为：22.5、5.5、3.1、1.18、0.496、0.162。
步骤1所述所的电阻炉为额定功率4kW的箱式电阻炉，最高使用温度1400℃。
步骤2中所述的预变性处理是变形量为20％～70％的冷变形处理。
步骤3中所述的升温加热的温度控制在800～1200℃以内，在大气条件下加热。
与已有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
(1)将双相不锈钢置于1300～1400℃范围内进行10～60min一级固溶处理，能够有效减小铁素体基体中总的晶界面积，确保合金元素在铁素体基体相中均匀分布，抑制晶界奥氏体形成，能够获得理想的铁素体基体相的效果最佳；是获得等轴奥氏体颗粒相的必备条件。
(2)对经一级固溶处理后的双相不锈钢材料进行预变形，预变形变形量在20％～70％时效果最佳；能够提高铁素体基体中的形变储能，增大铁素体基体中的缺陷(位错、空位等)密度，为二级固溶处理时等轴奥氏体颗粒相在铁素体基体内部高密度均匀形核提供足够高的形核驱动力和足够多的形核位置。
(3)将经过预变形后的双相不锈钢材料置于800～1200℃范围内进行10～30min二级固溶处理，能够确保等轴状奥氏体颗粒相在铁素体基体中高密度均匀形核析出，并保持较小的晶粒尺寸。此外，选择适当的二级固溶处理时间和温度组合，可以有效地避免显微组织中有害相的形成，获得等轴奥氏体颗粒相+铁素体基体双相组织；获得等轴奥氏体颗粒相+铁素体基体相双相组织的效果最佳。
(4)本发明的热处理工艺方法中，采用了一级固溶处理+预变形+二级固溶处理，成功地消除双相不锈钢传统的层状组织，大幅提高了双相不锈钢的强塑性。与传统的固溶处理工艺(例：1050℃保温30min，急冷)相比，采用本发明的热处理工艺可以将双相不锈钢的强塑积提高50％以上。
附图说明
图1为本发明实施例使用的双相不锈钢的原始显微组织。
图2为采用本发明实施例1热处理后，双相不锈钢的显微组织。
图3为采用本发明实施例1热处理后和传统工艺处理后，测得的双相不锈钢的强塑积。
图4为采用本发明实施例2热处理后，双相不锈钢的显微组织。
图5为采用本发明实施例3热处理后，双相不锈钢的显微组织。
具体实施方式
实施例1
一种高强塑性铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺，按照以下步骤进行：
步骤1：选用热轧态s3 2205双相不锈钢板材，其主要合金元素Cr、Ni、Mo、Mn、Si、N的含量(wt.％)为：22.5、5.5、3.1、1.18、0.496、0.162。将热轧态s3 2205铁素体-奥氏体双相不锈钢板材置于电阻炉内，大气条件下升温加热至1350℃内,保温20min，随后进行水淬处理至室温，该过程为一级固溶处理；采用的电阻炉为额定功率4kW的箱式电阻炉，最高使用温度1400℃。
步骤2：在室温下，对经过一级固溶处理后的s3 2205双相不锈钢板材进行压下量为20％的冷轧预变形处理；
步骤3：将经过预变形处理后的s3 2205不锈钢板材置于电阻炉内大气条件下加热升温至1000℃以内保温20min，随后进行水淬处理至室温，该过程为二级固溶处理。
本实施例使用的s3 2205双相不锈钢的初始显微组织如图1所示，s3 2205双相不锈钢的显微组织为层状分布的铁素体+奥氏体双相组织，铁素体和奥氏体的晶粒尺寸均在30μm左右；经本发明方法热处理后，s3 2205双相不锈钢的显微组织如图2所示，层状组织被消除，获得了等轴奥氏体颗粒相+铁素体基体相的双相组织。图3为采用本发明实施例1热处理后和传统工艺热处理后，测得的双相不锈钢的强塑积。经传统的固溶处理后(1050℃，保温30min)，s3 2205双相不锈钢的强塑积为20000MPa·％，而采用本发明工艺处理后，材料的强塑积可提高至30000MPa·％以上，增幅超过50％。
实施例2
一种高强塑性铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法，按照以下步骤进行：
步骤1：选用热轧态s3 2205双相不锈钢板材，其主要合金元素Cr、Ni、Mo、Mn、Si、N的含量(wt.％)为：22.5、5.5、3.1、1.18、0.496、0.162。将热轧态s3 2205铁素体-奥氏体双相不锈钢板材置于电阻炉内，大气条件下升温加热至1350℃内,保温40min，随后进行水淬处理至室温，该过程为一级固溶处理；采用的电阻炉为额定功率4kW的箱式电阻炉，最高使用温度1400℃。
步骤2：在室温下，对经过一级固溶处理后的双相不锈钢板材进行压下量为40％的冷轧预变形处理；
步骤3：将经过预变形处理后的s3 2205不锈钢板材置于电阻炉内大气条件下加热升温至950℃以内保温20min，随后进行水淬处理至室温，该过程为二级固溶处理。
本实施例使用的s3 2205双相不锈钢的初始显微组织如图1所示，s3 2205双相不锈钢的显微组织为层状分布的铁素体+奥氏体双相组织，铁素体和奥氏体的晶粒尺寸均在30μm左右；经本发明方法热处理后，s3 2205双相不锈钢的显微组织如图4所示，层状组织被消除，获得了等轴奥氏体颗粒相+铁素体基体相的双相组织。经传统的固溶处理后(1050℃，保温30min)，s3 2205双相不锈钢的强塑积为20000MPa·％，而采用本发明工艺处理后，材料的强塑积可提高至30000MPa·％以上，增幅超过50％。
实施例3
一种高强塑性铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺方法，按照以下步骤进行：
步骤1：选用热轧态s3 2205双相不锈钢板材，其主要合金元素Cr、Ni、Mo、Mn、Si、N的含量(wt.％)为：22.5、5.5、3.1、1.18、0.496、0.162。将热轧态s3 2205铁素体-奥氏体双相不锈钢板材置于电阻炉内，大气条件下升温加热至1350℃内,保温60min，随后进行水淬处理至室温，该过程为一级固溶处理；采用的电阻炉为额定功率4kW的箱式电阻炉，最高使用温度1400℃；
步骤2：在室温下，对经过一级固溶处理后的s3 2205双相不锈钢板材进行压下量为60％的冷轧预变形处理；
步骤3：将经过预变形处理后的s3 2205不锈钢板材置于电阻炉内大气条件下加热升温至850℃以内保温20min，随后进行水淬处理至室温，该过程为二级固溶处理；
本实施例使用的s3 2205双相不锈钢的初始显微组织如图1所示，s3 2205双相不锈钢的显微组织为层状分布的铁素体+奥氏体双相组织，铁素体和奥氏体的晶粒尺寸均在30μm左右；经本发明方法热处理后，s3 2205双相不锈钢的显微组织如图5所示，层状组织被消除，获得了等轴奥氏体颗粒相+铁素体基体相的双相组织。经传统的固溶处理后(1050℃，保温30min，急冷)，s3 2205双相不锈钢的强塑积为20000MPa·％，而采用本发明工艺处理后，材料的强塑积可提高至30000MPa·％以上，增幅超过50％。

Claims (3)

1.一种高强塑性铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺，按照以下步骤进行：
步骤1：铁素体-奥氏体双相不锈钢选用热轧态s32205双相不锈钢板材，主要合金元素Cr、Ni、Mo、Mn、Si、N的含量wt.％为：22.5、5.5、3.1、1.18、0.496、0.162，将铁素体-奥氏体双相不锈钢置于电阻炉内，在大气条件下升温加热至1300～1400℃，保温10～60min，随后进行水淬处理至室温，该过程为一级固溶处理；
步骤2：在室温下，对经过一级固溶处理后的双相不锈钢材料进行预变形处理，变形量为20％～70％的冷变形处理；
步骤3：将经过预变形处理后的不锈钢置于电阻炉内升温加热800～1200℃，保温10～30min，随后进行水淬处理至室温，该过程为二级固溶处理。
2.根据权利要求1一种高强塑性铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺，其特征在于所述的步骤1所述的电阻炉为额定功率4kW的箱式电阻炉，最高使用温度1400℃。
3.根据权利要求1一种高强塑性铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理工艺，其特征在于所述的步骤3中所述的升温加热的温度控制在800～1200℃以内，在大气条件下加热。
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