CN110004368B

CN110004368B - 提高具有fcc晶体结构合金耐晶间腐蚀性能的加工方法

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Publication number: CN110004368B
Application number: CN201910354680.XA
Authority: CN
Inventors: 刘振宇; 王志国; 高飞; 焦军红; 李成刚
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2019-04-29
Publication date: 2020-10-23
Anticipated expiration: 2039-04-29
Also published as: CN110004368A

Abstract

一种提高具有FCC晶体结构合金耐晶间腐蚀性能的加工方法，包括以下步骤：(1)按设定成分熔炼制成钢水，电磁搅拌连铸，然后水冷至200℃以下制成连铸坯，成分按质量百分比含C 0.02～0.1％，Cr 16～19％，Ni 8～13％，Mo≤3％，Si 0.2～0.8％，Mn 0.5～2％，余量为Fe；(2)开坯粗轧，道次变形量4～10％，总变形量20～40％；(3)连续精轧，道次变形量5～8％，总变形量≥60％，水冷；(4)加热至1050～1100℃进行固溶处理，水淬。本发明在FCC结构的耐蚀合金中引入≥40％的低∑重位点阵晶界(CSL)，增强CSL晶界的贯通性，优化晶界特征，减少亚晶比例，以降低晶界能，提高合金的耐晶间腐蚀性能；工艺简单容易实现，晶界优化效果明显，显著降低了加工难度和生产成本。

Description

提高具有FCC晶体结构合金耐晶间腐蚀性能的加工方法

技术领域

本发明属于钢铁合金材料技术领域，具体涉及一种提高具有FCC晶体结构合金耐晶间腐蚀性能的加工方法。

背景技术

FCC结构耐蚀合金(如奥氏体不锈钢304、316等)的耐晶间腐蚀性能是最主要的服役评价指标之一，一直受到用户和研究者的广受关注；晶间腐蚀是一种局部腐蚀，是在某种腐蚀介质下从金属表面沿晶间发生很严重的破坏，而晶粒内部发生破坏程度较低；因此晶粒间的结合力被大大减弱，经常发生整个晶粒完整脱下的情况，或沿晶间产生裂纹，最终造成严重工程事故。

晶间腐蚀这一现象最早发现于奥氏体不锈钢的焊接中，奥氏体不锈钢在出厂前要进行固溶处理，在1100℃左右固溶处理后，奥氏体可以固溶更多的碳；但在使用时，如焊接或热处理过程中，在400～850℃温度下加热或缓慢冷却过程中，碳在奥氏体中的固溶量会下降，过饱和的碳从奥氏体中析出，与铬在晶间形成碳化铬，导致晶界附近铬含量下降，当铬含量低于12％，则产生了贫铬区；此时，贫铬区充当阳极，晶粒充当阴极，晶界与晶粒形成微电池，晶间腐蚀加速进行，致使奥氏体不锈钢在腐蚀介质中产生严重破坏。

国内外学者针对晶粒的尺寸、形状、取向对耐晶间腐蚀性能的影响以及形变后进行热处理从而优化晶界分布特征从而提高耐晶间腐蚀性能等方面进行了大量的研究；研究者通过晶界工程引入低∑重位点阵晶界，优化晶界特征分布(GBCD)以改善合金的耐晶间腐蚀性能已经取得的较好的效果，提出了许多工艺措施；其中，晶界优化主要通过多次冷变形和热处理，亦即形变热处理工艺，如：专利CN105177262A公布了一种提高析出强化奥氏体耐热钢中特殊晶界比例的方法，通过固溶、冷轧和退火的方式优化晶界，增加室温变形量提高应变储存能，促进析出强化奥氏体钢中再结晶的发生，从而提高析出强化型高Cr高Ni奥氏体耐热钢中特殊晶界比例，优化耐腐蚀性和抗辐照肿胀能力；但是，目前已报道的相关工艺更侧重于机理研究和实验室研究，很难应用到实际生产中，尤其对于FCC结构耐蚀合金的中厚板，其厚度方向晶界分布非常复杂，采用多次形变热处理工艺显然力不从心。

发明内容

针对以上研究背景，本发明提供一种提高具有FCC晶体结构合金耐晶间腐蚀性能的加工方法，通过调控热轧工艺引入≥40％的低∑重位点阵晶界(CSL)，主要增强CSL晶界的贯通性，优化晶界特征，减少亚晶比例，以降低晶界能，提高合金的耐晶间腐蚀性能。

本发明的方法包括以下步骤：

1、按设定成分熔炼制成钢水，然后在电磁搅拌作用下，浇入连铸机中连铸，然后水冷至200℃以下，获得连铸坯，其成分按质量百分比含C 0.02～0.1％，Cr 16～19％，Ni 8～13％，Mo≤3％，Si 0.2～0.8％，Mn 0.5～2％，P≤0.035％，S≤0.02％，余量为Fe和不可避免杂质；

2、将连铸坯进行开坯粗轧，粗轧的道次变形量4～10％，总变形量20～40％，获得粗轧板；

3、将粗轧板进行连续精轧，精轧的道次变形量5～8％，总变形量≥60％，然后水冷至室温，获得热轧板；

4、将热轧板加热至1050～1100℃进行固溶处理，固溶处理后水淬至常温，制成固溶板。

上述方法中，熔炼制成钢水是在真空熔炼炉中，先加入电解铬、钼、镍、T10碳素钢和纯铁，加热至全部物料熔化，然后加入硅和电解锰，当硅和电解锰全部熔化后制成钢水。

上述的步骤2中，粗轧的开轧温度1150～1100℃。

上述的步骤3中，精轧的开轧温度1050～950℃，终轧温度≤850℃。

上述的热轧板厚度10～70mm。

上述的步骤4中，固溶处理的时间t＝(0.5～2)h，其中h为热轧板的厚度，单位mm，t的单位min。

上述的固溶板中，CSL晶界比例≥40％。

上述方法中，制成固溶板后，截取固溶板表层试样，在650～700℃敏化1～3h后，按照GB/T 4334—2008E法进行晶间腐蚀检测。

与现有技术相比，本发明有益效果为：

(1)首次通过调控热轧工艺优化FCC结构晶界特征，将小变形量低温热轧和固溶处理相结合，引入较高比例的低CSL晶界，提升低能CSL晶界的贯通性，降低形变储能，，比传统多次形变热处理工艺简单易于实现，可操作性更强；

(2)综合考虑了FCC结构耐蚀合金板材沿厚度方向的晶界特征分布，在表层引入低能CSL晶界的同时，降低高能亚晶比例，全方位优化晶界特征，提高耐晶间腐蚀性能。

本发明所涉及的提高具有FCC晶体结构合金耐晶间腐蚀性能的加工方法，采用多道次小变形量低温热轧和固溶工序相结合的模式，热轧工艺简单容易实现，晶界优化效果明显，显著降低了加工难度和生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的固溶板晶间腐蚀后的金相组织图；

图2为本发明实施例1的固溶板EBSD图；

图3为本发明实施例1的固溶板CSL晶界比例统计图；

图4为本发明实施例2的固溶板晶间腐蚀后的金相组织图；

图5为本发明实施例3的固溶板晶间腐蚀后的金相组织图；

图6为本发明对比例的固溶板晶间腐蚀后的金相组织图；

图7为本发明对比例的固溶板CSL晶界比例统计图。

具体实施方式

本发明实施例中观测显微组织采用奥林巴斯金相显微镜。

本发明实施例中固溶板表层试样，在650～700℃敏化1～3h后，按照标准GB/T4334—2008 E法进行晶间腐蚀检测，无明显晶粒脱落和腐蚀倾向。

本发明实施例中CSL晶界通过ZEISS ULTRATM55型场发射扫描电子显微镜中的EBSD模块检测，在系统自带的CHANNEL-5HKL软件上处理数据，检测倍数及晶粒度统计按照标准GB/T 6394—2002进行。

本发明实施例中固溶处理采用箱式电阻炉，出炉后水淬到室温。

本发明实施例中进行精轧时，精轧总道次数10～25，每道次压下量由高到低逐渐递减，并且至少最后6道次的压下量均控制在5％(按四舍五入计，即5.0～5.49％均计为5％)。

实施例1

按设定成分熔炼制成钢水，过程是在真空熔炼炉中进行，先加入电解铬、钼、镍、T10碳素钢和纯铁，加热至全部物料熔化，然后加入硅和电解锰，当硅和电解锰全部熔化后制成钢水；

将钢水在电磁搅拌作用下，浇入连铸机中连铸，连铸完成后水冷至150℃，获得连铸坯，其成分按质量百分比含C 0.058％，Cr 17.8％，Ni 12％，Mo 3％，Si 0.65％，Mn 2％，P 0.015％，S 0.006％，余量为Fe和不可避免杂质；铸坯厚度200mm；

开坯粗轧，开轧温度1150℃，粗轧的道次变形量依次为5％→6％→7％→8％→9％，共5道次，总变形量30.5％，获得粗轧板，厚度139mm；

将粗轧板进行连续精轧，精轧的开轧温度1000℃，终轧温度820℃，精轧的道次变形量5～8％，总变形量78.4％，然后水冷至室温，获得热轧板，厚度30mm；

将热轧板加热至1080℃进行固溶处理，固溶处理的时间t＝2h＝60min，固溶处理后水淬至常温，制成固溶板；进行晶间腐蚀检测后，观测金相组织，如图1所示，无明显晶粒脱落和腐蚀倾向；EBSD检测结果如图2所示，CSL晶界比例统计结果如图3所示，CSL晶界比例48％。

实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

(1)连铸坯成分按质量百分比含C 0.022％，Cr 16％，Ni 10.5％，Mo 2.1％，Si0.2％，Mn 1.2％，P 0.02％，S 0.004％，厚度150mm；

(2)粗轧开轧温度1100℃，粗轧的道次变形量依次为6％→6％→8％→10％，共4道次，总变形量26.7％，获得粗轧板厚度110mm；

(3)精轧的开轧温度950℃，终轧温度760℃，精轧的道次变形量5～8％，总变形量90.9％，获得热轧板厚度10mm；

(4)热轧板在1050℃进行固溶处理，时间t＝2h＝20min；进行晶间腐蚀检测后，观测金相组织，如图4所示，无明显晶粒脱落和腐蚀倾向；CSL晶界比例52％。

实施例3

方法同实施例1，不同点在于：

(1)连铸坯成分按质量百分比含C 0.069％，Cr 17.1％，Ni 13％，Mo 1.4％，Si0.58％，Mn 0.5％，P 0.019％，S 0.002％，厚度300mm；

(2)粗轧开轧温度1120℃，粗轧的道次变形量依次为4％→5％→6％→7％→8％→8％，共6道次，总变形量32.7％，获得粗轧板厚度202mm；

(3)精轧的开轧温度1020℃，终轧温度800℃，精轧的道次变形量5～8％，总变形量75.2％，获得热轧板厚度50mm；

(4)热轧板在1100℃进行固溶处理，时间t＝1.2h＝60min；进行晶间腐蚀检测后，观测金相组织，如图5所示，无明显晶粒脱落和腐蚀倾向；CSL晶界比例46％。

实施例4

方法同实施例1，不同点在于：

(1)连铸坯成分按质量百分比含C 0.1％，Cr 19％，Ni 8％，Si 0.8％，Mn 1.8％，P0.018％，S 0.004％，厚度300mm；

(2)粗轧开轧温度1140℃，粗轧的道次变形量依次为4％→5％→6％→7％→8％→8％，共6道次，总变形量32.7％，获得粗轧板厚度202mm；

(3)精轧的开轧温度1050℃，终轧温度810℃，精轧的道次变形量5～8％，总变形量65.3％，获得热轧板厚度70mm；

(4)热轧板在1100℃进行固溶处理，时间t＝1h＝70min；进行晶间腐蚀检测后，观测金相组织，无明显晶粒脱落和腐蚀倾向；CSL晶界比例46％。

对比例

方法同实施例1，不同点在于：

(1)连铸机连铸完成后(温度高于900℃)空冷到室温，获得连铸坯；然后在1150℃开始进行热轧，道次变形量10～15％，总变形量85％；热轧板厚度为30mm，终轧温度为950℃，热轧后空冷到室温；

(2)固溶板进行晶间腐蚀检测后，观测金相组织，如图6所示，有明显腐蚀倾向和晶粒脱落，CSL晶界比例统计结果如图7所示，CSL晶界比例25％。

Claims

1.一种提高具有FCC晶体结构合金耐晶间腐蚀性能的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）按设定成分熔炼制成钢水，然后在电磁搅拌作用下，浇入连铸机中连铸，然后水冷至200℃以下，获得连铸坯，其成分按质量百分比含C 0.02~0.1%，Cr 16~19%，Ni 8~13%，Mo≤3%，Si 0.2~0.8%，Mn 0.5~2%，P≤0.035%，S≤0.02%，余量为Fe和不可避免杂质；

（2）将连铸坯进行开坯粗轧，粗轧的开轧温度1150~1100℃，粗轧的道次变形量4~10%，总变形量20~40%，获得粗轧板；

（3）将粗轧板进行连续精轧，精轧的开轧温度1050~950℃，终轧温度≤850℃，精轧的道次变形量5~8%，总变形量≥60%，然后水冷至室温，获得热轧板；热轧板厚度10~70mm；

（4）将热轧板加热至1050~1100℃进行固溶处理，固溶处理的时间t=（0.5~2）h，其中h为热轧板的厚度，单位mm，t的单位min；固溶处理后水淬至常温，制成固溶板。

2.根据权利要求1所述的提高具有FCC晶体结构合金耐晶间腐蚀性能的加工方法，其特征在于所述的固溶板中CSL晶界比例≥40%。

3.根据权利要求1所述的提高具有FCC晶体结构合金耐晶间腐蚀性能的加工方法，其特征在于制成固溶板后，截取固溶板表层试样，在650~700℃敏化1~3h后，按照GB/T 4334—2008 E法进行晶间腐蚀检测。