CN110408757A - 一种高强塑性匹配316l不锈钢板材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强塑性匹配316L不锈钢板材的制备方法。该方法首先将厚度为5～50mm的316L不锈钢板材进行剧烈冷变形+再结晶退火处理得到平均晶粒尺寸为1～10μm的均匀原始态奥氏体组织；接着对其进行10～40％的冷轧处理，制备出含有大量马氏体(α')及变形孪晶的结构。力学实验结果显示该不锈钢板材具有≥800MPa的屈服强度，≥900MPa的抗拉强度，值得指出的是其均匀延伸率能达到≥5％，这种高强塑性匹配316L不锈钢板材既能满足苛刻条件下的力学性能要求且容易实现工业化生产。

Description

一种高强塑性匹配316L不锈钢板材的制备方法
技术领域
本发明涉及不锈钢制备领域，具体为一种高强塑性匹配316L不锈钢板材的制备方法。
背景技术
粗晶态316L奥氏体不锈钢因其具有良好的成形性、优异的抗氧化和抗腐蚀性能而被广泛地应用于工业生产中，如核电管道、沿海区域建筑物外部用材料、高压锅炉以及造纸、草酸、肥料等生产设备等。然而其屈服强度较低，在常温条件下一般只有250MPa左右，严重制约了其在工业生产中的应用。因此如何快速大批量制备出具有良好强塑性匹配的316L不锈钢显得至关重要。
材料的强塑性匹配与其微观结构密不可分，微观结构的调控有望解决以上矛盾。梯度结构、双峰结构、谐波结构以及异质层状结构都被报道可以有效提高材料的强塑性匹配性能，其主要归因于在材料中引入了应变梯度和软硬界面，在形变过程中额外的背应力同时提高了材料的强度和塑性。然而构筑这些结构也不可避免存在诸多制约因素，如构建梯度结构虽然可以有效地提高材料的屈服强度，但材料的断裂强度提高不够；制备双峰结构和谐波结构金属材料的工艺要求严格，成本高；异质层状结构材料的综合力学性能强烈依赖于材料中软硬相结构的尺寸、比例及分布，调控技术难度大，成功率低。
近期，研究者们在探索改善低层错能TWIP钢和316LN不锈钢力学性能试验中发现：当晶粒尺寸减小到10μm以下时，变形过程中会出现大量变形孪晶，这些变形孪晶可以有效提高材料强塑性；另外，对具有该晶粒尺寸的合金钢进行低应变压下量的冷变形后(<50％)，材料显示出优异的强塑性匹配，这种方法具有操作简单、效率高和可控性强的特点，适合工业生产。对于316L不锈钢而言，准确摸索出类似的处理工艺，进而获得良好的强塑性匹配性能，将十分有利于工业生产，意义重大。
发明内容
本发明目的是针对粗晶态316L不锈钢强度低而超细晶/纳米晶态塑性低这一矛盾的问题，提供了一种高强塑性匹配316L不锈钢板材的制备方法，通过本方法获得屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥900MPa，均匀延伸率≥5％的一种高强塑性匹配316L奥氏体不锈钢板材。
实现本发明目的采用的技术方案为：
本发明使用316L奥氏体不锈钢的化学成分(wt.％)为：C≤0.03，Si≤1.0，Mn≤2.0，P≤0.045，S≤0.03，Ni：10.0～14.0，Cr：16.0～18.0，Mo：2.0～3.0，其余为Fe及不可避免的杂质。
一种高强塑性匹配316L不锈钢板材的制备方法，包括以下步骤：
(1)冷变形+再结晶退火处理
将10～50mm厚的316L不锈钢板材进行70～95％应变压下量冷变形和再结晶退火处理，退火温度为不锈钢再结晶附近温度750～850℃；
选用普通箱式电阻炉，加热到指定温度放样，保温时间20～120min，随后采用空冷方式迅速冷却至室温，最终得到组织比较均匀的厚度为0.5～15mm的奥氏体不锈钢板材，其平均晶粒尺寸在1～10μm之间。
(2)低应变量冷轧处理
在室温条件下用同步/异步冷轧机对平均晶粒尺寸在1～10μm之间316L不锈钢板材进行低应变压下量冷轧处理，冷轧压下量为10～40％，轧制后最终板厚为0.3～13.5mm。
本发明相对于现有相比，具有以下显著优点：
1)本发明采用大变形冷轧与再结晶退火相结合的方法制备出具有均匀微米再结晶(1～10μm)结构的316L不锈钢板材。该晶粒尺度不锈钢板材具有较高的强度和良好的塑性，在变形过程中更加容易产生马氏体(α')相变和变形孪晶，有利于提高材料的综合强塑性。
2)低应变压下量的冷变形(<50％)可以有效的提高金属材料的屈服强度，同时较少的降低金属材料的塑性，结合晶粒尺寸效应，本发明对316L不锈钢板材进行控制晶粒尺寸(1～10μm)和低应变压下量(10～40％)轧制综合处理，提高材料的强塑性匹配性能。
3)本发明所述的冷轧是在室温下进行的，退火温度为中高温(再结晶温度附近)，条件简单，操作容易，可大规模工业化生产。
4)本发明这种简单方法制备的316L不锈钢进行力学性能实验，结果显示：该不锈钢的屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥900MPa，均匀延伸率≥5％。
附图说明
图1为实施例中未进行30％压下量冷轧处理的316L不锈钢板材的形貌及相结构图。
图2为实施例中进行30％压下量变形处理后的316L不锈钢板材的形貌及相结构图。
图3为实施例中处理后316L不锈钢板材进行6％拉伸应变的马氏体(α')体积分数统计图。
图4为经过实施例处理后316L不锈钢板材的工程应力-工程应变曲线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进一步作详细说明。
实施例一
首先，本实施例采用如下的设备：热轧冷轧多用途轧机、热处理用箱式电阻炉。
本实施例制备高强塑性匹配316L不锈钢板材的具体操作如下：
本实施例中取用的316L不锈钢钢板厚度为10mm，其成分(wt.％)如下：C为0.03，Si为0.53，Mn为1.42，P为0.03，S为0.005，Ni为10.1，Cr为16.47，Mo为2.0，其余为Fe及不可避免的杂质。
将上述的316L不锈钢板材进行冷轧处理，轧制每道次压下量为0.17mm，最终将板厚轧制约为2.5mm，总轧制压下量为75％。
将箱式电阻炉加热至800℃，接着放入75％冷变形压下量的316L不锈钢板材，保温30min，迅速取出空冷至室温。保温过程中，由于温度超过不锈钢的再结晶温度，变形态的不锈钢组织迅速再结晶，最终得到平均晶粒尺寸为5μm的均匀结构，该组织为单相的奥氏体组织，具体形貌和相结构如图1所示。
将上述获得的平均晶粒尺寸为5μm的不锈钢板材再进行30％压下量的冷轧处理，轧制每道次压下量为0.15mm，最终得到的不锈钢板厚约为1.75mm。其微观结构中含有大量的马氏体(α')及变形孪晶组织，如图2所示，对其进行6％应变量的半原位拉伸实验，发现该不锈钢组织中的马氏体(α')含量成倍增加，如图3所示，这是典型的TRIP效应，变形孪晶及拉伸过程中的TRIP效应可以有效的提高材料的强塑性。
本实施例通过上述方法得到的316L不锈钢板材的屈服强度为1045MPa，抗拉强度为1080MPa，均匀延伸率为7％，断裂延伸率为25％。经过处理后的316L不锈钢板材的工程应力-工程应变曲线如图4所示，可以看出通过本发明方法处理后的316L不锈钢板材具有良好的强度塑性匹配，可以极大促进其工业应用。
实施例二
首先，本实施例采用如下的设备：热轧冷轧多用途轧机、热处理用箱式电阻炉。
本实施例制备高强塑性匹配316L不锈钢板材的具体操作如下：
本实施例中取用的316L不锈钢钢板厚度为30mm，其成分(wt.％)如下：C为0.024，Si为0.48，Mn为1.34，P为0.035，S为0.007，Ni为10.3，Cr为16.26，Mo为2.1，其余为Fe及不可避免的杂质。
将上述的316L不锈钢板材进行冷轧处理，轧制每道次压下量为0.2mm，最终将板厚轧制约为4mm，总轧制压下量约为87％。
将箱式电阻炉加热至775℃，接着放入87％冷变形压下量的316L不锈钢板材，保温60min，迅速取出空冷至室温。保温过程中，由于温度超过不锈钢的再结晶温度，变形态的不锈钢组织迅速再结晶，最终得到平均晶粒尺寸为2.1μm的均匀结构。
将上述获得的平均晶粒尺寸为2.1μm的不锈钢板材再进行10％应变压下量的冷轧处理，轧制每道次压下量为0.2mm，最终得到的不锈钢板厚约为3.6mm。。
本实施例通过上述方法得到的316L不锈钢板材的屈服强度为920MPa，抗拉强度为1010MPa，均匀延伸率为5.2％，断裂延伸率为13.5％。经过处理后的316L不锈钢板材的工程应力-工程应变曲线如图4所示，可以看出通过本发明方法处理后的316L不锈钢具有良好的强度塑性匹配。
实施例三
首先，本实施例采用如下的设备：热轧冷轧多用途轧机、热处理用箱式电阻炉。
本实施例制备高强塑性匹配316L不锈钢板材的具体操作如下：
本实施例中取用的316L不锈钢钢板厚度为30mm，其成分(wt.％)如下：C为0.024，Si为0.48，Mn为1.34，P为0.035，S为0.007，Ni为10.3，Cr为16.26，Mo为2.1，其余为Fe及不可避免的杂质。
将上述的316L不锈钢板材进行冷轧处理，轧制每道次压下量为0.2mm，最终将板厚轧制约为4mm，总轧制压下量约为87％。
将箱式电阻炉加热至800℃，接着放入87％冷变形压下量的316L不锈钢板材，保温60min，迅速取出空冷至室温。保温过程中，由于温度超过不锈钢的再结晶温度，变形态的不锈钢组织迅速再结晶，最终得到平均晶粒尺寸为4.2μm的均匀结构。
将上述获得的平均晶粒尺寸为4.2μm的不锈钢板材再进行10％压下量的冷轧处理，轧制每道次压下量为0.2mm，最终得到的不锈钢板厚约为3.6mm。。
本实施例通过上述方法得到的316L不锈钢板材的屈服强度为810MPa，抗拉强度为920MPa，均匀延伸率为11.5％，断裂延伸率为17.6％。经过处理后的316L不锈钢板材的工程应力-工程应变曲线如图4所示，可以看出通过本发明方法处理后的316L不锈钢具有良好的强度塑性匹配。

Claims (6)

1.一种高强塑性匹配316L不锈钢板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100先冷变形，再结晶退火处理，制备厚度为0.5～15mm的组织比较均匀的奥氏体结构，其平均晶粒尺寸在1～10μm之间；
具体操作为：将10～50mm厚的316L不锈钢板材先进行冷变形，然后再结晶退火工艺处理；
步骤S200低应变量冷轧处理
在室温条件下对平均晶粒尺寸在1～10μm之间316L不锈钢板材进行低应变压下量冷轧处理，冷轧压下量为10～40％，轧制后最终板厚为0.3～13.5mm。
2.根据权利要求1所述的高强塑性匹配316L不锈钢板材的制备方法，其特征在于，所述的316L不锈钢的质量百分比含量为：C≤0.03，Si≤1.0，Mn≤2.0，P≤0.045，S≤0.03，Ni：10.0～14.0，Cr：16.0～18.0，Mo：2.0～3.0，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高强塑性匹配316L不锈钢板材的制备方法，其特征在于：步骤S100和S200中的冷变形及冷轧处理均采用同步/异步轧机，步骤S100中冷变形为冷轧处理，总压下量为70～95％。
4.根据权利要求1所述的一种高强塑性匹配316L不锈钢板材的制备方法，其特征在于：步骤S100中，所述的退火处理采用热处理用箱式电阻炉。
5.根据权利要求1所述的一种高强塑性匹配316L不锈钢板材的制备方法，其特征在于：步骤S100中，所述的退火处理为：加热到指定温度750～850℃放样，保温20～120min后空冷冷却至室温。
6.一种基于权利要求1-5方法制得的高强塑性匹配316L不锈钢板材。
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