CN110757254A - 一种快速提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法 - Google Patents

一种快速提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法 Download PDF

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    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes

Abstract

本发明提供一种快速提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法，是用机械方法去除奥氏体钢表面的马氏体层，所述马氏体是通过热处理、大压下量形变、渗氢处理中的一种或多种方式所形成。本发明提出的方法，能快速提高奥氏体钢抗氢脆性能，针对材料表面形成的马氏体层，采用机械打磨的方式将材料的表层马氏体去掉，可以降低奥氏体钢的氢脆敏感性，有效提高其在硫化氢腐蚀环境下的力学性能。

Description

一种快速提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，具体地，涉及一种提高钢材抗氢脆性能的方法。
背景技术
高锰奥氏体TWIP(twinning-induced plasticity，孪生诱导塑性变形)钢具有高强度、高韧性和高应变硬化率等优良性能，其作为轻量化材料，在汽车和LNG船制造，石油和天然气开发和非磁性结构件中有广泛的应用。TWIP钢在热处理或冷变形过程中会发生马氏体相变，使部分奥氏体转变为马氏体。氢进入金属内部会使其塑性降低，产生氢致脆性断裂。氢脆是高强度TWIP钢在工业应用中遇到的技术瓶颈。因此，提高TWIP钢的抗氢脆性能的研究受到广泛关注。
目前针对改善材料抗氢脆性能的研究主要在材料加工工艺、镀层的改进和高温去除金属内的氢含量。例如专利号为CN 101960024 A的发明专利，就是采用高温时效处理，使奥氏体不锈钢含有的氢(H)含量降低，来降低材料的氢脆敏感性；专利号为CN 105112622 A的发明专利，则是使用高温与激光温喷丸复合方法，在促进316L不锈钢表面氢原子析出的同时提高材料在氢腐蚀环境下的表面性能及疲劳性能。上述方法的工艺极为复杂，工艺及操作成本高，需要耗费大量的物力和时间。
通过对国内外文献进行检索，目前还没有发现有关使用机械打磨去除材料表面马氏体层的方法来提高TWIP钢抗氢脆性能的相关报道。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明的目的在于，提供一种快速提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法。
实现本发明上述目的的技术方案为：
一种快速提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法,是用机械方法去除奥氏体钢表面的马氏体层，所述马氏体是通过热处理、大压下量形变、渗氢处理中的一种或多种方式所形成。
奥氏体钢为了提高综合力学性能，铸造之后通常会进行热处理、大压下量形变等处理，而这些过程常常会伴随着奥氏体向马氏体的转变。
其中，所述机械方法为用SiC砂纸和/或用SiC砂轮打磨。
本发明的一种优选技术方案为，所述奥氏体钢为孪生诱导塑性变形(TWIP)钢。
进一步地，所述奥氏体钢的组成为：C 0.2％～0.6％、Si 0.4％～1.0％、Mn14.0％～30.0％、Mo 0.8％～3.0％、余量为Fe。
例如，所述奥氏体钢为Fe-16Mn-0.4C-2Mo(wt.％)钢。
其中，所述的提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法，包括操作：确定奥氏体钢表面有马氏体层，在用机械方法去除奥氏体钢表面的马氏体层的过程中，每去除30～50μm的厚度，即测试剩下的马氏体层，直至马氏体层被全部去除。
更优选地，包括操作：
所述的奥氏体钢为孪生诱导塑性变形(TWIP)钢；
所述的奥氏体钢的热处理的保温温度为730～900℃，保温时间为0.5～3小时，在所述的奥氏体钢表面形成的马氏体层厚度为50～350μm；
用SiC砂纸对热处理后的试样进行机械打磨，每打磨30～50μm对试样表面进行X射线衍射测试，直到马氏体峰消失。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的方法，能快速提高奥氏体钢抗氢脆性能，针对材料表面形成的马氏体层，采用机械打磨的方式将材料的表层马氏体去掉，可以降低奥氏体钢的氢脆敏感性，有效提高其在硫化氢腐蚀环境下的力学性能。
与未处理的奥氏体钢试样相比，本发明方法处理的奥氏体钢试样在硫化氢环境中的强度损失量和塑性损失量均降低，说明本发明方法有效地提高了TWIP钢的抗氢脆性能。
附图说明
图1是本发明方法试样表面不同深度X射线衍射测试结果。
图2是本发明方法试样表层马氏体的透射电镜形貌图及其衍射花样标定。图2左上图的标尺为5nm，右上图的标尺为10nm，左下图的标尺为5 1/nm。
图3是本发明方法处理前后试样在空气和硫化氢环境下的拉伸实验测试结果。
图4是本发明方法处理前后试样的强度损失和塑性损失变化结果。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
除非特别说明，本发明所采用的技术手段，为本领域常规的技术手段。
实施例1
下面以Fe-16Mn-0.4C-2Mo(wt.％)TWIP钢为例，使用本发明中一种能快速提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法对其进行处理；具体步骤包括：
A.将Fe-16Mn-0.4C-2Mo(wt.％)钢试样在750℃空气环境下保温1h后水冷。在试样表面形成一层厚度为100-150μm的马氏体层(通过X射线衍射分析测得，当试样表层去除100μm时，仍能检测到马氏体峰，而继续打磨至去除150μm时马氏体峰消失，说明表层马氏体厚度在100-150μm之间)。
B.用SiC砂纸对热处理后的试样进行机械打磨，每打磨50μm对试样表面进行X射线衍射测试，直到马氏体峰消失，得到去除表面马氏体层后的试样。
C.分别在空气中和NACE“A”溶液中(5％wt.％NaCl+0.5％wt.％CH3COOH+饱和H2S)对含有马氏体层的试样和去除马氏体层后的试样进行拉伸试验，得到相应的拉伸曲线。
D.比较去除表面马氏体层前后，试样在湿硫化氢环境下的强度损失和塑性损失，分析其抗氢脆性能的变化。
对经过上述方法处理的试样进行X射线衍射分析、透射电镜分析及拉伸性能测试，测试结果如图1-4所示。从图1可以看出经热处理后，试样表面形成厚度为100-150μm的马氏体层，包括ε-马氏体和α′-马氏体(在图1中虚线上部进行了标明)。从图2可以看出表层ε-马氏体和ε-马氏体/孪晶结构在透射电镜下的形貌图。从图3可以看出与未处理试样相比，本发明方法处理后的试样在硫化氢环境下的抗拉强度和延伸率均增加(图中，Martensite-free表示去除了表层马氏体的试样)。从图4可以看出与未处理试样相比，本发明方法处理的试样在硫化氢环境中的强度损失量和塑性损失量均降低，具体本实施例中，强度损失量从37％降低至29％，塑性损失量从77％降低至64％。说明本发明方法有效地提高了TWIP钢的抗氢脆性能。
实施例2
A.将Fe-16Mn-0.4C-2Mo(wt.％)钢试样在780℃空气环境下保温1h后水冷。在试样表面形成一层厚度为100-150μm的马氏体层。
B.用SiC砂纸对热处理后的试样进行机械打磨，每打磨50μm对试样表面进行X射线衍射测试，直到马氏体峰消失，得到去除表面马氏体层后的试样。
C.分别在空气中和NACE“A”溶液中(5％wt.％NaCl+0.5％wt.％CH3COOH+饱和H2S)对含有马氏体层的试样和去除马氏体层后的试样进行拉伸试验，得到相应的拉伸曲线。
D.比较去除表面马氏体层前后，试样在湿硫化氢环境下的强度损失和塑性损失，分析其抗氢脆性能的变化。
与未处理试样相比，本发明方法处理后的试样在硫化氢环境下的抗拉强度和延伸率均增加。
实施例3
A.将Fe-16Mn-0.6C-2.5Al(wt.％)钢试样经过连轧后用多个对轧辊对铸片进行压下，单道次变形量25％，在铸片表面形成一层厚度为90-120μm的马氏体层。
B.用SiC砂纸对轧制后的试样进行机械打磨，每打磨30μm对试样表面进行X射线衍射测试，直到马氏体峰消失，得到去除表面马氏体层后的试样。
C.分别在空气中和NACE“A”溶液中(5％wt.％NaCl+0.5％wt.％CH3COOH+饱和H2S)对含有马氏体层的试样和去除马氏体层后的试样进行拉伸试验，得到相应的拉伸曲线。
D.比较去除表面马氏体层前后，试样在湿硫化氢环境下的强度损失和塑性损失，分析其抗氢脆性能的变化。
与未处理试样相比，本发明方法处理后的试样在硫化氢环境下的抗拉强度和延伸率均增加。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种快速提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法，其特征在于，是用机械方法去除奥氏体钢表面的马氏体层，所述马氏体是通过热处理、大压下量形变、渗氢处理中的一种或多种方式所形成。
2.根据权利要求1所述的快速提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法，其特征在于，所述机械方法为用SiC砂纸和/或用SiC砂轮打磨。
3.根据权利要求1所述的快速提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法，其特征在于，所述奥氏体钢为孪生诱导塑性变形钢。
4.根据权利要求3所述的快速提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法，其特征在于，所述奥氏体钢的组成为：C 0.2％～0.6％、Si 0.4％～1.0％、Mn 14.0％～30.0％、Mo 0.8％～3.0％、余量为Fe。
5.根据权利要求1～4任一项所述的提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法，其特征在于，包括操作：确定奥氏体钢表面有马氏体层，在用机械方法去除奥氏体钢表面的马氏体层的过程中，每去除30～50μm的厚度，即测试剩下的马氏体层，直至马氏体层被全部去除。
6.据权利要求1～4任一项所述的快速提高奥氏体钢抗氢脆性能的方法，其特征在于，包括操作：
所述的奥氏体钢为孪生诱导塑性变形钢；
所述的奥氏体钢的热处理的保温温度为730～900℃，保温时间为0.5～3小时，在所述的奥氏体钢表面形成的马氏体层厚度为50～350μm；
用SiC砂纸对热处理后的试样进行机械打磨，每打磨30～50μm对试样表面进行X射线衍射测试，直到马氏体峰消失。
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