CN114381588B - 一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米／超细晶304不锈钢加工方法 - Google Patents
一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米／超细晶304不锈钢加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114381588B CN114381588B CN202111538064.3A CN202111538064A CN114381588B CN 114381588 B CN114381588 B CN 114381588B CN 202111538064 A CN202111538064 A CN 202111538064A CN 114381588 B CN114381588 B CN 114381588B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stainless steel
- nano
- corrosion
- ultra
- fatigue
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 title claims abstract description 150
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 150
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 91
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 91
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 66
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 10
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 30
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 19
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 7
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000007709 nanocrystallization Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005258 corrosion kinetic Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 2
- LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)-1-[4-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidin-5-yl]piperazin-1-yl]ethanone Chemical compound C1CN(CC2=NNN=C21)CC(=O)N3CCN(CC3)C4=CN=C(N=C4)NCC5=CC(=CC=C5)OC(F)(F)F LDXJRKWFNNFDSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010274 multidirectional forging Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 1
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B3/00—Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
- B21B3/02—Rolling special iron alloys, e.g. stainless steel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/26—Methods of annealing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/20—Recycling
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
本发明涉及纳米/超细晶金属材料的加工技术领域，具体涉及一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法。选择普通304不锈钢作为原材料，通过均匀化热处理、连续的大形变和快速热轧和温轧的深度轧制工艺以及室温退火获得高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢。本发明能够获得高强度和塑性(屈服和抗拉强度分别在600MPa以上和750MPa以上，延伸在30％以上)、抗疲劳(疲劳寿命和疲劳强度)性能提高，腐蚀(均匀腐蚀，点腐蚀、应力腐蚀、高温氧化和热腐蚀等)阻力提高的纳米/超细晶(晶粒尺寸80～300nm)304不锈钢。
Description
技术领域
本发明涉及纳米/超细晶金属材料的加工技术领域，具体涉及一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法。
背景技术
作为结构材料，304不锈钢在国民经济和国防工业领域应用广泛。304不锈钢服役环境复杂，服役过程中会遭受到多方面的损伤，腐蚀(均匀腐蚀、点腐蚀、热腐蚀和高温氧化等)、拉伸和疲劳(低周和高周疲劳)损伤最为常见。由于国际社会对碳排放限制和自然环境的保护越来越严格和规范，长寿命、轻量化、节能和环境友好是结构材料未来发展的趋势。因此，同时提高304不锈钢的拉伸和抗疲劳等性能，以及提高腐蚀阻力是实现其长寿命、轻量化、节能和环境友好的基本要求。人们通常通过表面涂层、热处理和添加贵金属元素等方法或技术提高304不锈钢的腐蚀阻力。然而，这些方法或技术中，有的对于提高304不锈钢拉伸和抗疲劳性能的作用微乎其微，有的甚至会恶化拉伸和抗疲劳性能。另外，人们通常利用压力加工、元素添加和表面处理等方法提高304不锈钢的拉伸和抗疲劳性能。同样，这些方法或技术中，有些技术或者方法会恶化304不锈钢的腐蚀阻力。
人们通常利用材料超细晶/纳米化技术(等通道转角挤压、反复叠轧、高压旋转和多向锻造)和表面纳米化技术提高304不锈钢的拉伸和抗疲劳性能。这些纳米化技术虽然能够提高304不锈钢抗拉和屈服强度，提高抗应力疲劳(高周疲劳)性能。但是，这些技术导致纳米/超细晶304不锈钢塑性和弹性应变降低，抗应变疲劳(低周疲劳)性能降低。由于马氏体的存在和微观结构的不均匀性，这些技术获得的纳米/超细晶304不锈钢腐蚀阻力降低，无法兼顾304不锈钢的拉伸、抗疲劳(特别是应变疲劳)和耐腐蚀性能。另外，上述纳米化技术为实验室技术，产业化程度低，不利于产业化应用。因此，传统方法和现有超细晶/纳米化技术无法同时提高304不锈钢的拉伸和抗应变疲劳性能以及腐蚀阻力，无法实现304不锈钢服役过程的长寿命、轻量化、节能和环境友好。单纯地提高304不锈钢的拉伸和抗疲劳性能，或者腐蚀阻力的方法或者技术很多。但是，到目前为止，还没有一种加工或者处理工艺，能够同时提高304不锈钢的拉伸、抗应变疲劳性能和腐蚀阻力。
发明内容
在汲取已有相关技术优点和和克服这些技术不足之处的基础上，本发明的目的在于提供一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，通过快速和大形变热轧和温轧的深度轧制工艺以及其后的室温空冷，能够同时提高304不锈钢的拉伸、抗疲劳性能和腐蚀(均匀和点腐蚀、热腐蚀、应力腐蚀和高温氧化)阻力，为实现304不锈钢服役过程中的长寿命、轻量化、节能和环境友好提供技术支撑。
本发明的技术方案是：
一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，选择普通304不锈钢作为原材料，通过均匀化热处理、连续的大形变和快速热轧和温轧的深度轧制工艺以及室温退火获得高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢，包含如下工艺步骤：
步骤S1：除去普通304不锈钢表面氧化皮和其他杂物；
步骤S2：普通304不锈钢均匀化热处理：1050～1000℃保温3～6小时；
步骤S3：第一道次轧制温度和形变率分别为1000～900℃和20～30％；
步骤S4：第二道次轧制温度和形变率分别为900～800℃和10～20％；
步骤S5：第三道次轧制温度和形变率分别为800～700℃和10～15％；
步骤S6：第四至最终道次形变率和轧制温度，根据前三道次轧制温度和形变率以及普通304不锈钢尺寸决定；
步骤S7：终轧温度和总形变率分别为200～400℃和80～92％，形成纳米/超细晶304不锈钢；
步骤S8：终轧后的纳米/超细晶304不锈钢直接空冷至室温。
所述的高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，第一道次轧制至终轧连续进行，第一道次轧制温度至终轧温度逐渐降低。
所述的高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，纳米/超细晶304不锈钢的晶粒尺寸范围为80～300纳米。
所述的高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，纳米/超细晶304不锈钢的室温拉伸性能指标如下：屈服强度≥600MPa，和抗拉强度≥750MPa，延伸率≥30％。
所述的高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，纳米/超细晶304不锈钢的耐腐蚀性能指标如下：4～6mol/L盐酸溶液中室温浸泡1～7天，1～3mol/L盐酸溶液中室温浸泡30～40天，其腐蚀表面具有致密的氧化膜，不发生点腐蚀。
所述的高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，纳米/超细晶304不锈钢的耐腐蚀性能指标如下：断裂后的纳米/超细晶304不锈钢在1～3mol/L盐酸溶液中室温浸泡1～7天，发生轻微的点腐蚀。
本发明的设计思想是：
本发明技术通过普通304不锈钢的均匀化处理、深度热轧和温轧工艺以及空冷至室温一系列加工工艺，获得几乎无形变马氏体组织和微观组织结构均匀的纳米/超细晶304不锈钢。热轧和温轧过程中，需要高的轧制温度和大的单道次形变率。这样能够实现304不锈钢奥氏体晶粒尺寸细小且奥氏体微观结构的均匀化。同时，热轧和温轧工艺之后，纳米/超细晶304不锈钢空冷至室温消除其内应力和形变马氏体(轧制过程引起)，实现纳米/超细晶304不锈钢微观结构的均匀化、奥氏体化和晶粒尺寸的纳米/超细晶化。在此基础上，本发明技术获得的纳米/超细晶304不锈钢同时提高其拉伸、抗疲劳性能和腐蚀阻力(与普通304不锈钢相比)。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明技术的热轧和温轧工艺是在试验轧机上实现，有望实现产业化。
2.本发明技术获得的纳米/超细晶304不锈钢大小尺寸和晶粒尺寸可调，这取决于普通304不锈钢原材料的尺寸、轧机的相关性能参数和轧制工艺参数。
3.本发明技术获得的纳米/超细晶304不锈钢，屈服和抗拉强度分别在600MPa以上和750MPa以上，延伸率在30％以上。同时，其低周(应变)疲劳寿命高于普通304不锈钢，且低周疲劳强度在500MPa以上，接近普通304不锈钢的抗拉强度。
4.本发明技术获得的纳米/超细晶304不锈钢，在酸性和中性腐蚀溶液中腐蚀速率低于普通304不锈钢，4～6mol/L盐酸溶液中浸泡5天，1～3mol/L盐酸溶液中浸泡35天，其腐蚀表面具有致密的氧化膜，几乎不发生点腐蚀。然而，普通304不锈钢在相同实验条件下，其表面无致密氧化膜，且发生明显的点腐蚀。
5.本发明技术获得的纳米/超细晶304不锈钢，1mol/L盐酸溶液中室温应力腐蚀敏感性因子低于普通304不锈钢，延伸率在30％以上，抗拉(2.66GPa)和屈服(2.40GPa)强度分别高于普通304不锈钢的抗拉(2.07GPa)和屈服(0.91GPa)强度。与普通304不锈钢相比，纳米/超细晶304不锈钢的抗环境断裂(应力腐蚀)性能提高。
6.本发明技术获得的纳米/超细晶304不锈钢，氧气(O2)中800℃恒温24小时高温氧化，其高温氧化速率低于普通304不锈钢，其氧化膜比普通304不锈钢的氧化膜致密。550℃混合熔盐(65％Na2SO4+10％K2SO4+25％NaCl,wt％)中，纳米/超细晶304不锈钢的热腐蚀速率低(单位面积和时间表面氧化膜增重)，其氧化膜短时间内覆盖整个热腐蚀表面，且致密(与普通304不锈钢相比)。
7.本发明技术获得的纳米/超细晶304不锈钢，断裂后的纳米/超细晶304不锈钢在2mol/L盐酸溶液中室温浸泡7天，发生轻微的点腐蚀。然而，普通304不锈钢拉断后在2mol/L盐酸溶液中室温浸泡7天，发生严重的点腐蚀和局部腐蚀。
总之，本发明技术能够同时提高304不锈钢的拉伸、抗疲劳性能和腐蚀阻力。同时，本发明技术实施成本低，通过本发明加工的纳米/超细晶304不锈钢尺寸大于现有的其他超细晶/纳米化技术加工的纳米/超细晶304不锈钢尺寸，具有产业化前景。
附图说明
图1：本发明实施例1纳米/超细晶304不锈钢透射电镜照片。
图2：本发明实施例1纳米/超细晶304不锈钢和对比例1(普通304不锈钢)应力-应变曲线。
图3：本发明实施例1纳米/超细晶304不锈钢(a-b)与对比例1(c-d)室温6mol/L盐酸溶液浸泡5天后，从溶液取出后直接烘干(a和c)和从溶液中取出后经超声清洗(b和d)的腐蚀表面形貌。
图4：本发明实施例2纳米/超细晶304不锈钢(a-b)与对比例2(c-d)(普通304不锈钢)室温1mol/L盐酸溶液浸泡35天后，从溶液取出后直接烘干(a和c)和从溶液中取出后经超声清洗(b和d)的腐蚀表面形貌。
图5：本发明实施例2纳米/超细晶304不锈钢和对比例2(普通304不锈钢)低周疲劳S-N曲线。
图6：本发明实施例2纳米/超细晶304不锈钢和对比例2(普通304不锈钢)，1mol/L盐酸溶液中室温应力腐蚀曲线。
图7：本发明实施例3纳米/超细晶304不锈钢和对比例3(普通304不锈钢)，氧气(O2)中24小时800℃恒温氧化动力学曲线。
图8：本发明实施例3纳米/超细晶304不锈钢和对比例3(普通304不锈钢)，550℃混合熔盐(65％Na2SO4+10％K2SO4+25％NaCl,wt％)40小时热腐蚀动力学曲线。
图9：本发明实施例1纳米/超细晶304不锈钢(a)和对比例1普通304不锈钢(b)断裂后在2mol/L盐酸溶液中室温浸泡七天后的腐蚀表面形貌。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，步骤如下：
步骤S1：除去普通304不锈钢表面氧化皮和其他杂物。这样，可以减少普通304不锈钢表面氧化产物和杂质在均匀化处理和轧制过程中对纳米/超细晶304不锈钢微观组织结构和性能的不利影响。
步骤S2：普通304不锈钢均匀化热处理(1050～1000℃保温3～6小时)。这样，确保在热轧前，304不锈钢充分奥氏体化和奥氏体均匀化，有利于本发明技术的后续工艺处理。
步骤S3：第一道次轧制温度和形变率分别为1000～900℃和20～30％。这样，奥氏体晶粒细化，无形变马氏体组织产生，阻止变织构形成。形变马氏体和织构为304不锈钢的拉伸和疲劳性能以及耐腐蚀性能的不利因素。
步骤S4：第二道次轧制温度和形变率分别为900～800℃和10～20％。这样，利于纳米/超细晶304不锈钢的拉伸性能、腐蚀阻力和抗疲劳性能同时提高(与普通304不锈钢相比)，且节约能耗。同时，细化奥氏体晶粒，避免形变马氏体组织和织构形成。
步骤S5：第三道次轧制温度和形变率分别为800～700℃和10～15％。这样，继续细化奥氏体晶粒，抑制形变马氏体组织和织构形成。
步骤S6：第四至最终道次形变率和轧制温度，根据前三道次形变率和轧制温度以及普通304不锈钢尺寸决定。这样，最终获得的纳米/超细晶304不锈钢几乎不存在形变马氏体组织和织构。
步骤S7：终轧温度和总形变率分别为200～400℃和80～92％。这样，通过上述步骤，304不锈钢的晶粒尺寸达到纳米/超细晶。轧制过程中减少马氏体含量。在不出现轧制裂纹和其他缺陷前提下，减少纳米/超细晶304不锈钢奥氏体的晶粒尺寸，减少晶粒尺寸变化范围过大，实现其微观结构均匀。这有利于纳米/超细晶304不锈钢的拉伸和抗疲劳性能以及腐蚀阻力提高。
步骤S8：纳米/超细晶304不锈钢空冷至室温。这样，既节约加工方法成本，又能够提高提出304不锈钢的拉伸、抗疲劳性能和腐蚀阻力，实现本发明技术目的。
下面，结合本发明实施例和附图对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例中，一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，其工艺步骤如下：
步骤S1：除去普通304不锈钢表面氧化皮和其他杂物。
步骤S2：普通304不锈钢均匀化热处理：1050℃保温3小时。
步骤S3：第一道次轧制温度和形变率分别为1000℃和25％。
步骤S4：第二道次轧制温度和形变率分别为900℃和20％。
步骤S5：第三道次轧制温度和形变率分别为800℃和15％。
步骤S6：第四道次轧制温度和形变率分别为750℃和10％，第五道次轧制温度和形变率分别为700℃和10％。
步骤S7：终轧温度和总形变率分别为400℃和92％。
步骤S8：纳米/超细晶304不锈钢空冷至室温。
实施例2
本实施例中，一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，其工艺步骤如下：
步骤S1：除去普通304不锈钢表面氧化皮和其他杂物。
步骤S2：普通304不锈钢均匀化热处理：1000℃保温6小时。
步骤S3：第一道次轧制温度和形变率分别为900℃和20％。
步骤S4：第二道次轧制温度和形变率分别为800℃和10％。
步骤S5：第三道次轧制温度和形变率分别为700℃和10％。
步骤S6：第四道次轧制温度和形变率分别为650℃和15％，第五道次轧制温度和形变率分别为600℃和15％。
步骤S7：终轧温度和总形变率分别为300℃和80％。
步骤S8：纳米/超细晶304不锈钢空冷至室温。
实施例3
本实施例中，一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，其工艺步骤如下：
步骤S1：除去普通304不锈钢表面氧化皮和其他杂物。
步骤S2：普通304不锈钢均匀化热处理：1020℃保温4小时。
步骤S3：第一道次轧制温度和形变率分别为950℃和25％。
步骤S4：第二道次轧制温度和形变率分别为850℃和15％。
步骤S5：第三道次轧制温度和形变率分别为750℃和12％。
步骤S6：第四道次轧制温度和形变率分别为700℃和12％，第五道次轧制温度和形变率分别为650℃和10％。
步骤S7：终轧温度和总形变率分别为200℃和85％。
步骤S8：纳米/超细晶304不锈钢空冷至室温。
如图1所示，为本发明实施例1纳米/超细晶304不锈钢透射电镜照片，其平均晶粒尺寸为150纳米，普通304不锈钢晶粒尺寸为几十微米以上。
如图2所示，本发明实施例1纳米/超细晶304不锈钢屈服和抗拉强度分别超过700和800MPa，延伸率在30％以上。对比例1普通304不锈钢屈服和抗拉强度分别低于300和650MPa，延伸率在50％以上。本发明实施例1弹性应变高于对比例1。因此，本发明技术获得的纳米/超细晶304不锈钢具有高的屈服和抗拉强度、足够的塑性以及高的弹性应变。
如图3所示，(a)-(b)分别为本发明实施例1纳米/超细晶304不锈钢室温6mol/L盐酸室温浸泡5天后，从溶液取出后直接烘干和从溶液中取出后经超声清洗的腐蚀表面形貌(氧化膜致密，几乎无点腐蚀孔)。(c)-(d)分别为对比例1室温6mol/L盐酸室温浸泡5天，从溶液取出后直接烘干和从溶液中取出后经超声清洗的腐蚀表面形貌(腐蚀表面多孔)。
如图4所示，(a)-(b)分别为本发明实施例2纳米/超细晶304不锈钢室温1mol/L盐酸溶液中室温浸泡35天后，从溶液取出后直接烘干和从溶液中取出后经超声清洗的腐蚀表面形貌(氧化膜致密，腐蚀表面几乎无点腐蚀孔)。(c)-(d)分别为对比例2室温1mol/L盐酸溶液中浸泡35天，从溶液取出后直接烘干和从溶液中取出后经超声清洗的腐蚀表面形貌(腐蚀表面多孔)。
从图3-图4可以看到，本发明实施例1和2在6mol/L和1mol/L盐酸溶液中的腐蚀速率分别低于对比例1和2，本发明实施例1和2的点腐蚀阻力提高。
如图5所示，本发明实施例2纳米/超细晶304不锈钢和对比例2低周疲劳的S-N曲线。从图5可以看到，与对比例2相比，本发明实施例2的疲劳寿命高于对比例2，其疲劳强度也高于对比例2(其原因是本发明实施例的屈服强度和抗拉强度以及弹性应变高于对比例，如图2所示)。因此，纳米/超细晶304不锈钢抗低周疲劳性能提高。
如图6所示，本发明实施例2纳米/超细晶304不锈钢和对比例2，1mol/L盐酸溶液中的慢应变速率拉伸(应力腐蚀)曲线。从图6可以看出，与对比例2相比，本发明实施例2的屈服和抗拉强度分别高于对比例2的屈服和抗拉强度，且其应力腐蚀敏感性因子(28.7％)低于对比例2(34.0％)。虽然本发明实施例2应力腐蚀的延伸率降低，但在30％以上，30％的延伸率足以满足多数工况需要。因此，纳米/超细晶304不锈钢抗环境断裂(应力腐蚀)性能提高。
如图7所示，本发明实施例3纳米/超细晶304不锈钢和对比例3，24小时800℃氧气(O2)中高温氧化动力学曲线。从图7可以看到，与对比例3相比，本发明实施例3在O2中24小时恒温800℃的高温氧化速率低于对比例3。这说明发明实施例3抗高温氧化性能高于对比例3。
如图8所示，本发明实施例3纳米/超细晶304不锈钢和对比例3，550℃混合熔盐(65％Na2SO4+10％K2SO4+25％NaCl,wt％)40小时热腐蚀动力学曲线。从图8可以看到，与对比例3相比，本发明实施例3在550℃混合熔盐中40小时热腐蚀速率[mg/(h.cm2)，单位时间和表面积氧化膜增重]降低。本发明实施例3无论是在热腐蚀初期(热腐蚀速率快速增加)，还是在热腐蚀中期(热腐蚀速率增加，但增速减少)和后期(氧化膜全覆盖表面，热腐蚀速率减少)，其热腐蚀速率都低于对比例3，且氧化膜更致密。这说明发明实施例3的热腐蚀阻力高于对比例3。
如图9所示，断裂的(应力-应变曲线为图2)发明实施例1在2mol/L盐酸溶液中室温浸泡七天后，其表面发生轻微的点腐蚀(图9a)。但是，断裂的(应力-应变曲线为图2)对比例1，在2mol/L盐酸溶液中室温浸泡七天后，其腐蚀表面有多条沿着拉伸方面的腐蚀沟槽，发生了明显和严重的点腐蚀和局部腐蚀(图9b)。
通过上述本发明实施例，与对比例(普通304不锈钢)相比，本发明获得的纳米/超细晶304不锈钢的拉伸、抗疲劳性能和腐蚀阻力同时提高。本发明技术克服了：(1)304不锈钢的拉伸和抗疲劳性能提高，腐蚀阻力恶化或者不变；(2)腐蚀阻力提高，拉伸和抗疲劳性能降低或者不变两种情况的发生。因此，与普通304不锈钢相比，相同工况条件下，本发明获得的纳米/超细晶304不锈钢在其服役过程中能够实现轻量化、长寿命、节能和环境友好。
对公开实施例的上述说明，是本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域专业技术人员是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，其特征在于，选择普通304不锈钢作为原材料，通过均匀化热处理、连续的大形变和快速热轧和温轧的深度轧制工艺以及室温退火获得高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢，包含如下工艺步骤：
步骤S1：除去普通304不锈钢表面氧化皮和其他杂物；
步骤S2：普通304不锈钢均匀化热处理：1050～1000℃保温3～6小时；
步骤S3：第一道次轧制温度和形变率分别为1000～900℃和20～30％；
步骤S4：第二道次轧制温度和形变率分别为900～800℃和10～20％；
步骤S5：第三道次轧制温度和形变率分别为800～700℃和10～15％；
步骤S6：第四至最终道次形变率和轧制温度，根据前三道次轧制温度和形变率以及普通304不锈钢尺寸决定；
步骤S7：终轧温度和总形变率分别为200～400℃和80～92％，形成纳米/超细晶304不锈钢；
步骤S8：终轧后的纳米/超细晶304不锈钢直接空冷至室温。
2.按照权利要求1所述的高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，其特征在于，第一道次轧制至终轧连续进行，第一道次轧制温度至终轧温度逐渐降低。
3.按照权利要求1所述的高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，其特征在于，纳米/超细晶304不锈钢的晶粒尺寸范围为80～300纳米。
4.按照权利要求1所述的高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，其特征在于，纳米/超细晶304不锈钢的室温拉伸性能指标如下：屈服强度≥600MPa，和抗拉强度≥750MPa，延伸率≥30％。
5.按照权利要求1所述的高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，其特征在于，纳米/超细晶304不锈钢的耐腐蚀性能指标如下：4～6mol/L盐酸溶液中室温浸泡1～7天，1～3mol/L盐酸溶液中室温浸泡30～40天，其腐蚀表面具有致密的氧化膜，不发生点腐蚀。
6.按照权利要求1所述的高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米/超细晶304不锈钢加工方法，其特征在于，纳米/超细晶304不锈钢的耐腐蚀性能指标如下：断裂后的纳米/超细晶304不锈钢在1～3mol/L盐酸溶液中室温浸泡1～7天，发生轻微的点腐蚀。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111538064.3A CN114381588B (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米／超细晶304不锈钢加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111538064.3A CN114381588B (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米／超细晶304不锈钢加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114381588A CN114381588A (zh) | 2022-04-22 |
| CN114381588B true CN114381588B (zh) | 2023-11-10 |
Family
ID=81198622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111538064.3A Active CN114381588B (zh) | 2021-12-15 | 2021-12-15 | 一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米／超细晶304不锈钢加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114381588B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107557670A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-01-09 | 山西太钢不锈钢股份有限公司 | 奥氏体不锈钢及其制备方法与应用 |
| CN107779746A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-03-09 | 上海交通大学 | 超高强度高韧性耐蚀耐氧化超细晶合金钢及其制备方法 |
| CN108531817A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-09-14 | 北京科技大学 | 纳米/超细晶结构超高强塑性奥氏体不锈钢及制备方法 |
| CN109504922A (zh) * | 2018-12-22 | 2019-03-22 | 中南大学 | 一种铜钽抗蚀奥氏体不锈钢及其制备方法 |
| CN110241364A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-09-17 | 东北大学 | 一种高强塑纳米/亚微米晶冷轧304不锈钢带及其制备方法 |
-
2021
- 2021-12-15 CN CN202111538064.3A patent/CN114381588B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107779746A (zh) * | 2017-09-29 | 2018-03-09 | 上海交通大学 | 超高强度高韧性耐蚀耐氧化超细晶合金钢及其制备方法 |
| CN107557670A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-01-09 | 山西太钢不锈钢股份有限公司 | 奥氏体不锈钢及其制备方法与应用 |
| CN108531817A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-09-14 | 北京科技大学 | 纳米/超细晶结构超高强塑性奥氏体不锈钢及制备方法 |
| CN109504922A (zh) * | 2018-12-22 | 2019-03-22 | 中南大学 | 一种铜钽抗蚀奥氏体不锈钢及其制备方法 |
| CN110241364A (zh) * | 2019-07-19 | 2019-09-17 | 东北大学 | 一种高强塑纳米/亚微米晶冷轧304不锈钢带及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114381588A (zh) | 2022-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111346942B (zh) | 一种镍钛形状记忆合金高强度丝材加工方法 | |
| CN112143869A (zh) | 一种抗拉强度为2300~2400MPa淬回火弹簧钢丝制备工艺 | |
| CN114134399B (zh) | 一种节能的高贝氏体含量的高合金工具用钢盘条及其制造方法 | |
| CN114214494B (zh) | 一种不锈钢耐腐蚀性能的表面晶界工程处理方法 | |
| CN110205446A (zh) | 一种g520马氏体沉淀硬化不锈钢热处理方法 | |
| CN114645194A (zh) | 一种高耐蚀性铁素体不锈钢的制备方法 | |
| CN111549211B (zh) | 一种微硼高碳钢盘条的轧制方法 | |
| CN114381588B (zh) | 一种高强度、耐腐蚀和抗疲劳纳米／超细晶304不锈钢加工方法 | |
| CN107267799B (zh) | 一种铬锆铜合金材料及其制备方法 | |
| CN110257720A (zh) | 一种免退火不锈钢板材的生产工艺 | |
| CN111733366B (zh) | 一种含铝冷轧超高强钢及其制备方法、应用 | |
| CN110129699B (zh) | 一种高均匀伸长率GPa级钛及其制备方法 | |
| CN102719651A (zh) | 一种快速感应加热钢丝风冷热处理工艺 | |
| CN113275405A (zh) | 一种twip钢丝直接拉拔成形的方法 | |
| CN112760465A (zh) | 一种410不锈钢热处理方法 | |
| CN111304416A (zh) | 一种2Cr13不锈钢的软化退火热处理方法 | |
| CN109930078A (zh) | 一种高强度高塑性热轧中锰钢及制备方法 | |
| CN118326124A (zh) | 一种增强海工高强钢丝绳用线材拉拔性能的热处理工艺 | |
| CN115612956B (zh) | 一种高塑性亚稳β钛合金板材的冷成型制备方法 | |
| CN114055082B (zh) | 一种钩针用优特钢精密钢带的生产方法 | |
| CN115852283B (zh) | 一种具有双峰组织的高强塑镍基合金板材及其制备方法 | |
| CN114622074B (zh) | 一种奥氏体不锈钢及其热处理工艺和热处理工艺的用途 | |
| CN113695387B (zh) | 一种高碳钢盘条氧化铁皮晶粒尺寸的控制方法 | |
| CN118808368A (zh) | 一种卡套接头用薄壁不锈钢无缝钢管 | |
| CN117265226A (zh) | 一种冷镦轴套用20Cr13不锈钢盘条的生产方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |