CN114622074A - 一种奥氏体不锈钢及其热处理工艺和热处理工艺的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热处理领域，具体为一种奥氏体不锈钢及其热处理工艺和热处理工艺的用途，对奥氏体不锈钢现有极速升温与极速冷却的热处理工艺进行改进，首先对奥氏体不锈钢板材进行冷塑性变形获得冷轧带，随后采用慢速升温+急速冷却的热处理工艺，配合合适的退火处理温度和保温时间，对奥氏体不锈钢冷轧带进行处理，制备得到的奥氏体不锈钢具有纳米‑微米双峰晶粒组织，其硬度≥320HV，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥12%，解决奥氏体不锈钢晶粒尺寸跨尺度分布，强韧性差、硬度分布不均的缺陷，实现奥氏体不锈钢高性能的组合，可以降低生产工艺对于设备的要求，提升强度、硬度，也保留奥氏体不锈钢高延伸率的力学性能，实现钢铁企业的大规模生产，满足市场的需要和生产需求。

Description

一种奥氏体不锈钢及其热处理工艺和热处理工艺的用途
技术领域
本发明涉及热处理领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢及其热处理工艺和热处理工艺的用途。
背景技术
奥氏体不锈钢有着优异的力学性能，良好的加工性能以及耐腐蚀等特性，在不锈钢产量与应用量中均占50%以上，成为目前应用最为成功的一类不锈钢。
近年来，奥氏体不锈钢在我国也已经有了很大发展，被应用于生活的多个领域，随着社会经济的发展，低碳环保越来越被重视，不锈钢的发展已经不再偏向增加产量，而是希望能够通过工艺优化组织继而提高力学性能。传统的奥氏体不锈钢虽然具有高塑性、良好的切削加工性能，但是奥氏体不锈钢的低硬度、较差的抗拉强度限制了奥氏体不锈钢广泛的应用前景，针对这些现存的问题，该领域的学者不断探索新的工艺，以求在提升强度、硬度的同时还能使奥氏体不锈钢保持原有的良好的塑性。
目前奥氏体不锈钢强化方法有形变强化、固溶强化、相变强化、细晶强化等强化方式，其中细晶强化相比其他几类强化方式能让奥氏体不锈钢在提升强度和硬度的同时拥有较好的塑性，因此，奥氏体不锈钢的晶粒细化一直是该方向的研究的热点。
最近一种较为先进的热处理工艺被广泛应用于奥氏体不锈钢晶粒的细化，该方法采用极大程度的冷变形奥氏体不锈钢，然后通过极速升温与极速冷却的热处理退火工艺去实现不锈钢中的奥氏体晶粒细化，该方法需要将不锈钢中的奥氏体通过冷轧相变全部诱发生成形变马氏体，这种马氏体拥有密度很高的位错，在后续高温退火过程中，短时间内生成细晶奥氏体，然后以极快的冷却速率冷却至室温，但是这种工艺对于设备要求较为苛刻，冷轧阶段几乎需要将全部奥氏体组织转变为高密度位错的马氏体块，而且退火条件要求以200℃/s的加热速率实现快速升温和冷却，不利于国内大型设备的批量生产，极大的限制了奥氏体不锈钢的生产与应用。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于，提供一种奥氏体不锈钢及其热处理工艺和热处理工艺的用途。本发明通过热处理工艺在奥氏体不锈钢中获得由纳米级晶粒与微米级晶粒形成的双峰晶粒组织结构，该结构利用纳米级晶粒与微米级晶粒的协同作用，其中纳米级晶粒提供奥氏体不锈钢所需的强度与硬度，微米级晶粒提供奥氏体不锈钢良好的塑性，解决了奥氏体不锈钢晶粒尺寸跨尺度分布，强韧性差、硬度分布不均的缺陷，实现了奥氏体不锈钢高强度-高硬度-高塑性的优异性能组合。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种奥氏体不锈钢热处理工艺，包括如下步骤：
（1）对奥氏体不锈钢板材进行冷塑性变形获得冷轧带，改变组织组成，为后续热处理工艺做组织准备；
（2）采用慢速升温+急速冷却的热处理工艺对经冷塑性变形后奥氏体不锈钢冷轧带进行工业化退火，制备得到的奥氏体不锈钢具有纳米-微米双峰晶粒组织。
进一步地，所述步骤（1）具体包括如下步骤：
（1.1）将奥氏体不锈钢板材置于大型轧机下轧制，期间选取固定位置多点测试板材轧制温度，保证板材温度保持在常温，避免因轧制产生的高温影响轧制组织；
（1.2）轧制需要经过多道次累积，每道次轧制过程中控制相应的变形量，首道次与末道次变形量大于中间道次变形量，通过多次轧制获得总压下率为50%-70%的奥氏体不锈钢冷轧带。
进一步地，所述步骤（2）具体包括如下步骤：
（2.1）经步骤（1.2）获得的奥氏体不锈钢冷轧带放入加热炉内，慢速升温至700-750℃进行处理，保温时间为5-15min，所述慢速升温的升温速率为10-40℃/min；
（2.2）出炉后采用急速冷却方式使热处理后的奥氏体不锈钢冷却至室温，所述急速冷却的冷却速率为250-300℃/s。
进一步地，所述步骤（2）中，所述慢速升温的升温速率为10-30℃/min。
进一步地，所述步骤（2）中，所述急速冷却的冷却速率为270-300℃/s。
进一步地，所述步骤（2）中，慢速升温至720-750℃进行处理，保温时间为12-15min。
为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种奥氏体不锈钢，采用上述热处理工艺制备得到，其硬度≥320HV，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥12%。
进一步地，所述奥氏体不锈钢组织为纳米-微米双峰晶粒组织，纳米组织尺寸为550-650nm，微米组织尺寸为1-2μm。
进一步地，所述奥氏体不锈钢为301奥氏体不锈钢、304奥氏体不锈钢或316奥氏体不锈钢。
为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明还提供了如下技术方案：
上述热处理工艺在301奥氏体不锈钢、304奥氏体不锈钢或316奥氏体不锈钢制备工艺中的用途。
相对于现有技术，本发明具有如下技术效果：
本发明对奥氏体不锈钢现有极速升温与极速冷却的热处理工艺进行改进，首先对奥氏体不锈钢板材进行一定量的冷塑性变形获得冷轧带，随后采用慢速升温+急速冷却的热处理工艺，配合合适的退火处理温度和保温时间，对奥氏体不锈钢冷轧带进行处理，制备得到的奥氏体不锈钢具有纳米-微米双峰晶粒组织，其硬度≥320HV，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥12%，解决了奥氏体不锈钢强度、硬度较低的性能缺陷，实现奥氏体不锈钢高性能的组合，不但可以降低生产工艺对于设备的要求，而且提升强度、硬度，也保留了奥氏体不锈钢高延伸率的力学性能，实现了钢铁企业的大规模生产，满足了市场的需要和生产需求。
附图说明
图1为实施例1的纳米-微米双峰晶粒组织微观图；
图2为实施例1的纳米-微米双峰晶粒组织微观图；
图3为实施例2的纳米-微米双峰晶粒组织微观图；
图4为实施例3的纳米-微米双峰晶粒组织微观图；
图5为对比例1的纳米晶粒组织微观图；
图6为对比例1的纳米晶粒组织微观图；
图7为对比例2的微米晶粒组织微观图；
图8为对比例3的微米晶粒组织微观图；
图9为对比例4的微米晶粒组织微观图；
图10为对比例5的微米晶粒组织微观图。
具体实施方式
为了更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。
实施例1
一种301奥氏体不锈钢的热处理工艺：
奥氏体不锈钢板材在大型轧机下经多道次冷轧，控制总压下率为70%；
奥氏体不锈钢冷轧带放入加热炉内，慢速升温至750℃进行处理，保温时间为10min，所述慢速升温的升温速率为10℃/min；
出炉后采用急速冷却方式使热处理后的奥氏体不锈钢冷却至室温，所述急速冷却的冷却速率为300℃/s，得到纳米-微米双峰晶粒组织，如图1-2所示。
实施例2
与实施例1不同的是，控制总压下率为60%，所述慢速升温的升温速率为15℃/min，慢速升温至700℃进行处理，保温时间为15min，纳米-微米双峰晶粒组织如图3所示。
实施例3
与实施例1不同的是，控制总压下率为50%，所述慢速升温的升温速率为30℃/min，慢速升温至720℃进行处理，保温时间为12min，纳米-微米双峰晶粒组织如图4所示。
对比例1
与实施例1不同的是，加热速率为200℃/s，保温时间为100s，对比例1组织如图5、6所示。
对比例2
与实施例1不同的是，慢速升温至800℃进行处理，对比例2组织如图7所示。
对比例3
与实施例1不同的是，保温时间为20min，对比例3组织如图8所示。
对比例4
与实施例1不同的是，控制总压下率为80%，对比例4组织如图9所示。
对比例5
与实施例1不同的是，冷却速率为8℃/s，对比例5组织如图10所示。
本发明的具体实施例1-3、对比例1-5制备的奥氏体不锈钢的性能如下表所示：
硬度(HV) 抗拉强度(MPa) 延伸率（%）
实施例1 340 1149 14%
实施例2 332 1174 13%
实施例3 330 1135 13%
对比例1 318 1440 12%
对比例2 274 900 18%
对比例3 280 940 15%
对比例4 309 1200 14%
对比例5 295 1050 12%
由图1-图10分析可知，实施例1-3的热处理工艺制备出的试样观察到明显的纳米-微米双峰晶粒组织。
而对比例1中，即使是短暂的退火时间下，以极快速的升温速率退火后，试样亦能观察到均匀分布的纳米晶组织。
对比例2中，提高退火温度后，晶粒均匀分布，与实施例1相比，晶粒长大明显，未能获得双峰组织；
对比例3中，延长了退火时间，与实施例1相比，晶粒开始长大，晶粒尺寸趋于均匀，未能获得双峰组织；
对比例4中采用更大的冷轧总压下率，与实施例1相比，获得的晶粒尺寸分布较为均匀，未能获得双峰组织结构；
对比例5中采用相对较慢的冷却速率，与实施例1相比，逆转变的纳米晶粒出现长大现象，整体晶粒尺寸偏大，导致双峰结构不明显。
综上分析结果表明，实施例1-3制备出的具有纳米-微米双峰晶粒组织的奥氏体不锈钢获得了高强度-高硬度-高塑性优异性能组合，而较大的冷轧总压下率不能获得双峰组织结构，极快的升温速率会使晶粒均匀化，得到均匀纳米晶粒组织，提高温度、延长时间都会出现晶粒明显长大现象，较慢的冷却速率会导致双峰结构不明显。
本发明各实施例和现有技术相比存在如下优势：首先对奥氏体不锈钢板材进行一定量的冷塑性变形获得冷轧带，随后以慢速升温+急速冷却的工艺配合合适的退火处理温度和保温时间，解决了生产工艺对设备条件苛刻的问题，能够采用大型热处理设备批量生产纳米-微米双峰组织奥氏体不锈钢，解决了奥氏体不锈钢晶粒尺寸跨尺度分布，强韧性差、硬度分布不均的缺陷，满足了当下对于高强度-高硬度-高塑性优异性能组合的奥氏体不锈钢的市场需求。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种奥氏体不锈钢热处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）对奥氏体不锈钢板材进行冷塑性变形获得冷轧带，改变组织组成，为后续热处理工艺做组织准备；
所述步骤（1）具体包括如下步骤：
（1.1）将奥氏体不锈钢板材置于大型轧机下轧制，期间选取固定位置多点测试板材轧制温度，保证板材温度保持在常温；
（1.2）轧制需要经过多道次累积，每道次轧制过程中控制相应的变形量，首道次与末道次变形量大于中间道次变形量，通过多次轧制获得总压下率为50%-70%的奥氏体不锈钢冷轧带;
（2）采用慢速升温+急速冷却的热处理工艺对经冷塑性变形后奥氏体不锈钢冷轧带进行工业化退火，制备得到的奥氏体不锈钢具有纳米-微米双峰晶粒组织；
所述步骤（2）具体包括如下步骤：
（2.1）经步骤（1.2）获得的奥氏体不锈钢冷轧带放入加热炉内，慢速升温至700-750℃进行处理，保温时间为5-15min，所述慢速升温的升温速率为10-40℃/min；
（2.2）出炉后采用急速冷却方式使热处理后的奥氏体不锈钢冷却至室温，所述急速冷却的冷却速率为250-300℃/s。
2.如权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于，所述步骤（2）中，所述慢速升温的升温速率为10-30℃/min。
3.如权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于，所述步骤（2）中，所述急速冷却的冷却速率为270-300℃/s。
4.如权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于，所述步骤（2）中，慢速升温至720-750℃进行处理，保温时间为12-15min。
5.如权利要求1所述的热处理工艺，其特征在于，经过所述热处理工艺制备得到的奥氏体不锈钢硬度≥320HV，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥12%。
6.一种奥氏体不锈钢，其特征在于，采用权利要求1-5任一项所述的热处理工艺制备得到，其硬度≥320HV，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥12%。
7.如权利要求6所述的奥氏体不锈钢，其特征在于，奥氏体不锈钢组织为纳米-微米双峰晶粒组织，纳米组织尺寸为550-650nm，微米组织尺寸为1-2μm。
8.如权利要求6所述的奥氏体不锈钢，其特征在于，所述奥氏体不锈钢为301奥氏体不锈钢、304奥氏体不锈钢或316奥氏体不锈钢。
9.权利要求1-5任一项所述热处理工艺在301奥氏体不锈钢、304奥氏体不锈钢或316奥氏体不锈钢制备工艺中的用途。
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