CN115074503B - 一种调控含铌奥氏体不锈钢碳化铌分布及尺寸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种调控含铌奥氏体不锈钢碳化铌分布及尺寸的方法，属于奥氏体不锈钢加工技术领域。该方法为：将铸锭或铸坯放入加热炉，在1200‑1260℃均质化处理10h以上；然后直接进行多道次的热变形，单道次的变形量控制在20～30％之间，热加工后水冷至室温。本发明通过均质化+热加工的一体化处理工艺，在控制初生碳化铌尺寸和分布的同时，实现了晶粒尺寸的均匀控制。本发明将初生碳化铌调控为球状/椭球状形貌，单颗粒尺寸<10μm，近似呈均匀分布；同时获得晶粒均匀的热变形组织。可为高性能含铌奥氏体不锈钢锻件、板材、管材等产品提供制备方法。
Description
技术领域：
本发明涉及奥氏体不锈钢加工技术领域，具体涉及一种调控含铌奥氏体不锈钢碳化铌分布及尺寸的方法。
背景技术：
铌稳定化的奥氏体不锈钢，如347、348、316Nb、309Nb、310Nb等，由于其优良的高温力学性能、耐腐蚀性能、成形性能以及焊接工艺性能，被广泛应用于火电、核电等领域。Nb添加将钢中的碳元素固定在碳化铌中，可提高晶间腐蚀性能。与此同时，热处理或高温服役过程中，奥氏体基体中析出细小的碳化铌，可显著改善高温强度、持久性能和抗辐照性能。稳定化奥氏体不锈钢的相关性能与碳化铌的尺寸和分布密切相关，
对于Nb含量≥0.3wt％的稳定化奥氏体不锈钢来说，在凝固过程中会形成初生碳化铌，随着Nb含量的提高，初生碳化铌的数量增加，甚至呈连续网状分布。首先，粗大的初生碳化铌会降低合金的热塑性，造成后期热加工过程中出现开裂现象。其次，初生碳化铌对强度贡献较小，但在变形过程中易成为裂纹源，大大降低力学性能。初生碳化铌的形成也会消耗大量的Nb元素，不利于后期二次碳化铌的析出控制。最后，粗大的碳化铌不利于焊接，易出现焊接裂纹。因此，如何调控含铌奥氏体不锈钢中碳化铌的尺寸和分布，将有利于改善合金的热加工性能、力学性能和焊接性能。
此外，热加工过程中伴随有碳化铌的析出，会抑制热加工过程中的动态再结晶，若工艺和温度控制不当，易出现晶粒不均匀现象。
发明内容：
针对含铌奥氏体不锈钢中碳化铌尺寸和分布的调控问题，本发明的目的是提供一种调控含铌奥氏体不锈钢碳化铌分布及尺寸的方法，通过均质化+热加工的一体化处理工艺，在控制初生碳化铌尺寸和分布的同时，实现了晶粒尺寸的均匀控制。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种调控含铌奥氏体不锈钢碳化铌分布及尺寸的方法，该方法适用的含铌奥氏体不锈钢化学成分，按重量百分比计的化学成分如下：
C≥0.03％；Nb/C≥8；Ni：8.0～15.0％；Cr：16.0～20.0％；Mn≤2.0％；Si≤1.0％；
Mo≤3.0％；Fe及不可避免的残余元素为余量。
一种调控含铌奥氏体不锈钢碳化铌分布及尺寸的工艺方法，具体包括如下步骤：
1)将铸锭、铸坯或锻坯放入加热炉，装炉温度小于700℃，随后加热至1200～1260℃，保温时间≥10h。
2)均质化处理结束后，直接进行多道次的热变形，单道次的变形量控制在20～30％之间，热加工后水冷至室温。
优选的是，在步骤(1)中，均质化处理温度为1240-1260℃。
优选的是，在步骤(1)中，均质化保温时间≥20h。
优选的是，在步骤(2)中，热变形过程中的锻造比或轧制比大于3。
优选的是，在步骤(2)中，采用一火次的热变形。
优选的是，在步骤(2)中，热变形过程中坯料表面温度≥1000℃。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明能够实现初生碳化铌的细小均匀控制，初生碳化铌为球状/椭球状形貌，单颗粒尺寸<10μm，近似呈均匀分布。
2、本发明有效抑制了热变形过程中二次碳化铌的析出，有利于后期热处理或高温服役过程中，细小碳化铌的析出。
3、本发明能够获得晶粒均匀的热变形组织，为获得晶粒均匀的产品奠定基础。
4、本发明的应用为高性能含铌奥氏体不锈钢锻件、板材、管材等产品提供制备方法。
附图说明：
图1为实施例1中含铌奥氏体不锈钢铸坯的金相照片。
图2为实施例1中热轧板材的金相照片。
图3为实施例2中热轧板材的金相照片。
图4为对比例1中热轧板材的金相照片。
图5为对比例2中热轧板材的金相照片。
图6为对比例3中热轧板材的金相照片。
具体实施方式：
下面通过实施例对本发明所述一种调控含铌奥氏体不锈钢碳化铌分布及尺寸的工艺方法予以进一步的说明。
实施例1：
本实施例为制备规格为12mm厚的含铌奥氏体不锈钢板材：
本实施例提供的含铌奥氏体不锈钢的化学成分为(wt.％)：C:0.071％，Nb：0.7％，Ni：10.52％，Cr:17.62％,Mn:1.52％,Mo:0.15％,P:0.006％,S:0.002％余量为Fe。
板材的具体生产工艺步骤如下：
1)熔炼：按照合金成分配比称取原材料，将配制的原料装入50Kg坩埚中，在真空感应炉中熔炼，并浇铸成铸锭，待铸锭完全凝固后，开模取出。
2)在铸锭上切取厚度为40mm厚的样品，将铸锭样品放入加热炉，装炉温度小于700℃，随后加热至1250℃，保温时间为12h。
3)均质化处理结束后，将铸锭迅速放置在二辊热轧机进行多道次的轧制变形，道次变形量分别为：20％、25％、25％，终轧温度不低于1000℃，热轧后水冷至室温，制备出12mm厚板材。
铸锭的金相组织如图1所示，形成了骨架状的初生碳化铌，部分初生碳化铌呈连续分布。热轧态板材的金相组织如图2所示，可见，初生NbC呈球状/椭球状分布，NbC尺寸<10μm，分布较为均匀，同时获得均匀的等轴晶粒组织。
实施例2：
本实施例为制备直径为13mm的含铌奥氏体不锈钢棒材：
本实施例提供的含铌奥氏体不锈钢的化学成分为(wt.％)：C:0.088％，Nb：0.94％，Ni：9.52％，Cr:15.18％,Mn:1.40％,P:0.007％,S:0.0021％余量为Fe。
棒材的具体生产工艺步骤如下：
1)熔炼：按照合金成分配比称取原材料，将配制的原料装入50Kg坩埚中，在真空感应炉中熔炼，并浇铸成铸锭，待铸锭完全凝固后，开模取出。将铸锭开坯锻造成直径为50mm的棒材。
2)将直径为50mm的棒材放入加热炉，装炉温度小于700℃，随后加热至1250℃，保温时间为24h。
3)均质化处理结束后，将铸锭迅速放置在在锤锻机上进行多道次的锻造变形，道次变形量分别为：24％、25％、25％，终锻温度不低于1000℃，锻造后水冷至室温，制备出直径为13mm的棒材。
棒材的金相组织如图3所示，可见，初生NbC呈球状/椭球状分布，NbC尺寸<10μm，分布较为均匀，同时获得均匀的等轴晶粒组织。
对比例1：
使用与实施例1相同的铸锭，在铸锭上切取厚度为40mm厚的样品，经过相同道次的热轧变形，但均质化处理温度和热轧温度为1150℃。
板材的具体生产工艺步骤如下：
1)将铸锭样品放入加热炉，装炉温度小于700℃，随后加热至1150℃，保温时间为12h。
2)均质化处理结束后，将铸锭迅速放置在二辊热轧机进行多道次的轧制变形，道次变形量分别为：20％、25％、25％，终轧温度不低于900℃，热轧后水冷至室温，制备出12mm厚板材。
热轧态板材的金相组织如图4所示，可见，初生NbC呈条带状分布，晶粒呈拉长状，晶界上分布着数量较多的二次析出相。
对比例2：
使用与实施例相同的铸锭，在铸锭上切取厚度为40mm厚的样品，经过相同的均质化处理，但热轧变形温度为1150℃。板材的具体生产工艺步骤如下：
1)将铸锭样品放入加热炉，装炉温度小于700℃，随后加热至1250℃，保温时间为12h，随后空冷至室温
2)将铸锭样品加热至1150℃，保温2h，在二辊热轧机进行多道次的轧制变形，道次变形量分别为：20％、25％、25％，终轧温度不低于900℃，热轧后水冷至室温，制备出12mm厚板材。
热轧态板材的金相组织如图5所示，可见，初生NbC呈条带状分布，晶粒呈拉长状，晶界上分布着数量较多的二次析出相。
对比例3：
使用与实施例相同的铸锭，在铸锭上切取厚度为40mm厚的样品，经相同的均质化处理，轧制过程中的热轧温度相同，但道次变形量不同。板材的具体生产工艺步骤如下：
1)将铸锭样品放入加热炉，装炉温度小于700℃，随后加热至1250℃，保温时间为12h。
2)均质化处理结束后，将铸锭迅速放置在二辊热轧机进行多道次的轧制变形，道次变形量分别为：10％、15％、15％、15％、15％，终轧温度不低于1000℃，热轧后水冷至室温，制备出12mm厚板材。
热轧态板材的金相组织如图6所示，可见，初生NbC相对均匀，晶粒尺寸不均匀，出现不规则形状的较大晶粒，晶界上分布着一定量的二次析出相。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，目的在于让本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。除以上实施方式之外，还可以存在材料化学成分、热变形方式、均质化温度、热变形温度等的变形，这些等同技术方案也应当在其保护范围之内。
Claims (3)
1.一种调控含铌奥氏体不锈钢碳化铌分布及尺寸的方法，其特征在于：按重量百分比计，该方法适用的含铌奥氏体不锈钢的化学成分为：C≥0.03％；Nb/C≥8；Ni：8.0～15.0％；Cr：16.0～20.0％；Mn≤1.52％；Si≤1.0％；Mo≤3.0％；Fe及不可避免的残余元素为余量；该方法包括以下步骤：
1)均质化处理：将含铌奥氏体不锈钢的铸锭、铸坯或锻坯放入加热炉，装炉温度小于700℃，随后加热至均质化处理温度1240-1260℃，保温时间≥10h；
2)热加工：均质化处理结束后，直接进行多道次的热变形，热变形过程中坯料表面温度≥1000℃，单道次的变形量控制在20～30％之间，采用一火次的热变形，热变形过程中的锻造比或轧制比大于3，热加工后水冷至室温；
热加工后初生NbC呈球状/椭球状分布，初生NbC单颗粒尺寸<10μm，分布均匀，同时获得均匀的等轴晶粒组织。
2.按照权利要求1所述的调控含铌奥氏体不锈钢碳化铌分布及尺寸的方法，其特征在于：步骤1)中的均质化保温时间≥20h。
3.按照权利要求1所述的调控含铌奥氏体不锈钢碳化铌分布及尺寸的方法，其特征在于：该方法在控制初生碳化铌尺寸和分布的同时，实现了晶粒尺寸的均匀控制。
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