CN115125377A - 一种高韧性不锈钢板及其加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高韧性不锈钢板及其加工工艺，包括以下工艺：（1）取不锈钢基体，在其上表面和下表面涂布不锈钢粉，固溶，在氮气保护气氛中热轧，冷轧，退火，得到基板；（2）取不锈钢熔覆料，在基板的上表面和下表面进行激光熔覆，热处理，得到不锈钢板；所述不锈钢熔覆料包括不锈钢丝、不锈钢粉。本发明通过在不锈钢基体表面涂覆不锈钢粉末进行轧制、热处理，再进行丝粉协同激光熔覆，形成具有多层不同晶相结构的不锈钢板，通过马氏体、奥氏体、铁素体间的层状配合，使得所制不锈钢板同时具备优异的强度和韧性。
Description
技术领域
本发明涉及不锈钢板加工技术领域，具体为一种高韧性不锈钢板及其加工工艺。
背景技术
不锈钢由于其同时具备优秀的耐蚀性、强度和韧性，普遍应用于各种领域、设施中。随着社会的发展和经济的进步，对不锈钢的性能要求也在不断提高。面对复杂的运用条件，单相不锈钢也逐渐向多相、亚稳不锈钢体系发展、转变，表现出更为优异的综合性能。如马氏体作为高强高硬度相，能够提高不锈钢板的强度，但若含量过多会导致脆化，而奥氏体在变形过程中能够表现出良好的塑韧性，但会造成不锈钢板强度的降低。因此，我们提出一种高韧性不锈钢板及其加工工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高韧性不锈钢板及其加工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高韧性不锈钢板的加工工艺，包括以下工艺：
（1）取不锈钢基体，在其上表面和下表面涂布不锈钢粉，固溶处理，在氮气保护气氛中热轧，冷轧，退火，得到基板；
（2）取不锈钢熔覆料，在基板的上表面和下表面进行激光熔覆，热处理，得到不锈钢板；
所述不锈钢熔覆料包括不锈钢丝、不锈钢粉；所述不锈钢基体、不锈钢丝为马氏体不锈钢，不锈钢粉为奥氏体不锈钢。
进一步的，所述不锈钢基体、不锈钢丝的成分相同，包括以下重量成分：C：0.10～0.15%，S：0.00～0.030%，P：0.00～0.035%，Cr：11.50～13.00%，Mn：0.80～1.00%，Si：0.50～1.00%，Ni：0.40～0.60%，余量为Fe。
进一步的，所述不锈钢粉包括以下重量成分：C：0.06～0.08%，Si：0.68～1.00%，Mn：1.35～2.00%，S：0.00～0.030%，P：0.00～0.035%，Cr：17.00～20.00%，Ni：8.00～10.50%，余量为Fe。
进一步的，所述（2）中不锈钢丝、不锈钢粉的质量比为（10～15）:1。
进一步的，所述不锈钢基体的厚度为1.0～2.5mm；不锈钢丝的直径为1.0～1.2mm；不锈钢粉的平均粒径为45～120μm。
所述不锈钢基体由铸锭经1200℃加热，锻造成板坯。
进一步的，所述（1）中的固溶工艺为：于1050～1120℃温度下，固溶处理1.5～2h。
进一步的，所述（1）中的热轧工艺为：氮气保护气氛，初始热轧温度为1150～1160℃，保温时间36～40min，终止热轧温度为1070～1080℃，保温时间25～30min；水冷至室温。
进一步的，所述（1）中的冷轧工艺为：以7～8℃/min的升温速率升温至1030～1050℃，保温22～26min，出炉冷轧，冷轧温度380～390℃；冷轧变形量为48～60%。
进一步的，所述（1）中的退火工艺为：300～350℃，保温2～4h，空冷至室温。对基板进行去应力退火。
进一步的，所述（1）中不锈钢粉的涂布厚度为1.0～3.0mm。
在上述技术方案中，在不锈钢基体的表面设置成分不同的不锈钢粉，并进行热轧、冷轧、后续的热处理等工艺，在基板加工成型的同时，将马氏体不锈钢基体与不锈钢粉末制备的奥氏体-铁素体双相层面结合，能缓解不锈钢基体的对应力敏感，同时提高所制基板的强度、塑性和抗冲击能力。在轧制、热处理过程中，不锈钢基体中的残余奥氏体受应变诱导相变形成马氏体，提高了所制基板的强度，受热处理逆转变形，形成奥氏体，具有高缺陷密度，使得所制基板同时具有马氏体的强化能力和奥氏体的韧性，能够有效提高其抗冲击能力，体现较好的低温韧性。不锈钢粉末中的奥氏体发生相变、铁素体进行再结晶，二者相互竞争，铁素体在晶界上受新生奥氏体对再结晶铁素体的钉扎和限制，使得铁素体的晶粒尺寸减小，晶粒细化，提高了所制基板的强度；同时相界增多、相变引起晶粒尺寸的不均匀，使得所制基板的强度、韧性提高；轧制变形过程中，基体产生背应力诱导位错的塞积和储存，提高了强度和延伸率；因奥氏体、铁素体、马氏体热膨胀系数的不同，使其在冷却过程中的体积变化不同，存在微观小变形，能够在一定程度上提高所制基板的强度。在不锈钢基体和不锈钢粉末的结合界面上，粉末受轧制变形的作用嵌入基体中，在界面处形成位错结构，能够提高界面结合力，并能够防止金属间化合物和碳化物的生成，强化界面，提高所制基板的抗冲击抗裂纹能力。
在上述技术方案中，在基板进行去应力退火后，取不锈钢熔覆料，利用不锈钢丝、不锈钢粉，在（1）中得到的不锈钢基体的上表面和下表面依次进行丝粉协同激光熔覆，形成共熔层面，并经过热处理，使得共熔层面同时具有铁素体-马氏体-奥氏体三相组织，在保持所制不锈钢板延伸率的同时，通过钉扎位错对其强度、硬度进行了提高，表现出良好的表面硬度和整体强韧性。至此，形成具有多层不同晶相结构的不锈钢板，通过马氏体、奥氏体、铁素体间的层状配合，使得所制不锈钢板同时具备优异的强度和韧性。
进一步的，所述（2）中的激光熔覆工艺为：激光功率2000～2800W，光斑直径3mm，扫描速率38～45mm/s，搭接率45～55%，不锈钢丝的送丝速率27～30mm/s，不锈钢粉的进料速率1.5～1.8mm/s；同时超声辅助，超声功率800～1200W，输出频率39～41kHz，振幅80～120μm；基板温度为80～150℃。
进一步的，激光熔覆的保护气氛为氩气和二氧化碳，二氧化碳的质量分数为1.5～2.5%，气体流量20～27L/min。
进一步的，所述（2）中激光熔覆后，冷却速率为105～108K/s。
进一步的，所述（2）中的热处理工艺为：于1010～1050℃温度下，保温处理20～22min，水冷至室温；于710～750℃温度下，退火处理14～18min，水冷至室温。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的高韧性不锈钢板及其加工工艺，通过在不锈钢基体表面涂覆不锈钢粉末进行轧制、热处理，再进行丝粉协同激光熔覆，形成具有多层不同晶相结构的不锈钢板，通过马氏体、奥氏体、铁素体间的层状配合，使得所制不锈钢板同时具备优异的强度和韧性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
（1）取不锈钢基体，在其上表面和下表面涂布不锈钢粉，不锈钢粉的涂布厚度为1.0mm，固溶，固溶工艺为：于1050℃温度下，固溶处理1.5h；在氮气保护气氛中热轧，热轧工艺为：初始热轧温度为1150℃，保温时间36min，终止热轧温度为1070℃，保温时间25min；水冷至室温；冷轧，冷轧工艺为：以7℃/min的升温速率升温至1030℃，保温22min，出炉冷轧，冷轧温度380℃；冷轧变形量为48%；退火，退火工艺为：300℃，保温2h，空冷至室温，得到基板；
（2）取不锈钢熔覆料，在基板的上表面和下表面进行激光熔覆，不锈钢熔覆料包括不锈钢丝、不锈钢粉，不锈钢丝、不锈钢粉的质量比为10:1；在基板的表面进行激光熔覆，激光熔覆工艺为：激光功率2000W，光斑直径3mm，扫描速率38mm/s，搭接率45%，不锈钢丝的送丝速率27mm/s，不锈钢粉的进料速率1.5mm/s，激光能量87.96J/mm3；同时超声辅助，超声功率800W，输出频率39kHz，振幅80μm；基板温度为80℃；激光熔覆的保护气氛为氩气和二氧化碳，二氧化碳的质量分数为1.5%，气体流量20L/min；热处理，热处理工艺为：于1010℃温度下，保温处理20min，水冷至室温；于710℃温度下，退火处理14min，水冷至室温，得到不锈钢板；
不锈钢基体、不锈钢丝包括以下重量成分：C：0.10%，S：0.029%，P：0.035%，Cr：11.51%，Mn：0.80%，Si：0.72%，Ni：0.44%，余量为Fe；
不锈钢粉包括以下重量成分：C：0.06%，Si：0.70%，Mn：1.40%，S：0.030%，P：0.035%，Cr：17.00%，Ni：8.00%，余量为Fe；
不锈钢基体的厚度为2.0mm；不锈钢丝的直径为1.0mm；不锈钢粉的平均粒径为45μm。
实施例2
（1）取不锈钢基体，在其上表面和下表面涂布不锈钢粉，不锈钢粉的涂布厚度为2.0mm，固溶，固溶工艺为：于10800℃温度下，固溶处理1.8h；在氮气保护气氛中热轧，热轧工艺为：初始热轧温度为1155℃，保温时间38min，终止热轧温度为1075℃，保温时间27min；水冷至室温；冷轧，冷轧工艺为：以7.5℃/min的升温速率升温至1050℃，保温24min，出炉冷轧，冷轧温度385℃；冷轧变形量为55%；退火，退火工艺为：320℃，保温3h，空冷至室温，得到基板；
（2）取不锈钢熔覆料，在基板的上表面和下表面进行激光熔覆，不锈钢熔覆料包括不锈钢丝、不锈钢粉，不锈钢丝、不锈钢粉的质量比为12:1；在基板的表面进行激光熔覆，激光熔覆工艺为：激光功率2400W，光斑直径3mm，扫描速率40mm/s，搭接率50%，不锈钢丝的送丝速率28mm/s，不锈钢粉的进料速率1.6mm/s，激光能量87.96J/mm3；同时超声辅助，超声功率1000W，输出频率40kHz，振幅100μm；基板温度为120℃；激光熔覆的保护气氛为氩气和二氧化碳，二氧化碳的质量分数为2.0%，气体流量25L/min；热处理，热处理工艺为：于1030℃温度下，保温处理21min，水冷至室温；于730℃温度下，退火处理16min，水冷至室温，得到不锈钢板；
不锈钢基体、不锈钢丝包括以下重量成分：C：0.12%，S：0.020%，P：0.027%，Cr：12.20%，Mn：0.90%，Si：0.80%，Ni：0.50%，余量为Fe；
不锈钢粉包括以下重量成分：C：0.07%，Si：0.80%，Mn：1.60%，S：0.020%，P：0.021%，Cr：18.20%，Ni：9.50%，余量为Fe；
不锈钢基体的厚度为2.0mm；不锈钢丝的直径为1.0mm；不锈钢粉的平均粒径为85μm。
实施例3
（1）取不锈钢基体，在其上表面和下表面涂布不锈钢粉，不锈钢粉的涂布厚度为3.0mm，固溶，固溶工艺为：于1120℃温度下，固溶处理2h；在氮气保护气氛中热轧，热轧工艺为：初始热轧温度为1160℃，保温时间40min，终止热轧温度为1080℃，保温时间30min；水冷至室温；冷轧，冷轧工艺为：以8℃/min的升温速率升温至1050℃，保温26min，出炉冷轧，冷轧温度390℃；冷轧变形量为60%；退火，退火工艺为：350℃，保温4h，空冷至室温，得到基板；
（2）取不锈钢熔覆料，在基板的上表面和下表面进行激光熔覆，不锈钢熔覆料包括不锈钢丝、不锈钢粉，不锈钢丝、不锈钢粉的质量比为15:1；在基板的表面进行激光熔覆，激光熔覆工艺为：激光功率2800W，光斑直径3mm，扫描速率45mm/s，搭接率55%，不锈钢丝的送丝速率30mm/s，不锈钢粉的进料速率1.8mm/s，激光能量87.96J/mm3；同时超声辅助，超声功率1200W，输出频率41kHz，振幅120μm；基板温度为150℃；激光熔覆的保护气氛为氩气和二氧化碳，二氧化碳的质量分数为2.5%，气体流量27L/min；热处理，热处理工艺为：于1050℃温度下，保温处理22min，水冷至室温；于750℃温度下，退火处理18min，水冷至室温，得到不锈钢板；
不锈钢基体、不锈钢丝包括以下重量成分：C：0.15%，S：0.010%，P：0.027%，Cr：13.00%，Mn：1.00%，Si：1.00%，Ni：0.60%，余量为Fe；
不锈钢粉包括以下重量成分：C：0.08%，Si：1.00%，Mn：2.00%，S：0.024%，P：0.020%，Cr：20.00%，Ni：10.50%，余量为Fe；
不锈钢基体的厚度为2.0mm；不锈钢丝的直径为1.2mm；不锈钢粉的平均粒径为120μm。
对比例1
（1）取不锈钢基体，在其上表面和下表面涂布不锈钢粉，不锈钢粉的涂布厚度为1.0mm，在氮气保护气氛中热轧，热轧工艺为：初始热轧温度为1150℃，保温时间36min，终止热轧温度为1070℃，保温时间25min；水冷至室温；冷轧，冷轧工艺为：以7℃/min的升温速率升温至1030℃，保温22min，出炉冷轧，冷轧温度380℃；冷轧变形量为48%；退火，退火工艺为：300℃，保温2h，空冷至室温，得到基板；
工艺（2）、其他参数与实施例1相同，得到不锈钢板。
对比例2
（1）取不锈钢基体，在其上表面和下表面涂布不锈钢粉，不锈钢粉的涂布厚度为1.0mm，在氮气保护气氛中冷轧，冷轧工艺为：以7℃/min的升温速率升温至1030℃，保温22min，出炉冷轧，冷轧温度380℃；冷轧变形量为48%；退火，退火工艺为：300℃，保温2h，空冷至室温，得到基板；
工艺（2）、其他参数与实施例1相同，得到不锈钢板。
对比例3
（1）取不锈钢基体，在其上表面和下表面涂布不锈钢粉，不锈钢粉的涂布厚度为1.0mm，退火，退火工艺为：300℃，保温2h，空冷至室温，得到基板；
工艺（2）、其他参数与实施例1相同，得到不锈钢板。
对比例4
（2）取不锈钢粉A，在基板的上表面和下表面进行激光熔覆，激光熔覆工艺为：激光功率2000W，光斑直径3mm，扫描速率38mm/s，搭接率45%，不锈钢丝的送丝速率27mm/s，不锈钢粉的进料速率1.5mm/s，激光能量87.96J/mm3；同时超声辅助，超声功率800W，输出频率39kHz，振幅80μm；基板温度为80℃；激光熔覆的保护气氛为氩气和二氧化碳，二氧化碳的质量分数为1.5%，气体流量20L/min；热处理，热处理工艺为：于1010℃温度下，保温处理20min，水冷至室温；于710℃温度下，退火处理14min，水冷至室温，得到不锈钢板；
工艺（1）与对比例3相同，得到不锈钢板。
不锈钢基体、不锈钢粉A包括以下重量成分：C：0.10%，S：0.029%，P：0.035%，Cr：11.51%，Mn：0.80%，Si：0.72%，Ni：0.44%，余量为Fe；
不锈钢粉包括以下重量成分：C：0.06%，Si：0.70%，Mn：1.40%，S：0.030%，P：0.035%，Cr：17.00%，Ni：8.00%，余量为Fe；
不锈钢基体的厚度为2.0mm；不锈钢粉的平均粒径为45μm。
对比例5
取不锈钢基体，在其上表面和下表面涂布不锈钢粉，不锈钢粉的涂布厚度为1.0mm，退火，退火工艺为：300℃，保温2h，空冷至室温，制得不锈钢板。
不锈钢基体包括以下重量成分：C：0.10%，S：0.029%，P：0.035%，Cr：11.51%，Mn：0.80%，Si：0.72%，Ni：0.44%，余量为Fe；
不锈钢粉包括以下重量成分：C：0.06%，Si：0.70%，Mn：1.40%，S：0.030%，P：0.035%，Cr：17.00%，Ni：8.00%，余量为Fe；
不锈钢基体的厚度为2.0mm；不锈钢粉的平均粒径为45μm。
实验
取实施例1-3、对比例1-5中得到的不锈钢板，制得试样，分别对其性能进行检测并记录检测结果：
屈服强度、延伸率：根据GB/T 228.1-2021中的室温试样方法，在万能力学试验机上进行试验，拉伸速率0.3mm/min，试样尺寸52mm×10mm，检测试样发生0.2%的塑性变形时的应力值和拉伸断裂后的总变形与原长度之比的百分数，记为屈服强度、延伸率；
室温冲击功：根据GB/T 229-227，试样尺寸10mm×1mm，开45°V型缺口，缺口深度为2mm，检测试样折断时，单位截面积所吸收的能量。
根据上表中的数据，可以清楚得到以下结论：
实施例1-3中得到的不锈钢板与对比例1-5中得到的不锈钢板形成对比，检测结果可知：
与对比例5相比，实施例1-3中得到的不锈钢板；其强度、延伸率、冲击功数据明显较为优异；这充分说明了本申请实现了对所制不锈钢板强度、韧性和抗冲击综合性能的提高；
与实施例1相比，对比例1中得到的不锈钢板，删除了固溶工艺；对比例2中得到的不锈钢板在对比例1的基础上删除了热轧工艺；对比例2中得到的不锈钢板，在对比例2的基础上删除了冷轧工艺；与对比例3相比，对比例4中得到的不锈钢板，删除了不锈钢丝的设置，并将不锈钢粉成分替换；使得对比例1-4中得到的不锈钢板，其强度、延伸率、冲击功数据劣化；可知，本申请对所制不锈钢板的工艺及其所需成分的设置，能够提高其强度、韧性和抗冲击等综合性能。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程方法物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程方法物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改等同替换改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高韧性不锈钢板的加工工艺，其特征在于：包括以下工艺：
（1）取不锈钢基体，在其上表面和下表面涂布不锈钢粉，固溶处理，在氮气保护气氛中热轧，冷轧，退火，得到基板；
（2）取不锈钢熔覆料，在基板的上表面和下表面进行激光熔覆，热处理，得到不锈钢板；
所述不锈钢熔覆料包括不锈钢丝、不锈钢粉；所述不锈钢基体、不锈钢丝为马氏体不锈钢，不锈钢粉为奥氏体不锈钢。
2.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢板的加工工艺，其特征在于：所述不锈钢基体、不锈钢丝的成分相同，包括以下重量成分：C：0.10～0.15%，S：0.00～0.030%，P：0.00～0.035%，Cr：11.50～13.00%，Mn：0.80～1.00%，Si：0.50～1.00%，Ni：0.40～0.60%，余量为Fe。
3.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢板的加工工艺，其特征在于：所述不锈钢粉包括以下重量成分：C：0.06～0.08%，Si：0.68～1.00%，Mn：1.35～2.00%，S：0.00～0.030%，P：0.00～0.035%，Cr：17.00～20.00%，Ni：8.00～10.50%，余量为Fe。
4.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢板的加工工艺，其特征在于：所述（2）中不锈钢丝、不锈钢粉的质量比为（10～15）:1。
5.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢板的加工工艺，其特征在于：所述不锈钢基体的厚度为1.0～2.5mm；不锈钢丝的直径为1.0～1.2mm；不锈钢粉的平均粒径为45～120μm。
6.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢板的加工工艺，其特征在于：所述（1）中的热轧工艺为：氮气保护气氛，初始热轧温度为1150～1160℃，保温时间36～40min，终止热轧温度为1070～1080℃，保温时间25～30min；水冷至室温；
所述（1）中的冷轧工艺为：以7～8℃/min的升温速率升温至1030～1050℃，保温22～26min，出炉冷轧，冷轧温度380～390℃；冷轧变形量为48～60%；
所述（1）中的退火工艺为：300～350℃，保温2～4h，空冷至室温。
7.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢板的加工工艺，其特征在于：所述（1）中不锈钢粉的涂布厚度为1.0～3.0mm。
8.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢板的加工工艺，其特征在于：所述（2）中的激光熔覆工艺为：激光功率2000～2800W，光斑直径3mm，扫描速率38～45mm/s，搭接率45～55%，不锈钢丝的送丝速率27～30mm/s，不锈钢粉的进料速率1.5～1.8mm/s；同时超声辅助，超声功率800～1200W，输出频率39～41kHz，振幅80～120μm；基板温度为80～150℃；
激光熔覆的保护气氛为氩气和二氧化碳，二氧化碳的质量分数为1.5～2.5%，气体流量20～27L/min。
9.根据权利要求1所述的一种高韧性不锈钢板的加工工艺，其特征在于：所述（2）中的热处理工艺为：于1010～1050℃温度下，保温处理20～22min，水冷至室温；于710～750℃温度下，退火处理14～18min，水冷至室温。
10.根据权利要求1-9任一项所述加工工艺制得的一种高韧性不锈钢板。
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