專利名稱：制備奧氏體鋼物件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制備延性、高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼物件的方法，在 該方法中，在至少一個(gè)階段的熱處理中改善物件的力學(xué)性能。
背景技術(shù)：
對(duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行高變形和短暫退火使得能夠形成細(xì)晶粒馬氏 體和奧氏體晶粒組織，這允許具有高的強(qiáng)度和延性的優(yōu)異力學(xué)性能。
例如，Somani M. C.等人描述了該現(xiàn)象，參見Microstructure and mechanical properties of reversion-annealed cold-rolled 17Cr-7Ni type austenitic steels, Stainless Steel' 05. 5th European Congress Stainless Steel Science and Market, Seville, Spain, 2005年9月27-30曰，第37-42頁。根據(jù)該文獻(xiàn)，奧氏體鋼 帶材是冷軋的且該冷軋促進(jìn)馬氏體的形成。在高于700。C溫度下進(jìn)行 的短暫生產(chǎn)線內(nèi)退火處理使得能夠形成延性馬氏體和超細(xì)奧氏體的雙 相顯微組織。即使對(duì)于35-45%的冷軋壓縮量，也易于獲得超細(xì)奧氏體。 具有雙相顯微組織，獲得了 lOOOMPa的屈服強(qiáng)度和36%的總延伸率。
日本專利申請(qǐng)04-063247描述了一種高強(qiáng)度和高延性不銹鋼，其 被冷軋(作為相轉(zhuǎn)變處理)為馬氏體單相顯微組織。然后，在600-900
氏體和馬氏體的混合相。然后再次使該鋼進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變處理并在 600-900X:溫度下進(jìn)行熱處理。因而，形成了由奧氏體和馬氏體的混合 相或奧氏體單相構(gòu)成的顯微組織，且該顯微組織具有晶粒尺寸至多為 1微米的細(xì)晶粒。
日本專利申請(qǐng)G7-216451描述了制備具有焊接軟化抵抗性、高強(qiáng) 度和高延性的不銹鋼。該鋼具有由馬氏體相和奧氏體相組成的雙相顯微組織。在提供3%或更低的變形以后，在400-600。C溫度下進(jìn)行熱處 理持續(xù)30分鐘以下。這時(shí)，0. 2%容許應(yīng)力大于900N/mm2。
參考文獻(xiàn)描述了對(duì)扁平產(chǎn)品例如板材、片材或帶材的測試結(jié)果， 因此，性能數(shù)值的分布對(duì)于所處理的整個(gè)物件是基本一致的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是獲得用于制造奧氏體不銹鋼物件的改善的方法， 所述物件具有至少部分彎曲的內(nèi)部和/或外部形狀，且在至少一個(gè)階段 的熱處理中對(duì)其進(jìn)行操作以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度和延性的良好力學(xué)性能。在所 附權(quán)利要求中列出了本發(fā)明的基本特征。
根據(jù)本發(fā)明，首先對(duì)奧氏體不銹鋼帶材進(jìn)行冷加工，有利地通過 軋制以促進(jìn)顯微組織中馬氏體相的形成，已知該馬氏體的形成對(duì)于高 強(qiáng)度和延性的所需力學(xué)性能是有益的。在冷加工后，將鋼帶材成形為 所需物件，該物件具有至少一個(gè)具有彎曲或弓形的外部和/或內(nèi)部形狀 的區(qū)域。進(jìn)一步對(duì)成形物件進(jìn)行回復(fù)退火以便對(duì)于物件的至少彎曲或 弓形區(qū)域使馬氏體回復(fù)到奧氏體并且獲得細(xì)且延性的晶粒組織。此外， 在回復(fù)退火期間和/或在回復(fù)退火(作為獨(dú)立階段)之后，使物件獲得 了硬化效果。通過加工硬化和/或通過烘烤硬化(bakeharding)實(shí)現(xiàn) 硬化效應(yīng)。當(dāng)使用烘烤硬化時(shí)，烘烤硬化提高應(yīng)變時(shí)效并且還在回復(fù) 退火的效果較弱的這些區(qū)域增加物件的強(qiáng)度。
有待根據(jù)本發(fā)明方法進(jìn)行處理的帶材的原材料是奧氏體不銹鋼， 該不銹鋼除了鐵之外，還含有以下主要組分15-22重量°/。鉻、1-10 重量％鎳、0.5-20重量％錳和0. Ol-Q. 1重量％碳，有利地，含有 0. 01-0. 05重量％的碳。
有利地，將奧氏體不銹鋼帶材軋制成形為所需物件，但還可以例 如通過彎曲進(jìn)行成形。當(dāng)從縱向的橫截面觀察時(shí)，物件的形狀可以是 圓形、橢圓、正方形、矩形或至少兩種這些形狀的組合或一些其它幾 何形狀，使得該形狀至少部分為彎曲或弓形。管材是物件的一種優(yōu)選 形狀，但物件的其它形狀也是優(yōu)選的。優(yōu)選通過焊接實(shí)現(xiàn)物件的縱向的封閉形狀，但也可以使用任何其它機(jī)械連接方法。該物件在其縱向 還可以是至少部分開放的。此外，該物件可以具有至少兩個(gè)在縱向彼 此相鄰或在橫向彼此鄰接的至少部分彎曲或弓形的區(qū)域，所述區(qū)域通 過連接區(qū)域的水平或豎直或傾斜部分中的基本平坦部位而彼此相連。 根據(jù)本發(fā)明，首先將奧氏體不銹鋼帶材冷軋以便促進(jìn)顯微組織中
馬氏體相的形成。冷軋壓縮程度為5-50%,有利地為10-30%。在軋制 后帶材中的馬氏體部分為10-50%，有利地為15-35%，余量為變形奧氏 體相。然后將冷軋雙相鋼帶材成形為所需物件的形式，其在外部和/ 或內(nèi)部至少部分為彎曲或弓形。在成形該物件期間，不同帶材區(qū)域以 不同的壓縮程度進(jìn)行變形，且馬氏體含量與壓縮程度成比例。例如， 如果成形物件是管材，則管材的內(nèi)部區(qū)域相比管材的外部區(qū)域變形更 大，且在從縱向看物件的橫截面為正方形時(shí)，正方形物件的角區(qū)相比 正方形物件的平直區(qū)域變形更大。然后對(duì)含有30-60%,有利地含有 40-50%馬氏體的物件的較大變形區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步加工硬化。要么在回 復(fù)退火期間，要么在回復(fù)退火之后的獨(dú)立烘烤退火處理期間對(duì)具有低 于30%馬氏體的物件的較小變形區(qū)域進(jìn)行烘烤硬化。在優(yōu)選地進(jìn)行獨(dú) 立烘烤退火處理的情形中，對(duì)整個(gè)物件自身實(shí)現(xiàn)處理。當(dāng)需要時(shí)，獨(dú) 立烘烤退火確保了跨物件的橫截面的烘烤硬化和基本一致的力學(xué)性 能。
在500-900。C，有利地在700-80or;的溫度下對(duì)成形物件進(jìn)行回復(fù)
退火持續(xù)5-60秒，有利地10-20秒，從誘發(fā)馬氏體返回至奧氏體。優(yōu) 選地，在回復(fù)退火的冷卻階段進(jìn)行獨(dú)立的烘烤退火處理，該退火處理 在100-450。C的溫度下持續(xù)1-60分鐘，有利地在150-MO。C的溫度下 持續(xù)5-20分鐘，且更有利地在160-200t:的溫度下持續(xù)10-15分鐘。 也可以在首先將回復(fù)退火物件冷卻到室溫并然后加熱到烘烤硬化所需 的溫度之后，進(jìn)行獨(dú)立的烘烤退火處理。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明的方法，對(duì)由奧氏體不銹鋼級(jí)別1.4318(AISI 301LN) 制成的帶材進(jìn)行處理以獲得改善的延性和高強(qiáng)度，所述帶材除鐵外還 含有以下主要組分17. 7重量％鉻、6. 5重量％鎳和0. 02重量％碳。 首先以1M的壓縮程度對(duì)奧氏體帶材進(jìn)行冷軋以形成馬氏體，使得帶 材的顯微組織是含有約30%馬氏體和余量奧氏體的雙相。
進(jìn)一步將雙相帶材軋制成管材形狀，使得帶材的相對(duì)邊緣通過焊 接彼此連接。因此，用于進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行處理的管材具有至少 一個(gè)在外部和內(nèi)部為彎曲或弓形的區(qū)域。然后將含有雙相顯微組織的 管材轉(zhuǎn)移到700。C的溫度下進(jìn)行回復(fù)退火，退火時(shí)間為10秒。在該回 復(fù)退火之后，管材的較大變形區(qū)域具有細(xì)晶粒、密實(shí)和延性的顯微組 織，且屈服應(yīng)力達(dá)到1000-1200MPa的水平。
任選地，當(dāng)屈服應(yīng)力達(dá)到1000-1200MPa的水平時(shí)，在170。C的溫 度下，對(duì)回復(fù)退火的管材進(jìn)行烘烤退火持續(xù)IO分鐘以便改善管材的較 小變形區(qū)域的性能。
實(shí)施例2
通過軋制以9%的厚度壓縮量對(duì)不銹鋼帶材進(jìn)行冷加工，所述帶材 的化學(xué)組成含有17. 5重量％的鉻、6.5重量％的鎳、1.11%重量錳、 0. 14重量％氮、0. 026重量％碳、余量鐵和未規(guī)定的雜質(zhì)。在該階段， 起始屈服強(qiáng)度從360MPa提高到650MPa。冷加工材料的斷裂延伸率為 A5。=32%。
然后將冷加工的帶材成形為空心型材，所述型材在縱向具有矩形 橫截面，且局部變形使該物件成為部分馬氏體。根據(jù)所獲的局部變形， 測得馬氏體分?jǐn)?shù)為3-50%。在空心型材的角區(qū)處存在最高變形和馬氏 體分?jǐn)?shù)。
在1秒鐘內(nèi)于850。C的溫度下的快速熱處理對(duì)于馬氏體-奧氏體回 復(fù)是足夠的以便恢復(fù)力學(xué)性能。在物件的變形最大的角區(qū)處獲得了 980MPa的最終屈服強(qiáng)度和A,42。/。的斷裂延伸率。
通過適當(dāng)調(diào)節(jié)熱處理，對(duì)空心型材的較小變形部位進(jìn)行烘烤退火同時(shí)回復(fù)退火。物件的這些部位具有低于450。C的溫度，且獲得了強(qiáng) 度增加。在獨(dú)立烘烤硬化不被視為必要但需要更加良好的力學(xué)性能時(shí)， 可以使用在170。C的獨(dú)立烘烤硬化。
權(quán)利要求
1.用于從奧氏體不銹鋼帶材制造延性、高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼物件的方法，在該方法中將帶材冷加工以便促進(jìn)在帶材的顯微組織中形成馬氏體，且將具有雙相顯微組織的帶材進(jìn)一步加工，其特征在于將該帶材成形為具有至少一個(gè)彎曲或弓形區(qū)域的所需物件，且在物件成形期間，帶材的不同區(qū)域以不同程度變形，且對(duì)所需物件進(jìn)行回復(fù)退火以便將馬氏體回復(fù)到奧氏體形式并實(shí)現(xiàn)硬化效果，以便使物件的至少所述彎曲或弓形區(qū)域具有基本上細(xì)晶粒顯微組織。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在500-900X:的溫度下進(jìn) 行回復(fù)退火持續(xù)5-60秒鐘。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于在700-800。C的溫度下進(jìn) 行回復(fù)退火持續(xù)10-20秒鐘。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于通過加工硬化 實(shí)現(xiàn)硬化效果。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于通過烘烤退火 實(shí)現(xiàn)硬化效果。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于在100-450C的溫度下進(jìn) 行烘烤退火持續(xù)1-60分鐘。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于在150-2S0。C的溫度下進(jìn) 行烘烤退火持續(xù)5-20分鐘。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于在160-200。C的溫度下進(jìn)行烘烤退火持續(xù)10-15分鐘。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)的方法，其特征在于在回復(fù)退 火期間，通過烘烤退火實(shí)現(xiàn)硬化效果。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)的方法，其特征在于在回復(fù) 退火之后，通過烘烤退火實(shí)現(xiàn)硬化效果。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于物件在縱向 的橫截面為圓形。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的方法，其特征在于物件在 縱向的橫截面為橢圓形。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的方法，其特征在于物件在 縱向的橫截面為正方形。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的方法，其特征在于物件在 縱向的橫截面為矩形。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的方法，其特征在于物件在 縱向的橫截面為含有圓形、橢圓形、正方形或矩形的形狀中至少兩種 的組合。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的方法，其特征在于除鐵之外， 所述帶材的材料含有以下主要組分"-22重量％鉻、1-10重量％鎳 和0. 5-20重量％錳和0. 01-0. 1重量％碳，有利地，含有0.01-0.05重量％碳。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于從奧氏體不銹鋼帶材制造延性、高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼物件的方法，在該方法中將帶材冷加工以便促進(jìn)在帶材的顯微組織中形成馬氏體，且將具有雙相顯微組織的帶材進(jìn)一步加工。然后將帶材成形為具有至少一個(gè)彎曲或弓形區(qū)域的所需物件，且在物件成形期間，帶材的不同區(qū)域以不同程度變形。對(duì)所需物件進(jìn)行回復(fù)退火以便將馬氏體回復(fù)到奧氏體形式并實(shí)現(xiàn)硬化效果，以便使物件的至少所述彎曲或弓形區(qū)域具有基本上細(xì)晶粒顯微組織。
文檔編號(hào)C21D9/52GK101583727SQ200880002579
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月17日
發(fā)明者A·屈勒萊寧, T·托爾維寧, T·陶拉沃里 申請(qǐng)人:奧托庫姆普聯(lián)合股份公司