一種雙相耐腐蝕不銹鋼及其耐腐蝕性優(yōu)化處理工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]—種雙相耐腐蝕不銹鋼及其耐腐蝕性優(yōu)化處理工藝，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]作為重要的工程結(jié)構(gòu)材料，奧氏體+鐵素體雙相不銹鋼由于具有良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的耐腐蝕性能，被廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)環(huán)境中。但不銹鋼的力學(xué)性能和耐蝕抗力在很多情況下又是一對(duì)矛盾對(duì)立體。例如，細(xì)化組織被認(rèn)為是強(qiáng)化不銹鋼的有效途徑和重要方法，但隨著組織的細(xì)化，單位體積內(nèi)界面(晶界和相界)的增加，合金的腐蝕抗力，尤其是晶間腐蝕抗力，高溫蠕變強(qiáng)度等可能會(huì)因界面析出或偏聚等現(xiàn)象而有所下降。
[0003]現(xiàn)有的關(guān)于雙相不銹鋼的加工方法大都基于雙相組織進(jìn)行冷熱加工，其微觀組織形態(tài)多呈現(xiàn)奧氏體和鐵素體交替出現(xiàn)的條帶形貌，即同相晶粒為帶狀聚集狀態(tài)，這種組織注定相界比例不足20%，且有長(zhǎng)大傾向的鐵素體容易沿條帶方向通過(guò)吞并鄰近的同相晶粒而粗化，使雙相不銹鋼細(xì)晶化的潛力(主要是大量相界存在)得不到充分發(fā)揮。而且現(xiàn)有加工方法，如乳制大都為單向連乳工藝，兩相不銹鋼的條帶組織形貌無(wú)法根除，且隨后的固溶熱處理主要是通過(guò)兩相的再結(jié)晶行為進(jìn)行組織重組，其細(xì)化組織和改善條帶形貌的作用也很有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種特殊界面比例高，能顯著改善雙相不銹鋼的晶間腐蝕抗力，抗腐蝕性效果好的雙相耐腐蝕不銹鋼及其耐腐蝕性優(yōu)化處理工藝。
[0005]本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:該雙相耐腐蝕不銹鋼，質(zhì)量百分比組成為:c 0.011 ?0.020，Cr 22.10 ?24.10，Ni 4.10 ?5.30，Si 0.50 ?0.55，Μη
1.10 ?1.20，Ν 0.10 ?0.20，Ρ 0.025 ?0.026，S 0.001 ?0.002，Mo 0.17 ?4.1，Cu
0?0.25，余量為Fe，其特征在于:所述不銹鋼為具有鐵素體相和奧氏體相的雙相不銹鋼，平均晶粒尺寸<5 μπι，鐵素體相中取向差在3°?15°的晶界面{111}占總內(nèi)界面面積的30%?35%，奧氏體相中的共格孿晶界面{111}占總內(nèi)界面面積的20%?25%，滿足K-S和N-W取向關(guān)系并同時(shí)滿足{111}Α// {110} F匹配的相界面占總內(nèi)界面面積的25%?30%。
[0006]本發(fā)明的雙相不銹鋼消除了奧氏體和鐵素體相間排列的條帶組織，具有兩相相間排列的等軸晶粒，相界的比例提高。通過(guò)再結(jié)晶和相變最大限度地細(xì)化了兩相晶粒，奧氏體的界面類型多滿足Κ-S或N-W關(guān)系。本不銹鋼的合金單位體積內(nèi)界面面積達(dá)到了較高的值，這些眾多界面的特性，如界面所處的晶體學(xué)位置{hkl}及其界面指數(shù)匹配{hAlJ II {h2k2l2}的分布規(guī)律對(duì)合金的腐蝕耐力以及力學(xué)性能(強(qiáng)度，塑韌性等)產(chǎn)生了重要影響。本不銹鋼內(nèi)存在的這些低能的內(nèi)界面(晶界和相界)阻抑了合金在腐蝕環(huán)境下介質(zhì)的滲入，對(duì)阻斷腐蝕介質(zhì)侵入形成了有效的抗力。使其既改善了力學(xué)性能，同時(shí)又提高了合金腐蝕抗力。
[0007]所述的雙相不銹鋼的雙相不銹鋼的硬度在180HV?280HV。
[0008]—種上述雙相耐腐蝕不銹鋼的耐腐蝕性優(yōu)化處理工藝，其特征在于，處理步驟具體為:
[0009]1)初始固溶處理:將雙相不銹鋼板材加熱升溫，升溫至1200°C?1300°C并保溫5min?30min進(jìn)行固溶處理，再快冷到室溫；
[0010]2)冷乳:在室溫下對(duì)雙相不銹鋼板材進(jìn)行冷乳處理，冷乳處理的真應(yīng)變?chǔ)?= 2?4 ；
[0011]3)退火:冷乳處理后的雙相不銹鋼板材升溫至1025°C?1050°C下保溫5min?30min，再水冷到室溫即得。
[0012]本發(fā)明采用固溶處理將合金加熱至第二相能全部或最大限度地溶入固溶體的溫度，保持一段時(shí)間后，以快于第二相自固溶體中析出的速度冷卻，獲得過(guò)飽和固溶體。固溶溫度選擇在高溫狀態(tài)下進(jìn)行的目的是獲得單相高溫鐵素體的組織，消除奧氏體和鐵素體相間排列的條帶組織，以便于在后續(xù)的乳制退火中得到兩相相間排列的等軸晶粒，獲得高比例的相界。另外，獲得的過(guò)飽和固溶體在后續(xù)的乳制退火過(guò)程中不僅發(fā)生再結(jié)晶，而且在兩相很大的自由能差的驅(qū)動(dòng)力下會(huì)發(fā)生廣泛的鐵素體一奧氏體的相變，兩種固溶組織轉(zhuǎn)變(再結(jié)晶和相變)反應(yīng)的耦合作用可最大限度地細(xì)化兩相晶粒，且由于奧氏體基本完全是相變轉(zhuǎn)變而來(lái)，其界面類型多滿足Κ-s或N-W關(guān)系。隨著組織的細(xì)化，當(dāng)合金單位體積內(nèi)界面面積超過(guò)一定值時(shí)，這些眾多界面的特性，如界面所處的晶體學(xué)位置{hkl}及其界面指數(shù)匹配出氺山} II {h2k2l2}的分布規(guī)律必然會(huì)對(duì)合金的腐蝕耐力以及力學(xué)性能(強(qiáng)度，塑韌性等)產(chǎn)生重要影響。因此在獲得細(xì)晶組織的同時(shí)誘發(fā)大量的好的界面，使其既可通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化改善力學(xué)性能，同時(shí)又可通過(guò)界面結(jié)構(gòu)優(yōu)化提高合金腐蝕抗力。這些低能的內(nèi)界面(晶界和相界)密度的高低與材料的制備過(guò)程(變形、再結(jié)晶、相變和熱處理)密切相關(guān)。這些低能界面阻抑了合金在腐蝕環(huán)境下介質(zhì)的滲入，對(duì)阻斷腐蝕介質(zhì)侵入形成了有效的抗力。
[0013]所述步驟1)為在1250°C?1275°C下保溫16min?30min，水冷至室溫。
[0014]所述步驟2)為在室溫下進(jìn)行交叉乳制，且真應(yīng)變?yōu)棣?= 2?4。變形的主要目的有兩個(gè)，其一是為后續(xù)再結(jié)晶細(xì)化組織提供強(qiáng)大的儲(chǔ)能或驅(qū)動(dòng)力，其二是形變可加速相變進(jìn)程，并使形成的奧氏體的取向具有變體選擇性，進(jìn)而適度提高奧氏體中低能的小角度晶界和孿晶界比例。尤其是利用交叉乳制且變形量ε超過(guò)2時(shí)，在后續(xù)退火過(guò)程中，鐵素體的組織重組主要以類似高溫恢復(fù)的多邊形化過(guò)程，或者被認(rèn)為是連續(xù)的原位再結(jié)晶方式進(jìn)行，形成的晶界大都為小角度晶界，取向差角度分布在2°?15°，該類晶界是低能的位錯(cuò)墻排列方式，由于體心立方中最容易出現(xiàn)的位錯(cuò)伯氏矢量為a/2〈lll>，因此這類晶界面多位于晶體學(xué)上的{111}面上。
[0015]所述步驟3)為在1030°C?1035°C下保溫5min?lOmin，水冷至室溫。冷乳后的退火處理溫度選擇在此雙相組織共存的溫度區(qū)間，目的有兩個(gè):其一是發(fā)生嚴(yán)重畸變的鐵素體發(fā)生原位再結(jié)晶以細(xì)化組織；其二是鐵素體同時(shí)發(fā)生相變獲得均勻細(xì)小的奧氏體相，一方面通過(guò)消耗鐵素體來(lái)進(jìn)一步降低鐵素晶粒大小，另一方面在這個(gè)階段可獲得真正的兩相相間有序排列的均勻細(xì)小的組織。退火時(shí)間不宜太長(zhǎng)，目的是防止鐵素體進(jìn)一步粗化。實(shí)際上，此時(shí)的雙相組織長(zhǎng)大對(duì)退火時(shí)間不太敏感，即使延長(zhǎng)到30min，其長(zhǎng)大速度非常緩慢，這與兩相相間排列，大量相界的存在密切相關(guān)。
[0016]所述步驟1)升溫速度為20°C /min?25°C /min。
[0017]所述步驟3)中升溫速度為25°C/min?30°C/min。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的所具有的有益效果是:經(jīng)過(guò)本發(fā)明優(yōu)化處理方法處理后的雙相不銹鋼板材兩相體積比例各占50±5%左右，兩相平均晶粒尺寸小于5 μπι ;雙相不銹鋼板材的內(nèi)界面特征分布中，低能的相界和特殊晶界比例之和可達(dá)75?85%，其中奧氏體相中的共格孿晶界面{111}和鐵素體相中的{111}小角度晶界面各占到25?30%，滿足{111}Α// {110} F匹配的相界面占到35%以上。合金的晶間腐蝕抗力得到明顯改善，優(yōu)化處理后的合金樣品中低能的特殊界面比例增加，因而阻抑腐蝕擴(kuò)展的能力增強(qiáng)。本發(fā)明在細(xì)化組織的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了合金內(nèi)界面特征分布優(yōu)化，優(yōu)化工藝主要是提升了合金初始固溶溫度，縮短了固溶時(shí)間，在不增加工藝復(fù)雜程度的前提下，顯著提高了合金的晶間腐蝕抗力并獲得了良好的熱穩(wěn)定性的超細(xì)晶組織不銹鋼材料。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是雙相不銹鋼板材經(jīng)過(guò)本發(fā)明實(shí)施例1工藝優(yōu)化處理后的兩相晶粒組織圖。
[0020]圖2是對(duì)比雙相不銹鋼板材經(jīng)過(guò)對(duì)比例1工藝處理后的兩相晶