[發(fā)明專利]高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的快速制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210527576.4
• 申請日: 2012-12-10
• 公開（公告）號: CN102965479A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊森;顧振宇;徐肖;王小艷;馮文
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: C21D1/10
• 分類號: C21D1/10
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于控制奧氏體不銹鋼表層性能的技術(shù)，特別是一種快速制備高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的方法。

背景分析

晶界作為多晶材料的一個重要的結(jié)構(gòu)特征對材料的性能有重要的影響。研究發(fā)現(xiàn)許多現(xiàn)象(晶界擴散、析出、腐蝕)與晶界的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。晶間碳化物在晶界上選擇性析出的現(xiàn)象，主要是由于不同的晶界所具有的能量和結(jié)構(gòu)不同所造成的。Aust和Rutter第一個利用實驗手段觀察到了低能CSL(coincident?site?lattice)晶界具有獨特的性能。大量的研究表明低能CSL(1≤Σ≤29)晶界具有如下特點：1)較低的能量；2)對雜質(zhì)原子和溶質(zhì)偏析具有較低的敏感性；3)低的擴散率；4)低的電阻系數(shù)。正是由于具有上述特性，低能CSL晶界（特別是Σ3）顯現(xiàn)了對滑移、斷裂、腐蝕和應(yīng)力腐蝕裂紋、敏化和溶質(zhì)偏析（平衡和非平衡）強烈的抑制作用,有的甚至是完全免疫的。低能CSL晶界在多晶材料在多晶體材料中普遍存在，它的出現(xiàn)頻率與材料的制備過程密切相關(guān)。而自由晶界由于具有高的能量和高的移動性，常成為裂紋生長的核心和裂紋擴展的通道，從而導(dǎo)致晶間腐蝕裂紋和晶間應(yīng)力腐蝕裂紋的出現(xiàn)。基于對晶界性能的了解，日本東北大學(xué)材料系渡邊忠雄教授在1984年提出了“晶界設(shè)計和控制”的概念。通過對晶界類型的設(shè)計和分布的控制來對材料的性能，例如強度、韌性及耐腐蝕性能，進行優(yōu)化和提高。隨后加拿大材料科學(xué)家將此概念演繹為“晶界工程”。所謂的晶界工程（Grain?Boundary?Engineering）就是通過一定的熱機械加工方法，來控制材料的晶界分布特征，特別是提高特殊晶界的比率，并使連續(xù)的自由晶界彌散化，從而達到控制和優(yōu)化材料性能的目的。在過去二十年，晶界工程在材料的開發(fā)和組織性能控制中得到了廣泛的應(yīng)用。

可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)今幾乎所有研究者采用的都是預(yù)應(yīng)力-退火或預(yù)應(yīng)力-再結(jié)晶的熱機械加工方法，其熱處理都是通過傳統(tǒng)的箱式電阻爐加熱實現(xiàn)的，即在較高的溫度下長時間地進行退火處理，極大的增加了能耗。預(yù)應(yīng)力結(jié)合傳統(tǒng)退火的方法能對塊體材料整體實現(xiàn)晶界特征分布的控制，從而提高材料的晶間腐蝕抗力。然而材料的腐蝕破壞通常是從材料表面開始，逐漸向材料內(nèi)部滲透和擴散，因此通過形變結(jié)合表面熱處理的手段獲得一層具有優(yōu)化晶界結(jié)構(gòu)的耐蝕表層，對提高材料的耐腐蝕抗力具有重要的意義。

高頻感應(yīng)加熱是一種表面熱處理方式，其基本原理是：把加熱材料（即工件）置于通有交流電流的線圈內(nèi)，由于交變磁場的作用工件內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電勢，在感生電勢的作用下工件內(nèi)會產(chǎn)生渦流，依靠這些渦流的能量達到加熱目的。又由于工件中產(chǎn)生的渦流在導(dǎo)體截面上分布是不均勻的，在表面很強，內(nèi)部很弱，心部接近于零。應(yīng)用這種集膚效應(yīng)可以對材料表層進行迅速加熱，加熱速度可達100－1000℃/s，作用深度可達1－2mm。相比傳統(tǒng)的箱式電阻爐十幾個小時甚至二十幾個小時的高能耗，高頻淬火具有處理速度快、能耗低的特點，可顯著地提高處理效率，降低生產(chǎn)成本。事實上，高頻淬火已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵材料的表面處理，不同之處在于傳統(tǒng)的表面高頻淬火主要是通過馬氏體相變來提高鋼鐵材料表面的硬度，從而使其耐磨性得以提高，尚無采用冷軋結(jié)合高頻淬火處理控制奧氏體不銹鋼表層晶界結(jié)構(gòu)特征，進而提高奧氏體不銹鋼耐蝕性的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的快速制備方法，從而在較短的時間和低能耗下實現(xiàn)對奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕性能的提高。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為，一種高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的快速制備方法，具體步驟如下：

1.將實驗所用的不銹鋼板材固溶處理水淬。

2.在雙輥冷軋機上對不銹鋼板材進行冷軋?zhí)幚怼?/p>

3.將冷軋變形后的板材置于高頻感應(yīng)線圈中，調(diào)整高頻感應(yīng)輸出電流、頻率和加熱時間，對材料表面進行高頻感應(yīng)加熱。

4.將試樣進行水淬處理。

5.將處理過后的試樣敏化后水淬。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：高頻感應(yīng)快速加熱可以大大縮短熱處理時間，快速制備出一層具備有優(yōu)異抗腐蝕性能的表層，降低能耗，減少排放，減輕材料表面氧化程度，而且高頻感應(yīng)加熱設(shè)備簡單，易于實現(xiàn)流水化大規(guī)模生產(chǎn)。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

附圖說明

附圖為奧氏體不銹鋼晶界特征分布圖，其中（a）為原材料，（b）為處理后。

具體實施方式

本發(fā)明立足于晶界工程的概念，通過冷軋來引入應(yīng)變，通過后續(xù)的高頻感應(yīng)淬火來控制材料表層的晶界結(jié)構(gòu)特征，從而使奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能得以提高。具體步驟如下：