[發(fā)明專利]一種晶粒尺寸小于100nm的304奧氏體不銹鋼的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410753437.2
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104451082A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫國勝;胡軍;謝輝;吳紅艷;于帥;杜林秀
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: C21D8/02
• 分類號: C21D8/02;C22C38/58;C22C38/52;C22C38/50;C22C38/48;C22C38/46
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于不銹鋼制造領(lǐng)域，具體涉及一種晶粒尺寸小于100nm的304奧氏體不銹鋼的制備方法。

背景技術(shù)

304奧氏體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性、耐熱性、低溫強度和機械性能，沖壓、彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現(xiàn)象，無磁性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、家具裝飾行業(yè)和食品醫(yī)療行業(yè)等。雖然304不銹鋼具有較高的韌性和塑性，但由于其強度過低(屈服強度大約為250～350MPa)，限制了其使用。晶粒粗大是引起304奧氏體不銹鋼強度低的主要原因，而固溶強化作用已達(dá)到極致，因此可以利用晶粒細(xì)化的方法來提高強度。另外由于304奧氏體不銹鋼在室溫下具有穩(wěn)定的奧氏體組織，典型的退火溫度下不可能有相變發(fā)生，只能利用冷變形或熱變形后的再結(jié)晶來實現(xiàn)晶粒細(xì)化。

目前細(xì)化晶粒的方法有很多，比如高壓扭轉(zhuǎn)、等徑角擠壓、疊軋等強烈塑性變形方法，但是這種方法需要大量的塑性能和特殊的設(shè)備等不足，不易于工業(yè)生產(chǎn)。室溫下，304奧氏體不銹鋼的組織是亞穩(wěn)態(tài)的奧氏體，在變形的作用下奧氏體很容易轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，隨著應(yīng)變量的提高，馬氏體被破碎，使組織中的晶格缺陷增多，增加了隨后退火過程中奧氏體的形核點。因此可以通過冷軋-退火工藝，利用循環(huán)相變的機制，達(dá)到晶粒納米化，顯著提高其屈服強度。

研究表明在低溫或者超低溫下對奧氏體不銹鋼以50％以上的壓下量進(jìn)行冷軋，利用熱模擬試驗機在600～800℃模擬退火不同時間，得到平均晶粒尺寸為200～500nm。例如Karimi?M等人在-10℃對301奧氏體不銹鋼以90％的壓下量進(jìn)行冷軋，在800℃退火10s，得到平均晶粒尺寸為250nm；Somani?MC等人對301奧氏體不銹鋼以60％的壓下量進(jìn)行冷軋，隨后在800℃保溫1s，得到平均晶粒尺寸為540nm。但是這種方法在實際生產(chǎn)中需要配備特殊的冷卻裝置，再加上壓下量過大，由于加工硬化大，不易于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對于現(xiàn)有技術(shù)中304奧氏體不銹鋼晶粒粗大導(dǎo)致屈服強度過低的問題，提供了一種晶粒尺寸小于100nm的304奧氏體不銹鋼的制備方法。該方法最終獲得了平均晶粒尺寸小于100nm的304奧氏體不銹鋼，其屈服強度為1100～1200MPa，抗拉強度為1250～1350MPa。本發(fā)明操作簡單，容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

一種晶粒尺寸小于100nm的304奧氏體不銹鋼的制備方法，所使用的304奧氏體不銹鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量％)為：C?0.02～0.08，Mn<2.00，Si?0.20～0.70，S<0.01，P<0.05，Ni?8.0～11.0，Cr?17.0～20.0，W<0.05，V?0.05～0.08，Mo<0.15，Al<0.02，Ti<0.02，Cu?0.10～0.15，Nb<0.05，Co<0.15，其余為Fe；

具體制備步驟如下：

(1)熱軋

將上述組分的304奧氏體不銹鋼鋼錠鍛造成厚度為50mm的坯料，將坯料隨爐加熱至1200℃并保溫3h，隨后熱軋成4～5mm厚的熱軋板，開軋溫度和終軋溫度分別為1150～1200℃和1050～1100℃，熱軋結(jié)束后以25～35℃/s的冷卻速率水冷至90～150℃，再空冷至室溫；熱軋后的板材其顯微組織為奧氏體，晶粒尺寸為18～20μm，且組織較為均勻；

(2)對熱軋板進(jìn)行三階段冷軋-退火處理

第一階段，在室溫下對熱軋板進(jìn)行第一階段冷軋，壓下量為25～35％，冷軋后進(jìn)行第一次退火處理，將加熱爐的爐溫升至800～900℃后將軋制的板材放入保溫5～20min，隨后空冷至室溫；

第二階段，在室溫下對經(jīng)過第一次退火處理的板材進(jìn)行第二階段冷軋，壓下量為25～35％，隨后進(jìn)行第二次退火處理，將加熱爐的爐溫升至700～800℃后將軋制的板材放入保溫5～20min，隨后空冷至室溫；

第三階段，在室溫下對經(jīng)過第二次退火處理的板材進(jìn)行第三階段冷軋，壓下量為65～75％，冷軋后對板材進(jìn)行第三次退火處理，將加熱爐的爐溫升至500～650℃后將軋制的板材放入并保溫15～30min，之后空冷至室溫，最終獲得304奧氏體不銹鋼；其為等軸奧氏體組織，平均晶粒尺寸小于100nm，同時有少量的應(yīng)變誘導(dǎo)馬氏體殘留。

上述退火所使用的加熱爐為箱式電阻爐。

對實驗鋼進(jìn)行力學(xué)性能實驗，最終得到該不銹鋼的屈服強度為1100～1200MPa，相對于原來的屈服強度提高了近5倍，抗拉強度為1250～1350MPa。

本發(fā)明具有顯著地優(yōu)點：