[發明專利]消除含有RE元素的超級奧氏體不銹鋼中σ相的熱處理工藝

有效

• 申請號: 202011235048.2
• 申請日: 2020-11-08
• 公開（公告）號: CN112593144B
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 何金珊;王西濤;張潤澤;徐世光
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/58;C22C38/44;C22C38/42;C21D6/00;C21D1/18
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種消除含RE元素的超級奧氏體不銹鋼中σ相的固溶熱處理工藝,目標鋼種成分質量百分比：C：0.0053～0.0063，Si：0.06～0.13，Mn：3.12～5.73，Cr：25～25.55，Ni：18.79～19.35，Mo：6.77～7.09，N：0.4～0.5，Cu＝0.4，RE：0.01～0.45，S≤0.002，P≤0.005，余量為Fe。處理過程是對含有RE元素的超級奧氏體不銹鋼進行固溶處理，將熱處理設備升溫至1250±20℃后，鋼件放入爐中，待熱處理設備重新穩定至1250±20℃，開始保溫30h～50h，保溫結束后迅速采用水淬處理至室溫。該方法能夠充分回溶含有RE元素的鑄態超級奧氏體不銹鋼中σ相，完全消除枝晶組織，為后續加工及使用提供技術及理論支持。

技術領域

本發明涉及一種奧氏體不銹鋼熱處理工藝，具體涉及一種消除含有RE元素的超級奧氏體不銹鋼中σ相的熱處理工藝。

技術背景

超級奧氏體不銹鋼在普通奧氏體不銹鋼的成分基礎上提高Cr、Mo、Ni等合金元素的含量，為了進一步提升綜合性能，合金元素總含量超過50％。因此，超級奧氏體不銹鋼具有優異的耐蝕性能(點蝕當量40PREN)及力學性能(抗拉強度800Mpa，屈服強度400Mpa)。然而復雜的合金元素也促使金屬間化合物在凝固過程中析出，其中σ相作為鋼中最常見的金屬間化合物，對鋼中Cr、Mo含量極為敏感，Cr、Mo含量越高，σ相析出傾向越大。σ相通常產生于晶界，使得周圍基體出現貧Cr區，嚴重降低材料的耐蝕性及綜合力學性能，從而影響了材料的熱加工性能及服役性能。基于減少析出相、優化工藝性能的目的，本鋼種在超級奧氏體不銹鋼654SMO成分基礎上添加了RE元素，RE元素雖然能夠減少σ相析出總量，但同時提高了σ相的溶解溫度(圖1)。

目前國內對于消除不銹鋼中σ相已有一定的研究，例如中國專利“一種消除核電管道鑄造不銹鋼中σ相的方法，公開號CN104630425A”對奧氏體-鐵素體核電主管道鑄造不銹鋼件進行900～1000℃等溫退火處理，退火時間0.25～35h，退火后水淬處理至室溫，有效消除不銹鋼中的σ相，使得硬度、沖擊韌性等力學性能回復到不含σ相的狀態；例如中國專利“一種超級奧氏體不銹鋼高溫均質化處理方法，公開號CN106893831A”對S32654超級奧氏體不銹鋼在表面刷一層抗高溫氧化性涂料，放入熱處理設備中以低于160℃/min的速率升溫至1240～1280℃保溫16～24h后直接進行熱加工或隨爐冷卻至1000℃出爐空冷，消除了鑄錠元素偏析，回溶σ相，得到表面質量良好性能優異的超級奧氏體不銹鋼。但金屬中第二相普遍存在，σ相尤其難以避免，雙相鋼、奧氏體鋼甚至鎳基等其他合金鋼種都易于在生產過程中產生σ相，熱處理的目的主要是消除脆性σ相達到成分均勻化、提高力學性能，為后續加工與使用提供技術支持。

因此，由于基體相不同、合金元素含量不同(例如RE含量不同)，σ相的溶解溫度從900℃到1200℃以上不等，溶解時間也從0.5小時到數十小時不等，為了達到消除σ相的目的，許多熱處理工藝繁雜，例如采用分段退火、分段冷卻等方式，因此開發一種操作簡便的、具有針對性的、適合本含有RE元素的超級奧氏體不銹鋼的消除σ相的熱處理工藝，對于本鋼種后續加工及使用具有十分重要的實際意義。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出了一種消除含有RE元素的超級奧氏體不銹鋼中σ相的熱處理工藝，目的是采用簡單的熱處理方法消除σ相，得到單相奧氏體。

本發明通過合理控制固溶溫度、保溫時間和冷卻方式，徹底回溶σ相，為后續加工及使用提供技術保障。

本發明適用于處理一種含有RE元素的超級奧氏體不銹鋼的成分(wt.％)為：C：0.0053～0.0063，Si：0.06～0.13，Mn：3.12～5.73，Cr：25～25.55，Ni：18.79～19.35，Mo：6.77～7.09，N：0.4～0.5，Cu＝0.4，RE：0.01～0.45，S≤0.002，P≤0.005，余量為Fe。

為實現上述目的，本發明通過以下技術方案予以實現。