[發明專利]提高321不銹鋼抗晶間腐蝕性能的晶界工程工藝方法

有效

• 申請號: 202110490875.4
• 申請日: 2021-05-06
• 公開（公告）號: CN113430344B
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 夏爽;劉可;白琴;楊杜;劉黎明;徐剛;周邦新
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C21D8/02
• 分類號: C21D8/02;C21D1/26
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

本發明公開了一種提高321不銹鋼抗晶間腐蝕性能的晶界工程工藝方法，通過這種GBE工藝獲得高比例的低ΣCSL晶界可提高材料耐晶間腐蝕性能。該方法包括控制原始組織，獲得晶粒尺寸均勻、無明顯織構的奧氏體組織；控制小變形冷加工應變速率及高溫熱處理加熱速率及溫度，最終獲得低ΣCSL晶界比例大于70％的321不銹鋼，實現GBE處理，使抗晶間腐蝕性能大幅提高。

技術領域

本發明涉及一種提高321不銹鋼抗腐蝕性能的晶界工程工藝方法，應用于金屬材料的形變及熱處理工藝技術領域。

背景技術

奧氏體不銹鋼具有良好的易成型性能、焊接性能、力學性能和耐腐蝕性能，在眾多領域得到了廣泛的應用。但在約550℃～900℃的敏化溫度范圍內，在特定的腐蝕環境中易發生晶間腐蝕，為此采用加入強碳化物形成元素(鈦鈮等)的措施以防止在晶界形成富鉻的碳化物析出。321不銹鋼(321Stainless Steel,321SS)是在304不銹鋼的基礎上加入強碳化物形成元素鈦，形成TiC，降低基體游離碳原子含量，減少富鉻的碳化物晶間析出，降低晶間敏化傾向，增強不銹鋼抗晶間腐蝕的能力。同時TiC在基體中彌散分布，增加鋼的強度。因此，321SS廣泛應用于石油化工、核反應堆、飛機發動機排氣系統等高溫領域。但在實際應用中，很多321不銹鋼材料在長期服役后不可避免的發生敏化-晶間腐蝕現象，因此進一步提高321不銹鋼的耐腐蝕性能，是目前需要解決的問題。

基于退火孿晶的晶界工程(GrainBoundary Engineering,GBE)通過形成退火孿晶和多重孿晶，有效改善低層錯能面心立方金屬材料的抗晶間腐蝕、應力腐蝕開裂和蠕變性能。目前國內外學者在這一領域進行了大量的研究，已經得出了一些提高低Σ重合位置點陣(Coincidence Site Lattice,CSL)晶界比例的加工工藝。其中Σ值代表CSL位置的重合度，低Σ值CSL晶界是指Σ≤29，Σ越小，點陣重合的原子位置越多。目前國內關于提高奧氏體不銹鋼的晶界工程工藝方法主要集中在304不銹鋼和316系列不銹鋼。

321不銹鋼與304不銹鋼及316不銹鋼顯微組織明顯不同。首先321不銹鋼熔煉后凝固時不可避免地產生TiC夾雜物和δ-鐵素體，這兩者硬度值遠高于材料的奧氏體基體。在后續加工過程中，由于基體軟，TiC夾雜物和δ-鐵素體硬，在TiC夾雜物和δ-鐵素體周圍奧氏體基體畸變能大，再結晶時形核密度高，最終GBE工藝處理后δ-鐵素體周圍晶粒尺寸小隨機晶界多，低ΣCSL晶界少。另一方面，321不銹鋼變形時很容易相變，產生形變馬氏體，對GBE處理時特殊晶界的產生及演化造成影響，從而達不到GBE處理效果。因此需要克服加工變形及熱處理時δ-鐵素體及可能產生的形變馬氏體對GBE處理時組織演變的影響。

對于國外已存在的321奧氏體不銹鋼提高低ΣCSL晶界比例的文獻，需要長時間退火，長時間退火能耗高，投入成本大。因此需要一種能耗低、經濟環保、適用性廣并且有效提高321奧氏體不銹鋼低ΣCSL晶界比例的工藝。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種提高321不銹鋼抗晶間腐蝕性能的晶界工程工藝方法，能解決目前321不銹鋼在提高低ΣCSL晶界比例上所面臨的技術難題，在不顯著增加生產工序及成本的前提下，顯著提高321不銹鋼抗晶間腐蝕性能，具有十分明顯的經濟效益。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種提高321不銹鋼抗晶間腐蝕性能的晶界工程工藝方法，包括控制原始組織、小變形量冷加工、高溫退火三個步驟，具體步驟如下：

第一步，控制原始組織：

進行冷軋加工及中間退火處理過程，控制工藝條件為：按照材料橫截面面積變化進行計算，冷軋材料截面變形量為29.2～49.5％，中間退火溫度為1050～1150℃；按照以上控制工藝條件，重復至少一次冷軋加工及中間退火處理過程，獲得晶粒尺寸均勻，無明顯織構的奧氏體組織；

第二步，小變形量冷加工：