一種高強韌高氮奧氏體不銹鋼的制備方法技術

本發(fā)明專利技術屬于不銹鋼領域，具體涉及一種高強韌高氮奧氏體不銹鋼的制備方法。其化學成分按重量百分比為C：<0.03％，Si：<0.25％，Mn：18～20％，Ni：<2％，Cr：18～22％，N：0.5～0.8％，余量為Fe、微量合金元素Mo、Nb、V和其他不可避免的雜質，各組分重量百分比總和為100％；通過冷軋變形結合等溫短時退火的簡單工藝獲得完全再結晶的、均勻等軸的奧氏體組織，平均晶粒尺寸約為2～4μm，制備出具有良好強塑性匹配的高氮奧氏體不銹鋼；成品鋼的屈服強度≥620MPa，抗拉強度≥1000MPa，總延伸率≥25％。本發(fā)明專利技術利用細晶強化實現材料的高強韌化，同時避免金屬間化合物和析出物的形成，以防止惡化其耐腐蝕性能，對進一步拓展高氮奧氏體不銹鋼在工業(yè)生產中的應用具有非常重要的意義。在工業(yè)生產中的應用具有非常重要的意義。在工業(yè)生產中的應用具有非常重要的意義。

【技術實現步驟摘要】
一種高強韌高氮奧氏體不銹鋼的制備方法


[0001]本專利技術屬于不銹鋼領域，具體涉及一種高強韌高氮奧氏體不銹鋼的制備方法。

技術介紹

[0002]奧氏體不銹鋼因具有無磁性、優(yōu)異的耐腐蝕性、良好的成型性和強塑性等被廣泛應用于各行各業(yè)。鎳元素是傳統(tǒng)奧氏體不銹鋼中最重要的合金成分之一，其主要作用是形成并穩(wěn)定奧氏體且能起到很好的抗氧化腐蝕能力。然而，我國鎳資源匱乏，鎳元素成為決定奧氏體不銹鋼生產成本的關鍵因素。此外，鎳元素會使人體器官產生過敏反應，甚至可能導致畸形，這成為制約鎳合金化奧氏體不銹鋼成為醫(yī)用金屬新材料的重要原因。
[0003]研究表明：氮在穩(wěn)定奧氏體方面具有比鎳更強烈的效果，同時氮合金化還能賦予不銹鋼更好的生物相容性、耐點蝕性和綜合力學性能等。因此，資源節(jié)約型的高氮奧氏體不銹鋼的研發(fā)得到了世界各國的重視，以此來代替鎳合金化奧氏體不銹鋼，甚至作為戰(zhàn)略性結構材料。一般認為，高氮奧氏體不銹鋼中氮含量≥0.4wt％。經過幾十年的探索，我國在高氮奧氏體不銹鋼的冶煉方面取得了重大突破，針對不同應用領域開發(fā)出不同氮含量、兼具多種優(yōu)良性能的高氮鋼。高氮奧氏體不銹鋼因具有較高的強度、優(yōu)異的韌性和耐腐蝕性，同時兼具經濟性而具有廣闊的應用前景。
[0004]然而，隨著社會和經濟的高度發(fā)展，面對日益復雜的服役環(huán)境，高氮奧氏體不銹鋼亟需進一步提高其屈服強度，同時兼具良好的韌性、耐腐蝕性等。中國專利CN 10174252 A公布了一種高氮奧氏體不銹鋼的熱加工工藝，雖然獲得了高強高塑性，但終軋溫度對終態(tài)組織影響顯著，易形成不完全再結晶的奧氏體組織或引入帶狀組織，這將對其耐腐蝕性能產生不利影響。中國專利CN 102212660 B提供了一種無Ni高氮奧氏體不銹鋼的強化退火方法，利用低溫(100
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550℃)回復退火進一步強化冷變形高氮奧氏體不銹鋼，其強度和硬度雖然有所提升，但不難預測其塑性和耐腐蝕性均會顯著惡化，這不利于高氮鋼的實際應用。中國專利CN 114934240A申請了一種超高強高耐蝕高氮奧氏體不銹鋼的制備方法，主要通過冷變形及時效處理(500～650℃保溫0.01～2h)調控析出行為，保證耐腐蝕性能的同時利用缺陷與第二相復合強化來提高強度，但其塑性惡化明顯且其組織以變形回復態(tài)為主。

技術實現思路

[0005]本專利技術的目的在于提供一種高強韌高氮奧氏體不銹鋼的制備方法，通過大變形冷軋引入足夠多的缺陷，隨后利用再結晶退火實現奧氏體組織的細化、同時避免組織中形成第二相粒子，在不惡化材料耐腐蝕性能的前提下，使其具有良好的強塑性匹配。
[0006]實現本專利技術目的的技術解決方案為：一種高強韌高氮奧氏體不銹鋼的制備方法，高氮奧氏體不銹鋼的成分按重量百分比為：C：<0.03％，Si：<0.25％，Mn：18～20％，Ni：<2％，Cr：18～22％，N：0.5～0.8％，余量為Fe、微量合金元素Mo、Nb、V和其他不可避免的雜質；具體包括如下步驟：
[0007]步驟(1)：固溶處理：將高氮奧氏體不銹鋼板材于1050℃下保溫0.5～1h，隨后水冷
至室溫，獲得完全再結晶的單一奧氏體組織；
[0008]步驟(2)：冷軋變形：將步驟(1)固溶處理后的鋼板經酸洗去除表面氧化鐵皮后，在冷軋機組上進行多道次室溫冷軋，總的冷軋壓下率為60～80％；
[0009]步驟(3)：等溫退火：將步驟(2)得到的冷軋板于800～1000℃進行短時等溫退火，保溫時間為1～5min，隨后水冷至室溫，獲得高強韌高氮奧氏體不銹鋼，高強韌高氮奧氏體的不銹鋼顯微組織為完全再結晶的、均勻等軸的奧氏體晶粒，平均晶粒尺寸為2～4μm。
[0010]進一步的，步驟(1)中采用的高氮奧氏體不銹鋼板材的厚度為3～5mm，獲得的完全再結晶的單一奧氏體組織的平均晶粒尺寸為40～50μm。
[0011]進一步的，步驟(2)中每一道次室溫冷軋的壓下量為0.1～0.3mm。
[0012]進一步的，步驟(1)的固溶處理和步驟(3)的等溫退火采用的加熱爐為管式爐。
[0013]一種高強韌高氮奧氏體不銹鋼，采用上述的方法制備。
[0014]進一步的，屈服強度≥620MPa，抗拉強度≥1000MPa，總延伸率≥25％。
[0015]本專利技術的高氮奧氏體不銹鋼，采用的原料中采用較高含量的錳和氮元素，大大降低鎳含量的同時還能保證冷變形前后組織的穩(wěn)定性、即均為奧氏體組織；在此基礎上本專利技術通過大變形量的冷變形為后續(xù)的退火處理提供更多的形核點，使得晶粒尺寸細化到所需的尺寸；另外，本專利技術在退火處理時，將退火的溫度設定為800～1000℃，保溫時間為1～5min，保證在退火過程中不生成金屬間化合物、且避免晶粒過度長大，保證最后得到的奧氏體不銹鋼的顯微組織為完全再結晶的、均勻等軸的奧氏體晶粒，平均晶粒尺寸為2～4μm；從而利用細晶強化實現材料的高強韌化，同時避免金屬間化合物和析出物的形成，以防止惡化其耐腐蝕性能。
[0016]本專利技術與現有技術相比，其顯著優(yōu)點在于：
[0017](1)本專利技術工藝簡單，易實施，不需要特殊的設備和技術，可在現有工藝裝備條件下實現，滿足當前國家對工業(yè)化生產的要求。
[0018](2)本專利技術中等溫退火溫度相對較低，且保溫時間較短，不僅能有效降低能耗、節(jié)省生產成本，還避免了金屬間化合物和析出物的形成，消除了第二相析出導致耐腐蝕性能降低的影響。
[0019](3)本專利技術所制備的組織為完全再結晶的奧氏體晶粒，不存在帶狀組織或位錯密度較高的變形/回復組織，有助于耐腐蝕性能的保持或改善。
[0020](4)本專利技術提供的工藝方法不局限于所述高氮奧氏體不銹鋼，可適當改變工藝參數應用于其他具有高穩(wěn)定性的奧氏體鋼，如高錳奧氏體鋼等。
附圖說明
[0021]圖1為實施例1中固溶處理組織的金相圖片。
[0022]圖2為實施例1中成品鋼退火組織的EBSD質量圖。
[0023]圖3為實施例2中成品鋼退火組織的EBSD質量圖。
[0024]圖4為實施例3中成品鋼退火組織的EBSD質量圖。
[0025]圖5為實施例1～4中高強韌高氮奧氏體不銹鋼的工程應力
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應變曲線。
具體實施方式
[0026]下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細描述。
[0027]實施例1
[0028]本實施例中的高氮奧氏體不銹鋼鋼板初始厚度為5mm，其具體成分按重量百分比為C：0.025％，Si：0.21％，Mn：19.35％，Ni：1.97％，Cr：19.72％，N：0.5％，余量為Fe、微量合金元素Mo、Nb、V和其他不可避免的雜質，各組分重量百分比總和為100％。
[0029]本專利技術的一種高強韌高氮奧氏體不銹鋼的制備方法，具體包括以下步驟：
[0030](1)固溶處理：將厚度為5mm的高氮奧氏體不銹鋼初始板置于1050℃的加熱爐保溫1h，隨后水冷至室溫，獲得完全再結晶的單一奧氏本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種高強韌高氮奧氏體不銹鋼的制備方法，其特征在于，高氮奧氏體不銹鋼的成分按重量百分比為：C：<0.03％，Si：<0.25％，Mn：18～20％，Ni：<2％，Cr：18～22％，N：0.5～0.8％，余量為Fe、微量合金元素Mo、Nb、V和其他不可避免的雜質；具體包括如下步驟：步驟(1)：固溶處理：將高氮奧氏體不銹鋼板材于1050℃下保溫0.5～1h，隨后水冷至室溫，獲得完全再結晶的單一奧氏體組織；步驟(2)：冷軋變形：將步驟(1)固溶處理后的鋼板經酸洗去除表面氧化鐵皮后，在冷軋機組上進行多道次室溫冷軋，總的冷軋壓下率為60～80％；步驟(3)：等溫退火：將步驟(2)得到的冷軋板于800～1000℃進行短時等溫退火，保溫時間為1～5min，隨后水冷至室溫，...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：劉吉梓，孫雪，孫國勝，
申請(專利權)人：南京理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：