一种提高321奥氏体不锈钢中共格孪晶界比例的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高321奥氏体不锈钢中共格孪晶界比例的方法。通过预处理对原始321奥氏体不锈钢组织进行调控，即先进固溶处理，然后进行变形量为50~70％的轧制和高温退火，退火温度为1050℃~1150℃，退火时间不少于5min，从而获得预处理样品；然后对预处理样品进行变形量为4%~6%冷轧处理和高温短时间退火，退火温度为1050℃，退火时间不低于15min，最终获得Σ3晶界的比例超过65%的321奥氏体不锈钢，其中共格孪晶界占Σ3晶界的比例为70%左右。本发明专利技术方法不仅提高了321奥氏体不锈钢中Σ3晶界比例，而且提高了共格孪晶界的比例，有效提高了321奥氏体不锈钢的综合服役性能，具有广泛的应用前景。有广泛的应用前景。有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种提高321奥氏体不锈钢中共格孪晶界比例的方法


[0001]本专利技术涉及金属材料形变及热处理工艺
，具体涉及一种提高321奥氏体不锈钢中共格孪晶界比例的方法。
技术背景
[0002]奥氏体不锈钢是石油化工领域中设备的主要结构材料，其中321奥氏体不锈钢由于具有优异的耐腐蚀性及高温力学性能，常作为关键材料应用于该领域。在复杂的服役条件下需要承受高温、高压、酸性和循环载荷，因此必然面临着材料失效的考验。近年来，国内外针对321奥氏体不锈钢的服役失效问题展开了大量的研究，包括利用激光冲击，镀膜等方式来提高其综合服役性能，但材料仍然在发生各种各样的退化或失效，不能够从源头上解决材料失效的问题。传统的方法不仅成本高，且从结果来看并不是最佳途径，因此急需一种提高321奥氏体不锈钢综合服役性能的工艺方法。
[0003]晶界工程(Grain Boundary Engineering，GBE)是提高奥氏体不锈钢耐腐蚀和力学性能的重要手段，具有投入少、性能提高显著等优势，主要通过形变和热处理工艺大幅提高了材料的低Σ重合位置点阵(CSL)晶界的比例，优化了材料的晶界特征分布(GBCD)，进而显著改善材料与晶界相关的多种性能。目前，国内已积累了丰富的经验与手段，且如304、316L等不锈钢已商用化，但目前尚未深入开展321奥氏体不锈钢的GBE技术研究。
[0004]传统晶界工程研究主要是通过小变形及高温短时间退火等手段来提高低ΣCSL(Σ3、Σ9、Σ27)特殊晶界的比例，不足之处是不能确定低∑值重位点阵晶界的结构特征，即不能区分共格∑3晶界(共格孪晶界)和非共格∑3晶界。此外，传统晶界工程是基于三参数表征晶界特征分布，无法准确测定出共格∑3晶界的比例。
[0005]研究表明，在中低层错能面心立方金属材料中，共格∑3晶界比非共格∑3晶界比能量更低，稳定性更好，其对改善材料的耐腐蚀、抗蠕变性能和抗疲劳性能等综合服役性能更为有利。因此，要提高321奥氏体不锈钢的综合服役性能，需要一种可以提高∑3晶界比例的工艺，特别是提高共格∑3晶界比例的方法。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术难题，本专利技术的目的在于提供一种提高321奥氏体不锈钢中共格孪晶界比例的方法，在不增加成本及生产工序的情况下，解决目前321奥氏体不锈钢在提高低ΣCSL晶界比例上所面临的技术难题，同时提高共格Σ3晶界的比例并对其定量化统计，具有工程应用价值。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种提高321奥氏体不锈钢中共格孪晶界比例的方法，包括以下步骤：
[0009]1)原始组织调控
[0010]将原始321奥氏体不锈钢在1100～1150℃进行固溶处理，时间不低于60min，以便固溶材料中的碳化物，包括Ti(C、N)等，然后进行两次冷轧加工及中间退火，两次冷轧的变
形量为50～70％，两次中间退火温度为1050℃～1150℃，退火时间不低于5min，最终获得预处理材料。
[0011]2)小变形及高温退火
[0012]将上述预处理材料再进行冷轧，变形量为4％～6％，尽可能保持材料的轧面受力均匀，而后对材料进行热处理，温度为1050℃，退火时间为不少于15min。
[0013]步骤1)中，由于原始材料321奥氏体不锈钢中有平行于原始轧制方向(简称“原始RD方向”)分布的条状δ
‑
铁素体，在50％～70％冷轧大变形时，选择垂直于原始RD方向为轧向，尽可能的将δ
‑
铁素体破碎。退火温度范围选择1050℃～1150℃，可以抑制过多的δ
‑
铁素体和Ti(C、N)等第二相析出对高比例低ΣCSL晶界形成的影响。
[0014]步骤2)中，小变形量冷轧时，要保证材料受力均匀，材料形变储能一致，从而使材料各区域特殊晶界比例趋于一致；同时为了抑制过量形变导致马氏体产生，冷轧变形的速率不能过快，不能超过80r/min。
[0015]经过步骤2)小变形高温短时间退火后，材料中Σ3晶界的比例不低于65％，其中共格Σ3晶界为不低于70％。
[0016]本专利技术主要用于321奥氏体不锈钢生产，具有成本低、效率高等优点。通过本专利技术调控工艺，按照更为严格的判据，即角度偏差设定为
±
2.5
°
(如取向差为<1 1 1>/60
°
包含取向差为<1 1 1>/57.5
°
到<1 1 1>/62.5
°
的晶界)，这个角度偏差远小于Brandon和Palumbo
‑
Aust判据，获得Σ3晶界的比例超过65％。在此基础上，通过五参数法和晶界界面匹配定量表征的方法测定出共格Σ3晶界的比例约为70％。
[0017]本专利技术不仅提高了321奥氏体不锈钢中Σ3晶界比例，而且提高了共格孪晶界的比例，有效提高了321奥氏体不锈钢的综合服役性能，具有广泛的应用前景
附图说明
[0018]图1为321奥氏体不锈钢非晶界工程处理样品(编号为N
‑
GBE)和晶界工程处理样品(编号为GBE
‑
1和GBE
‑
2)通过背散射电子衍射(EBSD)获得的不同类型晶界重构图和取向差分布图；其中，a和d为N
‑
GBE样品的晶界重构图和取向差分布图，b和e为GBE
‑
1样品的晶界重构图和取向差分布图，c和f为GBE
‑
2样品的晶界重构图和取向差分布图；GBE
‑
1样品和GBE
‑
2样品均是采用本专利技术工艺加工制备获得。
[0019]图2为321奥氏体不锈钢样品取向差为<1 1 1>/60(∑3晶界)的晶界面分布图；其中，a为N
‑
GBE样品，b为GBE
‑
1样品，c为GBE
‑
2样品。
[0020]图3为半高宽W获取的示意图；其中，a为N
‑
GBE样品，b为GBE
‑
1样品，c为GBE
‑
2样品。
[0021]图4为Σ3晶界和共格孪晶界比例示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施案例对本专利技术作进一步详细说明。
[0023]实施例1
[0024]第一步，原始组织调控：
[0025]用线切割的方式将原始321奥氏体不锈钢切成尺寸为25mm
×
10mm
×
10mm的板条，使用型号为OTF
‑
1200X的退火炉在1100℃固溶处理60min，取出后立即水淬至室温。沿一个
方向多道次将固溶处理后的样品送入轧辊中，轧至5mm厚，再使用退火炉在1100℃退火30mi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高321奥氏体不锈钢中共格孪晶界比例的方法，其特征在于，包括以下步骤：1）原始组织调控将原始321奥氏体不锈钢在1100~1150℃进行固溶处理，时间不低于60min，然后进行两次冷轧加工及中间退火，两次冷轧的变形量为50～70％，两次中间退火温度为1050℃～1150℃，退火时间不低于5min，最终获得预处理材料；2）小变形及高温退火将上述预处理材料再进行冷轧，变形量为4%～6%，然后对材料进行热处理，温度为1050℃，退火时间为不少于15min，获得Σ3晶界的比例不低于65%...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐刚，吴洁鑫，王卫国，陈松，王震，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：