一种提高321奥氏体不锈钢屈服强度的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高321奥氏体不锈钢屈服强度的方法。本发明专利技术对不锈钢板进行高温固溶处理，溶解碳化物的同时增大奥氏体晶粒尺寸；然后对不锈钢进行中温交叉轧制变形处理，使奥氏体晶粒内产生大量的剪切带交叉点；进一步对不锈钢进行深冷交叉轧制变形处理，使奥氏体完全转变为非常细小的形变诱发马氏体；接着利用激光对其进行快速选区加热处理，使马氏体以切变的方式逆相变为奥氏体，同时利用快速冷却工艺对激光加热区域进行快速冷却处理，限制奥氏体晶粒粗化，使不锈钢获得超细晶粒奥氏体组织，提高321不锈钢薄板的屈服强度。提高321不锈钢薄板的屈服强度。

【技术实现步骤摘要】
一种提高321奥氏体不锈钢屈服强度的方法


[0001]本专利技术属于亚稳奥氏体不锈钢生产
，特别涉及一种提高321型亚稳奥氏体不锈钢屈服强度的方法。

技术介绍

[0002]321奥氏体不锈钢是300系列奥氏体不锈钢的典型代表钢种，被广泛应用于石油化工、核电、航空航天等工业领域。各工业领域对装备构件强度提出了更高要求，以确保结构轻量化及服役安全性。然而，目前商业321不锈钢的屈服强度较低，仅为100～300Mpa，这限制了321不锈钢在承载、防撞、耐压等高强构件中的使用要求，制约了其发展。可见，为保障各工业领域安全快速地发展，提高321型不锈钢的屈服强度是亟需解决的一个问题。
[0003]晶粒细化是提高奥氏体不锈钢屈服强度的重要方法，成为了科研人员关注的重点。奥氏体不锈钢由于具有大量Ni等奥氏体稳定合金元素，使奥氏体具有很高的热稳定性，导致其室温组织为奥氏体，且在深冷条件下不锈钢的组织内也很难形成马氏体。基于此，321不锈钢的晶粒细化无法通过传统循环相变的方法得以实现，只能依赖大塑性变形+临界退火，通过形变诱发马氏体的逆相变或者形变缺陷的再结晶进行细化晶粒。然而，目前该方法对设备要求高，损耗大，且得到的组织不均匀、性能不稳定。对此，开发一种对设备要求低、获得的组织均匀、性能稳定的新方法是目前需要攻克的一个难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有亚稳奥氏体不锈钢细化晶粒方法存在的损耗大、组织均匀性差、性能不稳定、对设备要求高等问题，提出了软态变温交叉轧制+激光快速加热/冷却协同作用的细化晶粒新方法，以提高321不锈钢的屈服强度。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术是通过如下手段得以实现的：
[0006]本专利技术第一方面提供了一种提高321不锈钢屈服强度的方法，包括如下步骤：
[0007](1)将厚度为d的321不锈钢板加热至1000
‑
1200℃，并进行保温处理；所述d为5
‑
8mm；
[0008](2)保温处理后将321不锈钢板在400
‑
600℃下进行交叉轧制变形处理，相邻两个道次轧制方向相差90
°
，变形量为40
‑
60％；
[0009](3)随后于
‑
50～
‑
120℃下进一步进行交叉轧制变形处理，相邻两个道次轧制方向相差90
°
，变形量为60
‑
80％；
[0010](4)利用激光对轧制后的不锈钢板选取加热区进行快速加热处理，激光的功率为100
‑
300W，加工速度为500
‑
3000mm/min，束斑尺寸为0.5
‑
1mm；激光选区加热处理时，光束沿直线运动，两条相邻直线加热区的搭接量为0.1mm。
[0011]作为优选地，步骤(1)中所述保温处理的时间为t1分钟，t1＝(5
‑
10)*d；最优选地，所述保温处理的时间t1＝8*d。
[0012]作为优选地，步骤(1)中所述保温处理的温度为1100℃。
[0013]作为优选地，步骤(2)中所述交叉轧制变形处理的温度为500℃，变形量为50％。
[0014]作为优选地，步骤(3)中所述交叉轧制变形处理的温度为
‑
90℃，变形量为70％。
[0015]作为优选地，步骤(4)中所述激光的功率为200W，加工速度为2000mm/min，束斑尺寸为0.8mm。
[0016]作为优选地，步骤(4)利用激光进行加热处理时，于加热区两侧放置低温垫板，以进行快速冷却处理。
[0017]作为优选地，所述低温垫板的温度为
‑
20～
‑
50℃；最优选地，所述低温散热板的温度为
‑
40℃。
[0018]本专利技术第二方面提供了根据上述方法制备得到的321不锈钢。
[0019]目前亚稳奥氏体不锈钢晶粒细化的方法是基于大变形+退火，而该方法对设备要求高且获得的组织均匀性差，性能不稳定。针对上述问题，本专利技术提出了软态交叉轧制+激光选区热处理工艺实现晶粒尺寸的均匀细化。变形抗力是决定选用轧制设备的一个重要参数，为降低不锈钢轧制过程中的变形抗力，本专利技术设计了高温保温处理工艺，利用该工艺提高奥氏体的晶粒尺寸，降低材料塑性变形过程中的变形抗力。此外，变形温度是影响变形抗力的另一个重要因素，本专利技术设计了中温交叉轧制工艺，在该工艺下不锈钢的变形抗力远低于深冷环境，同时提出了交叉轧制的设计方法，利用多方向变形的特点，使不锈钢内部产生大量细小的形变带及其交叉点，为后续形变诱发马氏体相变提供形核质点。上述两个工艺大大降低了对轧制设备的能力要求，克服了现有工艺对设备能力要求高的不足。进一步，本专利技术设计了低温交叉轧制工艺，利用低温环境和交叉轧制多方向变形的特点，使不锈钢形成细小的大量形变诱发马氏体，为后续激光退火制备超细晶做准备。激光选区加热结合低温垫板的散热处理可实现对加热速度和冷却速度的调控，利用此特点可制备超细晶粒的不锈钢。
[0020]综上，本专利技术通过高温保温、中温交叉轧制、低温交叉轧制、激光选区加热、低温垫板冷却处理等多步骤工艺的耦合作用实现321奥氏体不锈钢的超细晶制备。
[0021]本专利技术相对于现有技术具有如下有益效果：
[0022](1)本专利技术降低了现有工艺对轧制设备能力的高要求及损耗，同时获得了均匀的组织和稳定的性能，为产品的工业推广提供了技术保障。且本专利技术提出了软态中温交叉轧制与低温交叉轧制相耦合的轧制新工艺，利用该工艺可以降低不锈钢的变形抗力，同时交叉轧制多方向变形的特点可使不锈钢获得大量细小的形变诱发马氏体，克服了高稳定性奥氏体不锈钢难以触发马氏体相变的难题。
[0023](2)本专利技术所提出的激光选区加热与低温垫板协同作用可有效控制不锈钢的快速加热与冷却，此工艺丰富了现有热处理技术，为工业生产提供了新思路。本专利技术提出了交叉轧制与激光选区加热相结合新工艺，为组织调控提供了新方向。同时本专利技术在未添加大量昂贵合金元素的基础上，有效提高了321不锈钢的屈服强度。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]实施例1
[0026]一种提高321不锈钢屈服强度的方法，包括如下步骤：
[0027](1)将5mm厚的商业321不锈钢板加热至1100℃，并进行保温处理40min；
[0028](2)保温处理后将321不锈钢板在500℃下进行交叉轧制变形处理，相邻两个道次轧制方向相差90
°
，变形量为50％；
[0029](3)随后于
‑
90℃下进一步进行交叉轧制变形处理，相邻两个道次轧制方向相差90
°
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高321不锈钢屈服强度的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将厚度为d的321不锈钢板加热至1000
‑
1200℃，并进行保温处理；所述d为5
‑
8mm；(2)保温处理后将321不锈钢板在400
‑
600℃下进行交叉轧制变形处理，相邻两个道次轧制方向相差90
°
，变形量为40
‑
60％；(3)随后于
‑
50～
‑
120℃下进一步进行交叉轧制变形处理，相邻两个道次轧制方向相差90
°
，变形量为60
‑
80％；(4)利用激光对轧制后的不锈钢板选取加热区进行快速加热处理，激光的功率为100
‑
300W，加工速度为500
‑
3000mm/min，束斑尺寸为0.5
‑
1mm；激光选区加热处理时，光束沿直线运动，两条相邻直线加热区的搭接量为0.1mm。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：习小慧，王金亮，吴桐，刘大海，刘星，文成，陈柏潼，周振华，颜世卓，巫嘉虎，谭智星，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：