CN111139347B - 一种快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料加工领域，特别是涉及公开了一种快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，可实现亚稳态奥氏体晶粒细化，快速改善原始钢的力学性能及加工变形特性，属于金属材料加工领域，本发明提供的方法主要通过超低温环境的低温效应来明显降低材料内原子扩散迁移能力和迅速消耗轧制变形过程中产生的形变热，从而有效抑制轧制过程中动态回复或再结晶的发生，在显著细化组织的同时使位错、位错胞/墙、亚结构等变形缺陷不断积累达到较高密度，同时低温效应可以更快速加快亚稳态奥氏体不锈钢转变为马氏体，且马氏体的晶粒组织更加细小，利用细小马氏体晶粒进行退火处理，最终得到晶粒细化的奥氏体组织。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料加工领域，特别是涉及公开了一种快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，可实现亚稳态奥氏体晶粒细化，快速改善原始钢的力学性能及加工变形特性，属于金属材料加工领域。
背景技术
奥氏体不锈钢以其优异的耐蚀性和成型性成为现代工业中的重要工程材料，但奥氏体不锈钢的强度和硬度偏低，其产品易产生划伤、磨损或发生屈服变形而引起失效，从而降低产品质量和使用寿命。
对于不锈钢而言，主要通过加工强化和细晶强化达到强化效果，尤其是那些可以发生形变诱导马氏体转变的钢种，可以形变诱导马氏体从而达到细晶的目的。因此目前强化不锈钢的方法还是通过塑性变形来实现，但是传统的塑性变形的方法产生加工强化或形变诱导相变形成细晶强化的效率较低。在当下能源危机和环境危机情况下，需要寻找能快速产生加工强化和形变诱导马氏体细化晶粒的方法。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的在于提供一种快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，目的在于解决传统的塑性变形的方法产生加工强化或形变诱导相变形成细晶强化的效率较低的问题，提供一种能够实现快速加工强化、快速产生形变诱导马氏体，细化晶粒达到细晶强化的方法。
其技术方案为，其方法包括如下步骤：
步骤1：采用能够发生形变诱导马氏体的铸坯或者热轧板坯钢为初始材料，将所述铸坯或热轧坯进行固溶淬火或退火处理；
步骤1：将经过步骤1的铸坯或热轧坯进行表面铣削，然后将铣削后的铸坯或热轧板坯进行多道次快速轧制加工；
步骤3将经过步骤2处理后的铸坯或热轧板坯置于低温或者超低温冷却预处理介质中处理；
步骤4：将经过步骤3处理后的板材进行多道次轧制加工，且每道次轧制前所铸坯或热轧板坯均经低温或超低温冷却预处理；
步骤5：将经过步骤4处理后的材料置于真空热处理进行退火处理。
在上述或一些实施例中，在步骤1中退火处理温度为800℃—1200℃，保温时间为1-8小时。
在上述或一些实施例中，步骤2中快速轧制采用冷轧或者热轧进行多道次快速轧制加工，轧制变形量为20％-95％。
在上述或一些实施例中，所述铸坯或热轧板坯置于低温或者超低温冷却预处理介质中处理1～60分钟备用，其中，所述冷却预处理介质的温度为-196℃至 -30℃。
在上述或一些实施例中，在步骤4中所述每道次轧制前板材均经低温或超低温冷却预处理介质中处理1～5分钟，得到快速促进马氏体转变的钢材，其中，轧制过程中每道次变形量为2-10％。
在上述或一些实施例中，所述步骤4中热处理温度为500～1200℃，时间为 1～20分钟。
在上述或一些实施例中，在步骤1中，对铸坯或热轧坯进行热处理应为真空处理或者保护气氛处理。
在上述或一些实施例中，在步骤2中，所述的冷轧和热轧，可以快速进行，剩余总变形量的5％-10％停止变形。
在上述或一些实施例中，在步骤3中，所述冷却预处理介质为液氮或液氮- 酒精混合液、液氮-丙酮混合液。
在上述或一些实施例中，在步骤5中经超低温轧制后的材料置于真空热处理炉里进行再结晶退火处理。
本发明提供的方法主要通过超低温环境的低温效应来明显降低材料内原子扩散迁移能力和迅速消耗轧制变形过程中产生的形变热，从而有效抑制轧制过程中动态回复或再结晶的发生，在显著细化组织的同时使位错、位错胞/墙、亚结构等变形缺陷不断积累达到较高密度，同时低温效应可以更快速加快亚稳态奥氏体不锈钢转变为马氏体，且马氏体的晶粒组织更加细小，利用细小马氏体晶粒进行退火处理，最终得到晶粒细化的奥氏体组织。
此外，本发明不同于传统的冷、热轧以及目前比较先进的超低温轧制。中国发明专利，一种显著改善高强铝合金变形能力和力学性能的处理方法，专利公开号分别为CN103343306A，和一种快速促进形变诱导马氏体转变的方法，专利公开号CN105177259A，以及《金属学报》2016年08期(“304 奥氏体不锈钢超低温轧制变形诱发马氏体转变的定量分析及组织表征”公开了一种合金加工的方法，其全程都是超低温变形，此方法可以完成材料性能的提升，然而此加工方法成本太高，且加工周期过程，工业应用门槛很高，不利于技术的推广；另一发明，全程超低温变形对于变形量比较大加工工艺，很难保证成材率。但本发明在进行超低温变形前先进行快速的传统变形，这样有利于材料的变形加工成型，即能提高成材率有能使加工周期大大缩短，到近结束阶段再利用超低温变形的优势快速积累马氏体形成从而实现材料力学性能的提高以及保持高成型料的双重优化效果。本发明相对于之前的加工方法更简洁，且成本增加不高，很利于技术的推广。
附图说明
图1为本方案的工艺流程图
图2为本方案中70％冷轧+10％超低温轧后退火组织照片
图3为本方案中30％冷轧+20％超低温轧后退火组织照片
图4为本方案中20％冷轧+10％超低温轧后退火组织照片
图5为本方案中超低温80％轧后退火组织照片
具体实施方式
以下结合说明书附图，对具体实施方式做进一步详细说明。
以下将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
采用商用不锈钢的铸坯或热轧板坯为初始材料，对进行处理的初始材料进行表面铣削，做成自己需要的板坯尺寸；
步骤1采用能够发生形变诱导马氏体的铸坯或者热轧板坯钢为初始材料，将所述铸坯或热轧坯进行固溶淬火或退火等热处理，处理温度为800℃—1200℃，保温时间为1-8小时，在步骤1对铸坯或热轧坯进行热处理应为真空处理或者氩气保护气氛处理，优选石英管真空封管处理，防止在加热处理过程出现脱碳现象；
步骤2将经过步骤1的铸坯或热轧坯进行表面铣削，然后将将铣削后的铸坯或热轧板坯进行冷轧或者热轧，利用(同步或者异步)轧机进行多道次快速轧制加工，变形量为20％-95％，所述的冷轧和热轧可以快速进行，当剩余总变形量的5％-10％停止变形；
步骤3将经过步骤2处理后的所述铸坯或热轧板坯置于低温或者超低温冷却预处理介质中处理1～60分钟备用，其中，所述冷却预处理介质的温度为-196℃至-30℃，所述冷却预处理介质为液氮或液氮-酒精混合液、液氮-丙酮混合液；
步骤4将经过步骤3处理后的板材利用轧机进行多道次轧制加工，且每道次轧制前板材均经低温或超低温冷却预处理介质中处理1～5分钟后，得到快速促进马氏体转变的钢材，其中，轧制过程中每道次变形量为2-10％。
步骤5将经过步骤4处理后的板材置于真空热处理进行退火处理，热处理温度为500～1200℃，时间为1～20分钟，在步骤5经超低温轧制后的板材置于真空热处理炉里进行再结晶退火处理，优选石英封管真空处理，更优选氩气保护处理。
实施例1：
将商用304不锈钢热轧板铣削至上下表面光洁和需要的尺寸将铣削后得到的材料真空封管后在1100℃空气炉中保温1个小时，出炉后快速水淬，在室温下对淬火态304不锈钢板材进行冷轧变形，道次变形量为10％，一道次冷轧后直接进去下一道次轧制，即连续冷轧，获得70％变形量的轧板材料，然后将冷轧板放入液氮里面进行浸泡5分钟，将浸泡后的轧制进行超低温轧制，最终总变形了为80％的板材，最后将板材进行热处理退火，退火温度为850℃，保温5分钟。全部加工时间为20分钟，图2为最终的晶粒组织照片，晶粒尺寸为4.5μm。
实施例2：
将商用304不锈钢热轧板铣削至上下表面光洁和需要的尺寸。将板材真空封管后在1100℃空气炉中保温1个小时，出炉后快速水淬，然后在室温下对淬火态304不锈钢板材进行冷轧变形，道次变形量为10％，一道次冷轧后直接进去下一道次轧制，即连续冷轧，获得30％变形量的轧板，然后将冷轧板放入液氮里面进行浸泡10分钟，然后将浸泡后的轧制进行超低温轧制，最终总变形了为50％的板材。最后将板材进行热处理退火，退火温度为850℃，保温5 分钟。全部加工时间为25分钟，图3为最终的晶粒组织照片，晶粒尺寸为 8.7μm。
实施例3：
将商用304不锈钢热轧板铣削至上下表面光洁和需要的尺寸。将板材真空封管后在1100℃空气炉中保温1个小时，出炉后快速水淬，然后在室温下对淬火态304不锈钢板材进行冷轧变形，道次变形量为10％，一道次冷轧后直接进去下一道次轧制，即连续冷轧，获得20％变形量的轧板，然后将冷轧板放入液氮里面进行浸泡10分钟，之后将浸泡后的轧制进行超低温轧制，最终总变形了为30％的板材，最后将板材进行热处理退火，退火温度为850℃，保温5分钟，全部加工时间为25分钟，图4为最终的晶粒组织照片，晶粒尺寸为10μm。
对比例1：
将商用304不锈钢热轧板铣削成至上下表面光洁和上述，将铣削得到的材料真空封管后在1100℃空气炉中保温1个小时，出炉后快速水淬，之后对淬火态304不锈钢板材进行浸泡，时间为30分钟。然后直接进行超低温冷轧变形，获得80％变形量的轧板，最后将板材进行热处理退火，退火温度为850℃，保温5分钟。全部加工时间为50分钟，图5为最终的晶粒组织照片，晶粒尺寸为5.5μm。
对比例2和对比例3
实验方法和对比例1大体一致，不一样的为变形量分别为50％和20％，加工时间为分别为40分钟和30分钟，经测量最后的晶粒尺寸分别为10微米和20微米左右。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：采用能够发生形变诱导马氏体的铸坯或者热轧板坯钢为初始材料，将所述铸坯或热轧坯进行固溶淬火或退火处理；
步骤2：将经过步骤1的铸坯或热轧坯进行表面铣削，然后将铣削后的铸坯或热轧板坯进行多道次快速轧制加工；
步骤3将经过步骤2处理后的铸坯或热轧板坯置于低温或者超低温冷却预处理介质中处理；
步骤4：将经过步骤3处理后的板材进行多道次轧制加工，且每道次轧制前铸坯或热轧板坯均经低温或超低温冷却预处理；
步骤5：将经过步骤4处理后的材料置于真空热处理进行退火处理。
2.根据权利要求1所述的快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，其特征在于，在步骤1中退火处理温度为800℃—1200℃，保温时间为1-8小时。
3.根据权利要求1所述的快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，其特征在于，步骤2中快速轧制采用冷轧或者热轧进行多道次快速轧制加工，轧制变形量为20%-95%。
4.根据权利要求1所述的快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，其特征在于，所述铸坯或热轧板坯置于低温或者超低温冷却预处理介质中处理1~60分钟备用，其中，所述冷却预处理介质的温度为-196℃至-30℃。
5.根据权利要求1所述的快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，其特征在于，在步骤4中所述每道次轧制前板材均经低温或超低温冷却预处理介质中处理1~5分钟，得到快速促进马氏体转变的钢材，其中，轧制过程中每道次变形量为2-10%。
6.根据权利要求1所述的快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，其特征在于，所述步骤5中热处理温度为500~1200℃，时间为1~20分钟。
7.根据权利要求1-6任一所述的快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，其特征在于，在步骤1中，对铸坯或热轧坯进行固溶淬火或退火处理应为真空处理或者氩气保护气氛处理。
8.根据权利要求1-6任一所述的快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，其特征在于，在步骤2中，所述的冷轧和热轧，可以快速进行，剩余总变形量的5%-10%停止变形。
9.根据权利要求1-6任一所述的快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，其特征在于，在步骤3中，所述冷却预处理介质为液氮或液氮-酒精混合液、液氮-丙酮混合液。
10.根据权利要求1-6任一所述的快速细化亚稳态奥氏体晶粒组织的方法，其特征在于，在步骤5中经超低温轧制后的材料置于真空热处理炉里进行再结晶退火处理。
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