CN113528778B - 一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法 - Google Patents

一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113528778B
CN113528778B CN202110732542.8A CN202110732542A CN113528778B CN 113528778 B CN113528778 B CN 113528778B CN 202110732542 A CN202110732542 A CN 202110732542A CN 113528778 B CN113528778 B CN 113528778B
Authority
CN
China
Prior art keywords
percent
austenitic stainless
stainless steel
isothermal
superplastic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110732542.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113528778A (zh
Inventor
梁田
陈思含
高明
马颖澈
刘奎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Metal Research of CAS
Original Assignee
Institute of Metal Research of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Metal Research of CAS filed Critical Institute of Metal Research of CAS
Priority to CN202110732542.8A priority Critical patent/CN113528778B/zh
Publication of CN113528778A publication Critical patent/CN113528778A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113528778B publication Critical patent/CN113528778B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/13Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by hot working
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/16Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

本发明公开了一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法,属于材料热加工技术领域。该方法首先采用等温热时效方法对高硅奥氏体不锈钢锻造钢锭进行700‑900℃、保温24‑128小时的等温时效处理,并保证等温时效处理后其组织中的析出相体积分数达到15‑30%;然后进行750‑850℃等温超塑性变形。本发明方法可避免在热变形过程中产生热裂纹、断裂缺陷,且组织均匀性高,可有效解决高硅奥氏体不锈钢复杂部件的难于热变形加工等问题。

Description

一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法
技术领域
本发明涉及材料热加工技术领域,具体涉及一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法。
背景技术
硫酸是当今世界上生产最广泛的化学物质之一,它在化学、农业、军事和医疗领域具有非凡的现代用途。然而,由于浓度和温度的不同,硫酸将表现出不同的性质。特别是在高温下,高浓度的硫酸的腐蚀性很强,因此硫酸厂的腐蚀是硫酸制造过程中设备泄漏的主要原因。因此,必须特别注意硫酸生产中的关键部件的耐腐蚀问题。
高硅奥氏体不锈钢一般指Si含量>4%的奥氏体不锈钢,在高温浓硫酸中具有优良的耐腐蚀性能,因此在硫酸工业中有着非常重要的应用,如用来制备硫酸吸收塔内衬用钢板、浓硫酸冷却器、泵、篦板、管道等。而且高硅奥氏体不锈钢中的Si含量越高,耐腐蚀性能越好,可用于更苛刻的服役环境。然而,Si含量越高,高硅奥氏体不锈钢的热加工性能越差。这是因为Si>5.0wt.%时,合金在凝固析出时就有大量的析出相析出,即使通过高温固溶处理也不能完全消除。尤其是一些具有复杂结构的零部件,靠常规的热加工成型方法基本不能制备,严重影响了高硅奥氏体不锈钢在硫酸工业中的应用,也不利于关键硫酸生产设备防腐蚀性能的提升。
因此,研发一种适用于高硅奥氏体不锈钢的新工艺,以解决复杂部件的不能热加工成型的问题,并消除热加工过程出现的热裂纹、成品率低等缺陷,是高硅奥氏体不锈钢在硫酸工业设备上大规模应用急需解决的关键。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法,解决了高硅奥氏体不锈钢复杂结构部件的热加工成型、易开裂、成品率低等问题,制备出的高硅奥氏体不锈钢组织均匀、致密性好、无微裂纹。
为了实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法,首先使用等温热时效方法对高硅奥氏体不锈钢锻造钢锭进行等温时效处理,并保证等温时效处理后其组织中的析出相体积分数达到15-30%;然后进行等温超塑性变形。
所述高硅奥氏体不锈钢按重量百分比计的化学成分如下:
C:0.015-0.050%;Cr:14.00-20.00%;Ni:15.00-22.00%;Si:5.50-6.50%;Mn:0.50-2.00%;S<0.010%;P<0.025%;Mo:0.50-2.00%;Cu:0.50-1.50%;Al<0.10%;N<0.02%;Fe余量。
所述等温时效方法为:锻造钢锭在加热炉中以100-150℃/h的升温速度升温至700-900℃,等温保温24-128小时。锻造钢锭经过等温时效处理后,钢锭组织中的析出相的种类为chi、sigma和Cr3Ni5Si2相,并在基体组织中弥散细小析出。经过等温时效处理的锻造钢锭如不能立即进行等温超塑性变形,则需要水冷保存其组织。
所述等温超塑性变形为:钢锭在750-850℃进行恒温拉伸,应变速率为0.1-1mm/min;变形完成后,采用风冷或水冷方式保存组织。
采用等温时效处理后的钢锭进行恒温拉伸处理时,断裂伸长率大于100%。
本发明的优点如下:
本发明方法可实现Si含量在5.5-6.5wt.%的高硅奥氏体不锈钢复杂部件成型,利用等温时效方法使钢锭组织中存在大量析出相的情况下,促使基体在恒温变形过程中发生强烈的再结晶,细化晶粒,从而不会在超塑性变形过程中产生热裂纹、开裂缺陷,而且超塑性成型后的组织致密、均匀。本方法适用性广、操作简单、设备要求低、易大规模工业生产、成品率高。
附图说明
图1为实施例3中高硅奥氏体不锈钢原始锻造组织。
图2为实施例3中高硅奥氏体不锈钢超塑性变形组织。
具体实施方式
以下结合实施例详述本发明。
本发明提供了一种适用于5.5-6.5wt.%的奥氏体不锈钢超塑性成型方法,具体超塑性成型过程如下:
(1)原料准备:选择高Si含量奥氏体不锈钢合金锻锭化学成分(wt.%):C:0.015-0.050%;Cr:14.00-20.00%;Ni:15.00-22.00%;Si:5.50-6.50%;Mn:0.50-2.00%;S<0.010%;P<0.025%;Mo:0.50-2.00%;Cu:0.50-1.50%;Al<0.10%;N<0.02%;Fe余量。
(2)钢锭等温热时效处理:锻造钢锭首先在加热炉中以100-150℃/h的升温速度升温至700-900℃,等温保温24-128小时,同时要保证等温时效处理后组织中弥散细小析出相的析出量为15-30%。经过长期时效处理的锻造钢锭如不能立即实现超塑性变形,需要水冷保存其组织。
(3)恒温变形:长期时效后的锻棒需要快速升温至750-850℃,保温时间按照2.5mm/小时计算,确保锻棒温度均匀。然后进行恒温拉伸,应变速率为0.1-1mm/min,变形完成后,采用风冷或水冷方式保存超塑性变形组织。
实施例1
(1)原料准备:选择高Si含量奥氏体不锈钢合金化学成分(wt.%):C:0.034%;Cr:18.30%;Ni:22.10%;Si:6.10%;Mn:1.20%;S<0.010%;P<0.025%;Mo:1.00%;Cu:1.30%;Al<0.10%;N<0.02%;Fe余量。
(2)钢锭等温热时效处理:锻造钢锭首先在加热炉中以120℃/h的升温速度升温至700℃,等温保温128h,等温热时效处理后组织中弥散析出大量的chi、sigma、Cr3Ni5Si2相,析出相的体积分数约为18.2%,等温时效热处理后,锻棒进行水冷处理,然后加工成标准拉伸试棒。
(3)恒温超塑性变形:长期时效后的拉伸样品快速升温至750℃,保温时间15分钟,确保拉伸样品温度均匀。然后进行恒温拉伸,拉伸速度为0.5mm/min,样品断裂伸长率约为110.5%,变形完成后,采用水冷方式保存超塑性变形组织。
实施例2
(1)原料准备:选择高Si含量奥氏体不锈钢合金化学成分(wt.%):C:0.034%;Cr:18.30%;Ni:22.10%;Si:6.10%;Mn:1.20%;S<0.010%;P<0.025%;Mo:1.00%;Cu:1.30%;Al<0.10%;N<0.02%;Fe余量。
(2)钢锭等温热时效处理:锻造钢锭首先在加热炉中以120℃/h的升温速度升温至800℃,等温保温72h,组织中弥散析出大量的chi、sigma、Cr3Ni5Si2相,析出相的体积分数约为24.6%左右,等温时效热处理后,锻棒进行水冷处理,然后加工成标准拉伸试棒。
(3)恒温超塑性变形:长期时效后的拉伸样品需要分别快速升温至850℃,保温时间15分钟,确保拉伸样品温度均匀。然后进行恒温拉伸,拉伸速度为0.5mm/min,样品断裂伸长率约为120.5%,变形完成后,采用水冷方式保存超塑性变形组织。
实施例3
(1)原料准备:选择高Si含量奥氏体不锈钢合金化学成分(wt.%):C:0.034%;Cr:18.30%;Ni:22.10%;Si:6.10%;Mn:1.20%;S<0.010%;P<0.025%;Mo:1.00%;Cu:1.30%;Al<0.10%;N<0.02%;Fe余量。
(2)钢锭等温热时效处理:锻造钢锭首先在加热炉中以120℃/h的升温速度升温至800℃,等温保温72h,组织中弥散析出大量的chi、sigma、Cr3Ni5Si2相,析出相的体积分数约为24.6%左右,等温时效热处理后,锻棒进行水冷处理,然后加工成标准拉伸试棒。
(3)恒温超塑性变形:长期时效后的拉伸样品需要分别快速升温至800℃,保温时间15分钟,确保拉伸样品温度均匀。然后进行恒温拉伸,拉伸速度为0.1mm/min,样品断裂伸长率约为273%,变形完成后,采用水冷方式保存超塑性变形组织。金相分析表明,合金超塑性变形后,大量析出相促使基体在恒温变形过程中发生强烈的再结晶,细化晶粒,如图1,图2所示。
对比例1
(1)原料准备:选择高Si含量奥氏体不锈钢合金化学成分(wt.%):C:0.034%;Cr:18.30%;Ni:22.10%;Si:6.10%;Mn:1.20%;S<0.010%;P<0.025%;Mo:1.00%;Cu:1.30%;Al<0.10%;N<0.02%;Fe余量。
(2)钢锭等温热时效处理:锻造钢锭首先在加热炉中以120℃/h的升温速度升温至900℃,在该温度等温保温24h,金相分析表明,组织中弥散少量的chi、sigma、Cr3Ni5Si2相,析出相的体积分数约为10.4%左右,等温时效热处理后,锻棒进行水冷处理,然后加工成标准拉伸试棒。
(3)恒温超塑性变形:长期时效后的拉伸样品需要快速升温至900℃保温时间约为15分钟,确保拉伸样品温度均匀。然后进行恒温拉伸,应变速率为0.5mm/min,样品断裂伸长率约为38%,变形完成后,采用水冷方式保存超塑性变形组织。
对比例2
(1)原料准备:选择高Si含量奥氏体不锈钢合金化学成分(wt.%):C:0.034%;Cr:18.30%;Ni:22.10%;Si:6.10%;Mn:1.20%;S<0.010%;P<0.025%;Mo:1.00%;Cu:1.30%;Al<0.10%;N<0.02%;Fe余量。
(2)钢锭等温热时效处理:锻造钢锭首先在加热炉中以120℃/h的升温速度升温至700℃,在该温度等温保温24h,金相分析表明,组织中弥散少量的chi、sigma、Cr3Ni5Si2相,析出相的体积分数约为10.4%左右,等温时效热处理后,锻棒进行水冷处理,然后加工成标准拉伸试棒。
(3)恒温超塑性变形:长期时效后的拉伸样品需要快速升温至600℃保温时间约为15分钟,确保拉伸样品温度均匀。然后进行恒温拉伸,应变速率为1mm/min,样品断裂伸长率约为12%,变形完成后,采用水冷方式保存超塑性变形组织。

Claims (4)

1.一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法,其特征在于:该方法首先使用等温热时效方法对高硅奥氏体不锈钢锻造钢锭进行等温时效处理,并保证等温时效处理后其组织中的析出相体积分数达到15-30%;然后进行等温超塑性变形;
所述高硅奥氏体不锈钢按重量百分比计的化学成分如下:
C:0.015-0.050%;Cr:14.00-20.00%;Ni:15.00-22.00%;Si:5.50-6.50%;Mn:0.50-2.00%;S<0.010%;P<0.025%;Mo:0.50-2.00%;Cu:0.50-1.50%;Al<0.10%;N<0.02%;Fe余量;
所述等温时效方法为:锻造钢锭在加热炉中以100-150℃/h的升温速度升温至700-900℃,等温保温24-128小时;
所述等温超塑性变形为:钢锭在750-850℃进行恒温拉伸,应变速率为0.1-1mm/min;变形完成后,风冷或水冷。
2.按照权利要求1所述的超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法,其特征在于:所述高硅奥氏体不锈钢中Si含量为5.5-6.5wt.%。
3.按照权利要求1所述的超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法,其特征在于:锻造钢锭经过等温时效处理后,钢锭组织中的析出相的种类为chi、sigma和Cr3Ni5Si2相,并在基体组织中弥散细小析出。
4.按照权利要求1所述的超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法,其特征在于:等温时效处理后的钢锭进行恒温拉伸处理时,断裂伸长率大于100%。
CN202110732542.8A 2021-06-30 2021-06-30 一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法 Active CN113528778B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110732542.8A CN113528778B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110732542.8A CN113528778B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113528778A CN113528778A (zh) 2021-10-22
CN113528778B true CN113528778B (zh) 2022-09-27

Family

ID=78126286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110732542.8A Active CN113528778B (zh) 2021-06-30 2021-06-30 一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113528778B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116162845B (zh) * 2022-12-30 2024-02-27 兰州理工大学温州泵阀工程研究院 一种改善高硅奥氏体不锈钢热塑性的方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0551633A (ja) * 1991-08-27 1993-03-02 Nippon Steel Corp 高Si含有オーステナイト系ステンレス鋼の製造方法
US6405214B1 (en) * 1998-12-17 2002-06-11 Hewlett-Packard Company Method of gathering usage information and transmitting to a primary server and a third party server by a client program
CN104630434B (zh) * 2015-01-28 2017-08-04 四川理工学院 利用马氏体相变循环实现304不锈钢超塑性的方法
CN106756559B (zh) * 2016-12-27 2018-09-14 振石集团东方特钢有限公司 一种耐浓硫酸腐蚀用高硅奥氏体不锈钢及其制备方法
CN106756628A (zh) * 2017-01-06 2017-05-31 江苏星火特钢有限公司 一种高硅含氮奥氏体不锈钢及其制备方法
CN108118237A (zh) * 2017-12-25 2018-06-05 永兴特种不锈钢股份有限公司 一种耐高温高浓度硫酸的奥氏体不锈钢的制备方法
CN108085597A (zh) * 2017-12-25 2018-05-29 永兴特种不锈钢股份有限公司 一种耐高温高浓度硫酸的奥氏体不锈钢

Also Published As

Publication number Publication date
CN113528778A (zh) 2021-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109252083A (zh) 一种多相高熵合金及其制备方法
CN115141984B (zh) 一种高熵奥氏体不锈钢及其制备方法
CN109161780B (zh) 一种提高FeCrNiAl基高熵合金加工性能的方法
CN110484812A (zh) 一种高性能热冲压模具钢及其制造工艺
CN110468348B (zh) 一种核电站用022Cr19Ni10不锈钢法兰及其制造方法
CN112210737B (zh) 一种提高Ti-6Al-4V钛合金硬度的两级相变热处理方法
CN113430455A (zh) 一种耐液态铅(铅铋)腐蚀的高强度奥氏体不锈钢及其制备方法
CN102409258B (zh) 一种含硼的高强度、耐氢脆合金的组织均匀性控制方法
CN110283974A (zh) 一种压力容器用12Cr2Mo1V钢锻件的热处理工艺
CN113528778B (zh) 一种超塑性高硅奥氏体不锈钢的制备方法
CN105568113A (zh) 一种高强度Fe-Ni-Cr基高温耐蚀合金的复合强韧化工艺
CN110106397B (zh) 一种耐高温螺栓合金材料及螺栓的制造方法
CN117165809A (zh) 一种钛铜合金管材及其制备方法
CN111118258A (zh) 一种提升00Cr12Ni10MoTi马氏体时效不锈钢低温冲击韧性的热处理方法
CN108385045B (zh) 一种控制IN718合金均匀析出δ相的热处理方法
CN117165812A (zh) 一种高强度高弹性Cu-Ni-Mn-V合金及其制备方法
CN110819872A (zh) 一种Fe-Mn-Al-Ni-Nb形状记忆合金及其制备方法
CN114645159B (zh) 一种高温抗氧化高强度镍钨钴铬合金及制备方法
CN110229976B (zh) 一种屈服强度高于900MPa的高韧性钛合金及制备方法
CN112048604B (zh) 一种低合金高温螺栓的制备工艺
CN109913692B (zh) 一种高耐疲劳性能铸态镍铝青铜合金的制备方法
CN111235491B (zh) 一种高强度高塑性的形状记忆钢及其制备方法
CN114635075A (zh) 一种高强度高塑韧性的叶片材料
CN116219230B (zh) 一种高温合金密封板材料及其制备方法
CN102877002A (zh) 一种用于锅炉零部件的耐热钢及其制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant