CN114959191B - 一种调控sigma相提高超级奥氏体不锈钢耐蚀性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种调控sigma相提高超级奥氏体不锈钢耐蚀性的方法，涉及奥氏体不锈钢技术领域。本发明首先将超级奥氏体不锈钢钢液浇铸成钢锭，经固溶处理后进行热轧，在25～300℃温度范围内，利用表面大塑性变形方法进行表面变形处理，加热，之后进行空冷或喷水冷却，完成sigma相的调控。本发明针对超级奥氏体不锈钢存在粗大析出相从而降低其耐蚀性的问题，利用表面大塑性变形和较低温度的时效处理对工件表面进行处理，获得特殊的微观组织状态，从而改善耐蚀性能，使超级奥氏体不锈钢的耐蚀性大幅提高。

Description

一种调控sigma相提高超级奥氏体不锈钢耐蚀性的方法
技术领域
本发明涉及奥氏体不锈钢技术领域，特别是涉及一种调控sigma相提高超级奥氏体不锈钢耐蚀性的方法。
背景技术
超级奥氏体不锈钢一般是指具有超低碳、合金元素含量高达50％以上的奥氏体不锈钢。这种奥氏体不锈钢因具有优异的常规力学性能和耐蚀性能，从而广泛应用于含卤离子和高温苛刻腐蚀环境中。
超级奥氏体不锈钢中的合金元素含量高，在凝固及后续加热条件下非常容易析出有害第二相。为提高超级奥氏体不锈钢的耐蚀性，开展均质化处理、减少钢中的第二相析出、调整晶界状态是其中非常重要的方法。专利公告号CN113802064A，名称为“一种调控晶界硼重分布改善超级奥氏体不锈钢晶界第二相析出的方法”的中国专利中提出，利用阶梯固溶和低温保温联合处理使钢中更高含量的硼偏聚于晶界，在不改变晶粒尺寸的同时，使晶界和晶内的第二相析出数量明显减少，进而提高了钢的耐蚀性。专利公告号CN113881830A，名称为“一种提升超级奥氏体不锈钢耐晶间腐蚀性能的方法”的中国专利中提出，利用硼微合金化和低温时效及晶界工程处理，可有效提高共格孪晶界数量，降低超级奥氏体钢的晶间腐蚀，从而提高超级奥氏体不锈钢的耐蚀性。专利公告号CN106636858A，名称为“一种生产高耐蚀高氮奥氏体不锈钢的方法”的中国专利中提出，通过控制冶炼工艺参数，获得了一种氮含量高、低偏析、高纯净度的超级奥氏体不锈钢，其优异的耐蚀性得益于氮合金化和成分的均匀化。不难看出，在超级奥氏体不锈钢的制备过程中，通过一定工艺方法改善钢的微观组织状态，达到提高其耐蚀性的目的。
然而，由于超级奥氏体不锈钢合金元素的含量极高，尤其是高钼超级奥氏体不锈钢，其在凝固过程中产生的sigma相，即使经过后续高温均质化处理也很难去除，这些分布于晶界和晶内的sigma相对超级奥氏体不锈钢的耐蚀性造成很大损害。因此，需要有针对性地改善超级奥氏体不锈钢中析出相的状态，以达到提升耐蚀性的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种调控sigma相提高超级奥氏体不锈钢耐蚀性的方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过改善超级奥氏体不锈钢中析出相的状态达到提升耐蚀性的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种调控sigma相提高超级奥氏体不锈钢耐蚀性的方法：
(1)将化学成分合格的超级奥氏体不锈钢钢液浇筑成铸锭；
(2)对所述铸锭进行固溶处理以消除铸锭中的成分偏析和有害析出相，获得成分均一的奥氏体组织，经铸锭开坯和热轧获得晶粒尺寸细小均匀的奥氏体晶粒；热轧的开轧温度为1200℃，终轧温度不低于1000℃，变形量不低于50％；
(3)在25～300℃温度范围内，利用表面大塑性变形方法对步骤(2)得到的超级奥氏体不锈钢的工作面表层进行变形处理，以在表层深度为0.5mm范围内获得纳米晶；
(4)将经变形处理的超级奥氏体不锈钢进行加热，之后进行空冷或喷水冷却，完成sigma相的调控，在表层获得超细析出相与奥氏体相相间均匀分布的微观组织状态。
所述超级奥氏体不锈钢为高Mo高N奥氏体不锈钢(如牌号654SMO、254SMO，Mo含量在6～7wt％，N含量在0.45wt％左右)或其他含sigma有害第二相的超级奥氏体不锈钢。
进一步地，所述超级奥氏体不锈钢钢液主要化学成分质量百分含量为：C：0.005-0.009、Si：0.04-0.09、Mn：3.1-5.9、Cr：24.2-25.7、Ni：19.2-19.7、Mo：7.1-7.2、N：0.43-0.48、Cu：0.41-0.45、P：0.004-0.006、S：0.004。
进一步地，所述固溶处理的温度为1200-1250℃，时间为20-24h。
进一步地，所述表面大塑性变形方法包括喷丸变形、冲击变形、表面研磨或搅拌摩擦变形。
进一步地，步骤(3)中变形处理应变量控制为2.5～3.5。
进一步地，步骤(4)中加热温度为800～1000℃，加热时间为15～60min。
本发明还提供上述方法制备得到的超级奥氏体不锈钢。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明针对超级奥氏体不锈钢存在粗大析出相从而降低其耐蚀性的问题，利用表面大塑性变形和较低温度的时效处理对工件表面进行处理，通过对sigma相的调控，获得特殊的微观组织状态，从而改善耐蚀性能；
(2)本发明不依赖于钢的成分变化和特殊复杂的冶炼工艺，而是利用后期的加工改变微观组织状态，对不同成分超级奥氏体不锈钢的普适性更强；
(3)本发明仅改变超级奥氏体不锈钢的表层组织状态而不改变心部组织状态，保证工件整体的性能特点不改变；
(4)经本发明工艺技术处理后，超级奥氏体不锈钢的耐蚀性大幅提高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中1组和2组轧制钢板的微观组织；
图2为本发明实施例2中1组和2组轧制钢板的微观组织；
图3为本发明实施例3中1组和2组轧制钢板的微观组织。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1
利用电弧炉(EAF)+氩氧精炼炉(AOD)+真空精炼炉(VOD)炼钢，获得化学成分wt.％为C：0.007、Si：0.09、Mn：5.9、Cr：25.7、Ni：19.2、Mo：7.1、N：0.48、Cu0.43、P：0.004、S：0.004的钢液，浇铸温度1580℃，浇铸为方形铸锭。对铸锭进行1200℃×20h固溶处理，获得均匀的奥氏体组织状态，之后出炉进行热轧获得厚度为10mm的钢板，开轧温度为1200℃，终轧温度为1060℃，变形量为60％，晶粒尺寸约为80μm。将热轧钢板分为两组，1组直接进行900℃时效处理30min后水冷；2组热轧板首先利用表面机械研磨对钢板表面进行大塑性变形，局部应变量为3，之后再将钢板加热至900℃时效处理30min后水冷。观察1组和2组钢板的表层微观组织，并测试酸性环境下的电化学参数，评估耐蚀性。1组热轧钢板经时效处理后在晶界和晶内产生了大量的长条状sigma相，而2组热轧钢板经时效处理后获得细小等轴状的sigma相，其尺寸约为0.5μm，均匀地分布在尺寸为1μm的奥氏体晶粒附近，如图1所示(A、B分别为1组和2组轧制钢板的微观组织)。经测试，1组热轧钢板表层试样的腐蚀电流密度为8.1×10-8A/cm2，腐蚀电位为-0.18V；而2组热轧钢板表层试样的腐蚀电流密度为2.9×10-8A/cm2，腐蚀电位为-0.11V，耐蚀性明显提高。
实施例2
利用电弧炉(EAF)+氩氧精炼炉(AOD)+真空精炼炉(VOD)炼钢，获得化学成分wt.％为C：0.009、Si：0.04、Mn：3.1、Cr：24.2、Ni：19.3、Mo：7.2、N：0.45、Cu0.45、P：0.006、S：0.004的钢液，浇铸温度1560℃，浇铸为圆形铸锭。对铸锭进行1250℃×24h固溶处理，获得均匀的奥氏体组织状态，之后出炉进行热轧获得厚度为30mm的钢板，开轧温度为1200℃，终轧温度为1030℃，变形量为55％，晶粒尺寸约为86μm。将热轧钢板分为两组，1组直接进行1000℃时效处理15min后水冷；2组热轧板首先加热至300℃，待温度均匀后利用喷丸对钢板表面进行大塑性变形，局部应变量为2.5，之后再将钢板加热至1000℃时效处理15min后水冷。观察1组和2组钢板的表层微观组织，并测试酸性环境下的电化学参数，评估耐蚀性。1组热轧钢板经时效处理后在晶界和晶内产生了大量的条状sigma相，而2组热轧钢板经时效处理后获得细小等轴状的sigma相，其尺寸约为0.2μm，均匀地分布在尺寸为0.5μm的奥氏体晶粒附近，如图2所示(A、B分别为1组和2组轧制钢板的微观组织)。经测试，1组热轧钢板表层试样的腐蚀电流密度为7.5×10-8A/cm2，腐蚀电位为-0.15V；而2组热轧钢板表层试样的腐蚀电流密度为3.1×10-8A/cm2，腐蚀电位为-0.10V，耐蚀性明显提高。
实施例3
利用电弧炉(EAF)+氩氧精炼炉(AOD)+真空精炼炉(VOD)炼钢，获得化学成分wt.％为C：0.005、Si：0.06、Mn：3.9、Cr：24.5、Ni：19.7、Mo：7.1、N：0.43、Cu0.41、P：0.006、S：0.004的钢液，浇铸温度1590℃，浇铸为圆形铸锭。对铸锭进行1250℃×20h固溶处理，获得均匀的奥氏体组织状态，之后出炉进行热轧获得厚度为20mm的钢板，开轧温度为1200℃，终轧温度为1070℃，变形量为65％，晶粒尺寸约为85μm。将热轧钢板分为两组，1组直接进行800℃时效处理60min后水冷；2组热轧板首先加热至200℃，待温度均匀后利用冲击电镐对钢板表面进行大塑性变形，局部应变量为3.5，之后再将钢板加热至800℃时效处理60min后水冷。观察1组和2组钢板的表层微观组织，并测试酸性环境下的电化学参数，评估耐蚀性。1组热轧钢板经时效处理后在晶界和晶内产生了大量的条状和带状sigma相，而2组热轧钢板经时效处理后获得细小等轴状的sigma相，其尺寸约为0.6μm，均匀地分布在尺寸为1.5μm的奥氏体晶粒附近如图3所示(A、B分别为1组和2组轧制钢板的微观组织)。经测试，1组热轧钢板表层试样的腐蚀电流密度为4.5×10-7A/cm2，腐蚀电位为-0.25V；而2组热轧钢板表层试样的腐蚀电流密度为3.5×10-8A/cm2，腐蚀电位为-0.07V，耐蚀性明显提高。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种调控sigma相提高超级奥氏体不锈钢耐蚀性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将超级奥氏体不锈钢钢液浇铸成铸锭；
(2)对所述铸锭进行固溶处理，之后进行热轧；
(3)在25～300℃温度范围内，利用表面大塑性变形方法对步骤(2)得到的超级奥氏体不锈钢的工作面表层进行变形处理；
(4)将经变形处理的超级奥氏体不锈钢进行加热，之后进行空冷或喷水冷却，完成sigma相的调控；
所述超级奥氏体不锈钢钢液化学成分质量百分含量为：C：0.005-0.009、Si：0.04-0.09、Mn：3.1-5.9、Cr：24.2-25.7、Ni：19.2-19.7、Mo：7.1-7.2、N：0.43-0.48、Cu：0.41-0.45、P：0.004-0.006、S：0.004；
所述固溶处理的温度为1200-1250℃，时间为20-24h；
所述表面大塑性变形方法为喷丸变形、冲击变形、表面研磨或搅拌摩擦变形；
步骤(3)中变形处理应变量控制为2.5～3.5；
步骤(4)中加热温度为800～1000℃，加热时间为15～60min。
2.如权利要求1所述方法制备得到的超级奥氏体不锈钢。
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