高耐蝕奧氏體不鏽鋼表層的快速製備方法
2023-08-12 17:32:01 1
專利名稱：高耐蝕奧氏體不鏽鋼表層的快速製備方法
技術領域：
本發明屬於控制奧氏體不鏽鋼表層性能的技術，特別是一種快速製備高耐蝕奧氏體不鏽鋼表層的方法。背景分析晶界作為多晶材料的一個重要的結構特徵對材料的性能有重要的影響。研究發現許多現象(晶界擴散、析出、腐蝕)與晶界的結構密切相關。晶間碳化物在晶界上選擇性析出的現象，主要是由於不同的晶界所具有的能量和結構 不同所造成的。Aust和Rutter第一個利用實驗手段觀察到了低能CSL(coincident site lattice)晶界具有獨特的性能。大量的研究表明低能CSL(I ^ Σ ^ 29)晶界具有如下特點1)較低的能量；2)對雜質原子和溶質偏析具有較低的敏感性；3)低的擴散率；4)低的電阻係數。正是由於具有上述特性，低能CSL晶界(特別是Σ3)顯現了對滑移、斷裂、腐蝕和應力腐蝕裂紋、敏化和溶質偏析(平衡和非平衡)強烈的抑制作用，有的甚至是完全免疫的。低能CSL晶界在多晶材料在多晶體材料中普遍存在，它的出現頻率與材料的製備過程密切相關。而自由晶界由於具有高的能量和高的移動性，常成為裂紋生長的核心和裂紋擴展的通道，從而導致晶間腐蝕裂紋和晶間應力腐蝕裂紋的出現。基於對晶界性能的了解，日本東北大學材料系渡邊忠雄教授在1984年提出了 「晶界設計和控制」的概念。通過對晶界類型的設計和分布的控制來對材料的性能，例如強度、韌性及耐腐蝕性能，進行優化和提高。隨後加拿大材料科學家將此概念演繹為「晶界工程」。所謂的晶界工程(Grain Boundary Engineering)就是通過一定的熱機械加工方法，來控制材料的晶界分布特徵，特別是提高特殊晶界的比率，並使連續的自由晶界彌散化，從而達到控制和優化材料性能的目的。在過去二十年，晶界工程在材料的開發和組織性能控制中得到了廣泛的應用。可以發現現今幾乎所有研究者採用的都是預應力-退火或預應力-再結晶的熱機械加工方法，其熱處理都是通過傳統的箱式電阻爐加熱實現的，即在較高的溫度下長時間地進行退火處理，極大的增加了能耗。預應力結合傳統退火的方法能對塊體材料整體實現晶界特徵分布的控制，從而提高材料的晶間腐蝕抗力。然而材料的腐蝕破壞通常是從材料表面開始，逐漸向材料內部滲透和擴散，因此通過形變結合表面熱處理的手段獲得一層具有優化晶界結構的耐蝕表層，對提高材料的耐腐蝕抗力具有重要的意義。高頻感應加熱是一種表面熱處理方式，其基本原理是把加熱材料(即工件)置於通有交流電流的線圈內，由於交變磁場的作用工件內部會產生感應電勢，在感生電勢的作用下工件內會產生渦流，依靠這些渦流的能量達到加熱目的。又由於工件中產生的渦流在導體截面上分布是不均勻的，在表面很強，內部很弱，心部接近於零。應用這種集膚效應可以對材料表層進行迅速加熱，加熱速度可達100 - IOOO0C /S，作用深度可達I 一 2mm。相比傳統的箱式電阻爐十幾個小時甚至二十幾個小時的高能耗，高頻淬火具有處理速度快、能耗低的特點，可顯著地提高處理效率，降低生產成本。事實上，高頻淬火已經廣泛應用於鋼鐵材料的表面處理，不同之處在於傳統的表面高頻淬火主要是通過馬氏體相變來提高鋼鐵材料表面的硬度，從而使其耐磨性得以提高，尚無採用冷軋結合高頻淬火處理控制奧氏體不鏽鋼表層晶界結構特徵，進而提高奧氏體不鏽鋼耐蝕性的報導。
發明內容
本發明的目的在於提供一種高耐蝕奧氏體不鏽鋼表層的快速製備方法，從而在較短的時間和低能耗下實現對奧氏體不鏽鋼耐晶間腐蝕性能的提高。實現本發明目的的技術解決方案為，一種高耐蝕奧氏體不鏽鋼表層的快速製備方法，具體步驟如下I.將實驗所用的不鏽鋼板材固溶處理水淬。2.在雙輥冷軋機上對不鏽鋼板材進行冷軋處理。
3.將冷軋變形後的板材置於高頻感應線圈中，調整高頻感應輸出電流、頻率和加熱時間，對材料表面進行高頻感應加熱。4.將試樣進行水淬處理。5.將處理過後的試樣敏化後水淬。本發明與現有技術相比，其顯著優點在於高頻感應快速加熱可以大大縮短熱處理時間，快速製備出一層具備有優異抗腐蝕性能的表層，降低能耗，減少排放，減輕材料表面氧化程度，而且高頻感應加熱設備簡單，易於實現流水化大規模生產。下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
附圖為奧氏體不鏽鋼晶界特徵分布圖，其中(a)為原材料，(b)為處理後。
具體實施例方式本發明立足於晶界工程的概念，通過冷軋來引入應變，通過後續的高頻感應淬火來控制材料表層的晶界結構特徵，從而使奧氏體不鏽鋼的耐腐蝕性能得以提高。具體步驟如下I.將實驗所用的不鏽鋼板材在1050°C溫度下固溶處理30min後水淬。2.在雙輥冷軋機上對不鏽鋼板材進行冷軋處理，冷軋厚度方向的壓下量在控制在5% — 30% 之間。3.然後將冷軋變形後的板材置於高頻感應線圈中，調整高頻感應輸出電流、頻率和加熱時間，對材料表面進行高頻感應加熱。4.將試樣進行水淬。5.將處理過後的試樣在650°C下敏化2h後水淬。其中高頻感應輸出電流、頻率和加熱時間見表I。表I高頻感應淬火處理過程工藝參數
輸出頻率/KHz I輸出電流/A~I加熱時間/s 50400-60015-45在以下實施例和對比例中，用特殊晶界長度百分數(％)來表示材料晶界結構特徵的優化效果，值越高說明晶界優化效果越好；用再活化電流比率(％)和自腐蝕電位(V)分別來表示材料的耐腐蝕性能。再活化電流比率越低，自腐蝕電位越趨於正,說明材料的耐腐蝕性越好。實施例I利用Φ 180雙輥冷軋實驗機對奧氏體不鏽鋼板進行冷軋，厚度方向壓下量為5%。隨後，在高頻感應加熱設備中對試樣進行高頻感應加熱，高頻感應加熱輸出頻率為50KHz，輸出電流分別為400A、500A、600A，加熱時間為15s，加熱完畢後立即進行水淬處理。處理試樣內部的低能CSL (重位點陣)特殊晶界的比例隨高頻加熱電流而變化，具體測試結果見表2。將處理過的試樣用環氧樹脂和固化劑鑲嵌，製備成標準的電化學腐蝕樣品。於室溫下在O. 5M H2S04+0. OlM KSCN溶液中對樣品進行動電位再活化法(EPR)實驗和極化曲線 測量，再活化電流比率和自腐蝕電位隨高頻加熱電流而變化。試樣在650°C敏化2h測得的再活化電流比率和自腐蝕電位列於表2。表2不同高頻加熱電流的測試結果
輸!HHiiA I冷乳變形缺I高頻加熱時特殊品界比再沽化電流P腐蝕電位
權利要求
1.一種高耐蝕奧氏體不鏽鋼表層的製備方法，其特徵在於具體步驟如下 步驟一，將實驗所用的不鏽鋼板材固溶處理水淬； 步驟二，在雙輥冷軋機上對不鏽鋼板材進行冷軋處理； 步驟三，將冷軋變形後的板材置於高頻感應線圈中，對材料表面進行高頻感應加熱； 步驟四，將試樣進行水淬處理； 步驟五,將處理過後的試樣敏化後水淬。
2.根據權利要求I所述的高耐蝕奧氏體不鏽鋼表層的製備方法，其特徵在於步驟一中將不鏽鋼板材在1050°C溫度下固溶處理30min後水淬。
3.根據權利要求I所述的高耐蝕奧氏體不鏽鋼表層的製備方法，其特徵在於步驟二中冷軋壓下量為5% - 30%ο
4.根據權利要求I所述的高耐蝕奧氏體不鏽鋼表層的製備方法，其特徵在於步驟三中高頻感應輸出電流為400-600A ;高頻感應輸出頻率為50KHz ;加熱時間為15_45s。
5.根據權利要求I所述的高耐蝕奧氏體不鏽鋼表層的製備方法，其特徵在於步驟五中將處理過後的試樣在650°C下敏化2h後水淬。
全文摘要
本發明涉及一種具有高耐晶間腐蝕性能奧氏體不鏽鋼表層的快速製備方法，首先利用雙輥軋機對不鏽鋼板材進行冷軋處理，並控制壓下量在5－30%。然後將試樣置於高頻感應線圈中，通過調整高頻感應輸出電流、頻率和加熱時間，對材料表面進行高頻感應加熱，加熱完畢後迅速將試樣放進冰水混合物中進行水淬處理。本發明能夠實現對奧氏體不鏽鋼表面晶界特徵分布的控制，從而使奧氏體不鏽鋼的表面抗晶間腐蝕性能得以提高。
文檔編號C21D1/10GK102965479SQ20121052757
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月10日 優先權日2012年12月10日
發明者楊森, 顧振宇, 徐肖, 王小豔, 馮文 申請人:南京理工大學