專利名稱：高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的快速制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于控制奧氏體不銹鋼表層性能的技術(shù)，特別是一種快速制備高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的方法。背景分析晶界作為多晶材料的一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)特征對(duì)材料的性能有重要的影響。研究發(fā)現(xiàn)許多現(xiàn)象(晶界擴(kuò)散、析出、腐蝕)與晶界的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。晶間碳化物在晶界上選擇性析出的現(xiàn)象，主要是由于不同的晶界所具有的能量和結(jié)構(gòu) 不同所造成的。Aust和Rutter第一個(gè)利用實(shí)驗(yàn)手段觀察到了低能CSL(coincident site lattice)晶界具有獨(dú)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(diǎn)1)較低的能量；2)對(duì)雜質(zhì)原子和溶質(zhì)偏析具有較低的敏感性；3)低的擴(kuò)散率；4)低的電阻系數(shù)。正是由于具有上述特性，低能CSL晶界(特別是Σ3)顯現(xiàn)了對(duì)滑移、斷裂、腐蝕和應(yīng)力腐蝕裂紋、敏化和溶質(zhì)偏析(平衡和非平衡)強(qiáng)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(xiàn)頻率與材料的制備過程密切相關(guān)。而自由晶界由于具有高的能量和高的移動(dòng)性，常成為裂紋生長的核心和裂紋擴(kuò)展的通道，從而導(dǎo)致晶間腐蝕裂紋和晶間應(yīng)力腐蝕裂紋的出現(xiàn)。基于對(duì)晶界性能的了解，日本東北大學(xué)材料系渡邊忠雄教授在1984年提出了 “晶界設(shè)計(jì)和控制”的概念。通過對(duì)晶界類型的設(shè)計(jì)和分布的控制來對(duì)材料的性能，例如強(qiáng)度、韌性及耐腐蝕性能，進(jìn)行優(yōu)化和提高。隨后加拿大材料科學(xué)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(jī)械加工方法，來控制材料的晶界分布特征，特別是提高特殊晶界的比率，并使連續(xù)的自由晶界彌散化，從而達(dá)到控制和優(yōu)化材料性能的目的。在過去二十年，晶界工程在材料的開發(fā)和組織性能控制中得到了廣泛的應(yīng)用。可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)今幾乎所有研究者采用的都是預(yù)應(yīng)力-退火或預(yù)應(yīng)力-再結(jié)晶的熱機(jī)械加工方法，其熱處理都是通過傳統(tǒng)的箱式電阻爐加熱實(shí)現(xiàn)的，即在較高的溫度下長時(shí)間地進(jìn)行退火處理，極大的增加了能耗。預(yù)應(yīng)力結(jié)合傳統(tǒng)退火的方法能對(duì)塊體材料整體實(shí)現(xiàn)晶界特征分布的控制，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(nèi)部滲透和擴(kuò)散，因此通過形變結(jié)合表面熱處理的手段獲得一層具有優(yōu)化晶界結(jié)構(gòu)的耐蝕表層，對(duì)提高材料的耐腐蝕抗力具有重要的意義。高頻感應(yīng)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)置于通有交流電流的線圈內(nèi)，由于交變磁場的作用工件內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢，在感生電勢的作用下工件內(nèi)會(huì)產(chǎn)生渦流，依靠這些渦流的能量達(dá)到加熱目的。又由于工件中產(chǎn)生的渦流在導(dǎo)體截面上分布是不均勻的，在表面很強(qiáng)，內(nèi)部很弱，心部接近于零。應(yīng)用這種集膚效應(yīng)可以對(duì)材料表層進(jìn)行迅速加熱，加熱速度可達(dá)100 - IOOO0C /S，作用深度可達(dá)I 一 2mm。相比傳統(tǒng)的箱式電阻爐十幾個(gè)小時(shí)甚至二十幾個(gè)小時(shí)的高能耗，高頻淬火具有處理速度快、能耗低的特點(diǎn)，可顯著地提高處理效率，降低生產(chǎn)成本。事實(shí)上，高頻淬火已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵材料的表面處理，不同之處在于傳統(tǒng)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，尚無采用冷軋結(jié)合高頻淬火處理控制奧氏體不銹鋼表層晶界結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)而提高奧氏體不銹鋼耐蝕性的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的快速制備方法，從而在較短的時(shí)間和低能耗下實(shí)現(xiàn)對(duì)奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕性能的提高。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為，一種高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的快速制備方法，具體步驟如下I.將實(shí)驗(yàn)所用的不銹鋼板材固溶處理水淬。2.在雙輥冷軋機(jī)上對(duì)不銹鋼板材進(jìn)行冷軋?zhí)幚怼?
3.將冷軋變形后的板材置于高頻感應(yīng)線圈中，調(diào)整高頻感應(yīng)輸出電流、頻率和加熱時(shí)間，對(duì)材料表面進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱。4.將試樣進(jìn)行水淬處理。5.將處理過后的試樣敏化后水淬。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于高頻感應(yīng)快速加熱可以大大縮短熱處理時(shí)間，快速制備出一層具備有優(yōu)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(yīng)加熱設(shè)備簡單，易于實(shí)現(xiàn)流水化大規(guī)模生產(chǎn)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


附圖為奧氏體不銹鋼晶界特征分布圖，其中(a)為原材料，(b)為處理后。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明立足于晶界工程的概念，通過冷軋來引入應(yīng)變，通過后續(xù)的高頻感應(yīng)淬火來控制材料表層的晶界結(jié)構(gòu)特征，從而使奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能得以提高。具體步驟如下I.將實(shí)驗(yàn)所用的不銹鋼板材在1050°C溫度下固溶處理30min后水淬。2.在雙輥冷軋機(jī)上對(duì)不銹鋼板材進(jìn)行冷軋?zhí)幚恚滠埡穸确较虻膲合铝吭诳刂圃?% — 30% 之間。3.然后將冷軋變形后的板材置于高頻感應(yīng)線圈中，調(diào)整高頻感應(yīng)輸出電流、頻率和加熱時(shí)間，對(duì)材料表面進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱。4.將試樣進(jìn)行水淬。5.將處理過后的試樣在650°C下敏化2h后水淬。其中高頻感應(yīng)輸出電流、頻率和加熱時(shí)間見表I。表I高頻感應(yīng)淬火處理過程工藝參數(shù)
輸出頻率/KHz I輸出電流/A~I加熱時(shí)間/s 50400-60015-45在以下實(shí)施例和對(duì)比例中，用特殊晶界長度百分?jǐn)?shù)(％)來表示材料晶界結(jié)構(gòu)特征的優(yōu)化效果，值越高說明晶界優(yōu)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，自腐蝕電位越趨于正,說明材料的耐腐蝕性越好。實(shí)施例I利用Φ 180雙輥冷軋實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)奧氏體不銹鋼板進(jìn)行冷軋，厚度方向壓下量為5%。隨后，在高頻感應(yīng)加熱設(shè)備中對(duì)試樣進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱，高頻感應(yīng)加熱輸出頻率為50KHz，輸出電流分別為400A、500A、600A，加熱時(shí)間為15s，加熱完畢后立即進(jìn)行水淬處理。處理試樣內(nèi)部的低能CSL (重位點(diǎn)陣)特殊晶界的比例隨高頻加熱電流而變化，具體測試結(jié)果見表2。將處理過的試樣用環(huán)氧樹脂和固化劑鑲嵌，制備成標(biāo)準(zhǔn)的電化學(xué)腐蝕樣品。于室溫下在O. 5M H2S04+0. OlM KSCN溶液中對(duì)樣品進(jìn)行動(dòng)電位再活化法(EPR)實(shí)驗(yàn)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于表2。表2不同高頻加熱電流的測試結(jié)果
輸!HHiiA I冷乳變形缺I高頻加熱時(shí)特殊品界比再沽化電流P腐蝕電位
權(quán)利要求
1.一種高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的制備方法，其特征在于具體步驟如下 步驟一，將實(shí)驗(yàn)所用的不銹鋼板材固溶處理水淬； 步驟二，在雙輥冷軋機(jī)上對(duì)不銹鋼板材進(jìn)行冷軋?zhí)幚恚? 步驟三，將冷軋變形后的板材置于高頻感應(yīng)線圈中，對(duì)材料表面進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱； 步驟四，將試樣進(jìn)行水淬處理； 步驟五,將處理過后的試樣敏化后水淬。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的制備方法，其特征在于步驟一中將不銹鋼板材在1050°C溫度下固溶處理30min后水淬。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的制備方法，其特征在于步驟二中冷軋壓下量為5% - 30%ο
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的制備方法，其特征在于步驟三中高頻感應(yīng)輸出電流為400-600A ;高頻感應(yīng)輸出頻率為50KHz ;加熱時(shí)間為15_45s。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高耐蝕奧氏體不銹鋼表層的制備方法，其特征在于步驟五中將處理過后的試樣在650°C下敏化2h后水淬。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有高耐晶間腐蝕性能奧氏體不銹鋼表層的快速制備方法，首先利用雙輥軋機(jī)對(duì)不銹鋼板材進(jìn)行冷軋?zhí)幚?，并控制壓下量?－30%。然后將試樣置于高頻感應(yīng)線圈中，通過調(diào)整高頻感應(yīng)輸出電流、頻率和加熱時(shí)間，對(duì)材料表面進(jìn)行高頻感應(yīng)加熱，加熱完畢后迅速將試樣放進(jìn)冰水混合物中進(jìn)行水淬處理。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)奧氏體不銹鋼表面晶界特征分布的控制，從而使奧氏體不銹鋼的表面抗晶間腐蝕性能得以提高。
文檔編號(hào)C21D1/10GK102965479SQ20121052757
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者楊森, 顧振宇, 徐肖, 王小艷, 馮文 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)