一种双相耐腐蚀不锈钢及其耐腐蚀性优化处理工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]—种双相耐腐蚀不锈钢及其耐腐蚀性优化处理工艺，属于冶金技术领域。
【背景技术】
[0002]作为重要的工程结构材料，奥氏体+铁素体双相不锈钢由于具有良好的力学性能和优异的耐腐蚀性能，被广泛地应用于各种工业环境中。但不锈钢的力学性能和耐蚀抗力在很多情况下又是一对矛盾对立体。例如，细化组织被认为是强化不锈钢的有效途径和重要方法，但随着组织的细化，单位体积内界面(晶界和相界)的增加，合金的腐蚀抗力，尤其是晶间腐蚀抗力，高温蠕变强度等可能会因界面析出或偏聚等现象而有所下降。
[0003]现有的关于双相不锈钢的加工方法大都基于双相组织进行冷热加工，其微观组织形态多呈现奥氏体和铁素体交替出现的条带形貌，即同相晶粒为带状聚集状态，这种组织注定相界比例不足20%，且有长大倾向的铁素体容易沿条带方向通过吞并邻近的同相晶粒而粗化，使双相不锈钢细晶化的潜力(主要是大量相界存在)得不到充分发挥。而且现有加工方法，如乳制大都为单向连乳工艺，两相不锈钢的条带组织形貌无法根除，且随后的固溶热处理主要是通过两相的再结晶行为进行组织重组，其细化组织和改善条带形貌的作用也很有限。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，提供一种特殊界面比例高，能显著改善双相不锈钢的晶间腐蚀抗力，抗腐蚀性效果好的双相耐腐蚀不锈钢及其耐腐蚀性优化处理工艺。
[0005]本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是:该双相耐腐蚀不锈钢，质量百分比组成为:c 0.011 ?0.020，Cr 22.10 ?24.10，Ni 4.10 ?5.30，Si 0.50 ?0.55，Μη
1.10 ?1.20，Ν 0.10 ?0.20，Ρ 0.025 ?0.026，S 0.001 ?0.002，Mo 0.17 ?4.1，Cu
0?0.25，余量为Fe，其特征在于:所述不锈钢为具有铁素体相和奥氏体相的双相不锈钢，平均晶粒尺寸<5 μπι，铁素体相中取向差在3°?15°的晶界面{111}占总内界面面积的30%?35%，奥氏体相中的共格孪晶界面{111}占总内界面面积的20%?25%，满足K-S和N-W取向关系并同时满足{111}Α// {110} F匹配的相界面占总内界面面积的25%?30%。
[0006]本发明的双相不锈钢消除了奥氏体和铁素体相间排列的条带组织，具有两相相间排列的等轴晶粒，相界的比例提高。通过再结晶和相变最大限度地细化了两相晶粒，奥氏体的界面类型多满足Κ-S或N-W关系。本不锈钢的合金单位体积内界面面积达到了较高的值，这些众多界面的特性，如界面所处的晶体学位置{hkl}及其界面指数匹配{hAlJ II {h2k2l2}的分布规律对合金的腐蚀耐力以及力学性能(强度，塑韧性等)产生了重要影响。本不锈钢内存在的这些低能的内界面(晶界和相界)阻抑了合金在腐蚀环境下介质的渗入，对阻断腐蚀介质侵入形成了有效的抗力。使其既改善了力学性能，同时又提高了合金腐蚀抗力。
[0007]所述的双相不锈钢的双相不锈钢的硬度在180HV?280HV。
[0008]—种上述双相耐腐蚀不锈钢的耐腐蚀性优化处理工艺，其特征在于，处理步骤具体为:
[0009]1)初始固溶处理:将双相不锈钢板材加热升温，升温至1200°C?1300°C并保温5min?30min进行固溶处理，再快冷到室温；
[0010]2)冷乳:在室温下对双相不锈钢板材进行冷乳处理，冷乳处理的真应变ε = 2?4 ；
[0011]3)退火:冷乳处理后的双相不锈钢板材升温至1025°C?1050°C下保温5min?30min，再水冷到室温即得。
[0012]本发明采用固溶处理将合金加热至第二相能全部或最大限度地溶入固溶体的温度，保持一段时间后，以快于第二相自固溶体中析出的速度冷却，获得过饱和固溶体。固溶温度选择在高温状态下进行的目的是获得单相高温铁素体的组织，消除奥氏体和铁素体相间排列的条带组织，以便于在后续的乳制退火中得到两相相间排列的等轴晶粒，获得高比例的相界。另外，获得的过饱和固溶体在后续的乳制退火过程中不仅发生再结晶，而且在两相很大的自由能差的驱动力下会发生广泛的铁素体一奥氏体的相变，两种固溶组织转变(再结晶和相变)反应的耦合作用可最大限度地细化两相晶粒，且由于奥氏体基本完全是相变转变而来，其界面类型多满足Κ-s或N-W关系。随着组织的细化，当合金单位体积内界面面积超过一定值时，这些众多界面的特性，如界面所处的晶体学位置{hkl}及其界面指数匹配出氺山} II {h2k2l2}的分布规律必然会对合金的腐蚀耐力以及力学性能(强度，塑韧性等)产生重要影响。因此在获得细晶组织的同时诱发大量的好的界面，使其既可通过细晶强化改善力学性能，同时又可通过界面结构优化提高合金腐蚀抗力。这些低能的内界面(晶界和相界)密度的高低与材料的制备过程(变形、再结晶、相变和热处理)密切相关。这些低能界面阻抑了合金在腐蚀环境下介质的渗入，对阻断腐蚀介质侵入形成了有效的抗力。
[0013]所述步骤1)为在1250°C?1275°C下保温16min?30min，水冷至室温。
[0014]所述步骤2)为在室温下进行交叉乳制，且真应变为ε = 2?4。变形的主要目的有两个，其一是为后续再结晶细化组织提供强大的储能或驱动力，其二是形变可加速相变进程，并使形成的奥氏体的取向具有变体选择性，进而适度提高奥氏体中低能的小角度晶界和孪晶界比例。尤其是利用交叉乳制且变形量ε超过2时，在后续退火过程中，铁素体的组织重组主要以类似高温恢复的多边形化过程，或者被认为是连续的原位再结晶方式进行，形成的晶界大都为小角度晶界，取向差角度分布在2°?15°，该类晶界是低能的位错墙排列方式，由于体心立方中最容易出现的位错伯氏矢量为a/2〈lll>，因此这类晶界面多位于晶体学上的{111}面上。
[0015]所述步骤3)为在1030°C?1035°C下保温5min?lOmin，水冷至室温。冷乳后的退火处理温度选择在此双相组织共存的温度区间，目的有两个:其一是发生严重畸变的铁素体发生原位再结晶以细化组织；其二是铁素体同时发生相变获得均匀细小的奥氏体相，一方面通过消耗铁素体来进一步降低铁素晶粒大小，另一方面在这个阶段可获得真正的两相相间有序排列的均匀细小的组织。退火时间不宜太长，目的是防止铁素体进一步粗化。实际上，此时的双相组织长大对退火时间不太敏感，即使延长到30min，其长大速度非常缓慢，这与两相相间排列，大量相界的存在密切相关。
[0016]所述步骤1)升温速度为20°C /min?25°C /min。
[0017]所述步骤3)中升温速度为25°C/min?30°C/min。
[0018]与现有技术相比，本发明的所具有的有益效果是:经过本发明优化处理方法处理后的双相不锈钢板材两相体积比例各占50±5%左右，两相平均晶粒尺寸小于5 μπι ;双相不锈钢板材的内界面特征分布中，低能的相界和特殊晶界比例之和可达75?85%，其中奥氏体相中的共格孪晶界面{111}和铁素体相中的{111}小角度晶界面各占到25?30%，满足{111}Α// {110} F匹配的相界面占到35%以上。合金的晶间腐蚀抗力得到明显改善，优化处理后的合金样品中低能的特殊界面比例增加，因而阻抑腐蚀扩展的能力增强。本发明在细化组织的基础上实现了合金内界面特征分布优化，优化工艺主要是提升了合金初始固溶温度，缩短了固溶时间，在不增加工艺复杂程度的前提下，显著提高了合金的晶间腐蚀抗力并获得了良好的热稳定性的超细晶组织不锈钢材料。
【附图说明】
[0019]图1是双相不锈钢板材经过本发明实施例1工艺优化处理后的两相晶粒组织图。
[0020]图2是对比双相不锈钢板材经过对比例1工艺处理后的两相晶