一种细化奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸的生产方法与流程

本发明属于奥氏体不锈钢板带技术领域。特别是提供了一种细化奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸的生产方法。

背景技术：

不锈钢广泛应用于石油、化工、宇航、核工业以及低温工程、海洋工程等领域，其中奥氏体不锈钢因极强的耐腐蚀及抗氧化能力、优异的焊接性能及生物相容性、良好的塑性及韧性得到广泛应用，其用量占到不锈钢的70％。但奥氏体不锈钢的屈服强度低，材料的许用应力由其屈服强度决定，低的屈服强度必然导致结构及装备笨重，设备制造、运输和安装成本高昂。通过晶粒细化使位错穿过晶界受阻而产生材料强化的效果显著，也是同时增加强度与韧性的唯一机制。运用机械合金化和放电等离子烧结技术可以将合金的平均晶粒直径减小到不足100nm，这种纳米晶材料具有较热轧材高得多的强度，但该法所制备的纳米晶材料为脆性材料，也难以生产板带产品。

等通道角压、累积叠轧、高压扭转等强烈塑性变形法可使材料获得超大的等效应变，并将晶粒尺寸细化至纳米级，但这些技术对模具要求高，生产工艺的组织和控制难度大。表面机械处理可使奥氏体不锈钢表层粗晶纳米化，并使近表层区域产生马氏体相变，从而极大提升材料强度。然而，表层纳米化及近表层区域产生的马氏体对薄板带材强度的提升相对有效，而依靠表面机械处理提高稍厚板带材整体力学性能的效果则十分有限。

热轧是最常用也是最理想工业化生产板带材的方法，轧制变形及再结晶可细化晶粒，但因道次变形受轧机承载能力的限制，致使多道次的轧制变形及再结晶往往只能将晶粒尺寸细化至微米级。较大冷轧总变形结合退火处理细化奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸的效果极为显著，冷轧变形使部分奥氏体转变成形变马氏体，随后的退火处理使形变马氏体回复再结晶而得到细晶化的奥氏体，但该法的轧制道次多，随着轧制过程的进行，轧制效率急剧降低，更因其不小的冷轧变形程度而只适合厚度不大的带材生产。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单、易于控制和适用性广的细化奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸的生产方法，该方法细化奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸效果显著，材料强塑性匹配好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

步骤①、采用“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”，将热轧或退火态的奥氏体不锈钢板带进行非对称循环弯曲变形，然后对将变形后的奥氏体不锈钢板带进行退火处理。

步骤②、采用与步骤①相同的“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”，将退火处理后的奥氏体不锈钢板带再进行非对称循环弯曲变形，然后对再变形后的奥氏体不锈钢板带再进行退火处理。

步骤③、重复步骤②0～2次，使奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸细化。

步骤①和步骤②所述退火处理工艺相同：退火处理的保温温度为800～1100℃，退火处理的保温时间t：

t＝kδ(1)

式(1)中：k表示退火处理时的保温时间调节系数，k＝1.0～3.6min/mm；

δ表示奥氏体不锈钢板带的厚度，mm。

所述用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置包括大弯曲辊、小弯曲辊、支撑辊组和夹持辊，大弯曲辊与小弯曲辊的数量之和为3、或为5、或为7、或为9、或为11；支撑辊组的组数与小弯曲辊的辊数相同，支撑辊组由1～2根支撑辊组成；大弯曲辊的辊径∶小弯曲辊的辊径为(2.5～9.9)∶1。所述支撑辊为通段实心辊、或为3～11段实心辊、或由3～11个背衬轴承装配组成。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

1.本发明采用“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”使奥氏体不锈钢板带产生循环弯曲变形，变形大小取决于：本装置的大弯曲辊与小弯曲辊的辊径和数量、以及被加工的奥氏体不锈钢板带的厚度。因此，本发明生产工艺简单，易于控制。

2.本发明采用“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”，既适用于奥氏体不锈钢厚板也适用于奥氏体不锈钢薄带的生产，且可通过改变非对称循环弯曲变形及每次变形后的退火处理次数，容易获得晶粒细化效果不同的产品。

3.本发明采用“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”对奥氏体不锈钢板带施加循环弯曲，板带累积变形大，变形诱导马氏体相变份数高，随后退火过程中形变马氏体的回复再结晶相对充分，加之多次的变形及每次变形后的退火处理，故能充分利用大变形、形变诱导相变、形变马氏体的回复再结晶和反复相变等手段，实现了奥氏体不锈钢晶粒尺寸的细化，晶粒尺寸细化效果显著。

4.本发明利用板带弯曲变形的固有特点，实现了奥氏体不锈钢板带沿截面厚度方向从两表面向中心逐渐减小的变形，从而获取近表层细晶、中心层附近区域相对粗晶的梯度分布，使奥氏体不锈钢板带实现了强塑性的良好匹配。

因此，本发明工艺简单、易于控制和适用性广，所生产的奥氏体不锈钢板带的晶粒尺寸细化效果显著和材料强塑性匹配好。

附图说明

图1为本发明采用的“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”的结构示意图；

图2为本发明的一种奥氏体不锈钢板带的金相组织。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

实施例1

一种细化奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸的生产方法。本实施例所述奥氏体不锈钢为退火304奥氏体不锈钢板带，厚度为1mm。

本实施例采用的“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”如图1所示，包括大弯曲辊1、小弯曲辊2、支撑辊组3和夹持辊4，大弯曲辊1与小弯曲辊2的数量之和为5。支撑辊组3的组数与小弯曲辊2的辊数相同，小弯曲辊2的辊数为2，支撑辊组3由2根支撑辊组成，所述支撑辊为11个背衬轴承装配组成。大弯曲辊1的辊径为25mm，小弯曲辊2的辊径为4，大弯曲辊1的辊径∶小弯曲辊2的辊径为6.25∶1。

本实施例的生产方法是：

步骤①、采用“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”，将奥氏体不锈钢板带进行非对称循环弯曲变形，然后对变形后的奥氏体不锈钢板带进行退火处理。

步骤②、采用与步骤①相同的“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”，将退火处理后的奥氏体不锈钢板带再进行非对称循环弯曲变形，然后对再变形后的奥氏体不锈钢板带再进行退火处理。

步骤③、重复步骤②1次，使奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸细化。

本实施例步骤①和步骤②所述的退火处理工艺相同：退火处理的保温温度为1100℃，退火处理的保温时间t：

t＝kδ(1)

式(1)中：k表示退火处理时的保温时间调节系数，k＝1.0min/mm；

δ表示奥氏体不锈钢板带的厚度，δ＝1mm。

由式(1)，退火处理的保温时间t＝kδ＝1×1＝1(min)。

实施例2

一种细化奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸的生产方法。本实施例所述奥氏体不锈钢为热轧态316ln奥氏体不锈钢板带，厚度为25mm。

本实施例采用的“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”包括大弯曲辊1、小弯曲辊2、支撑辊组3和夹持辊4，大弯曲辊1与小弯曲辊2的数量之和为11。支撑辊组3的组数与小弯曲辊2的辊数相同，小弯曲辊2的辊数为5，支撑辊组3为1根支撑辊，所述支撑辊为通段实心辊。大弯曲辊1的辊径为480mm，小弯曲辊2的辊径为190，大弯曲辊1的辊径∶小弯曲辊2的辊径为2.526∶1。

本实施例的生产方法是：

步骤①、采用“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”，将奥氏体不锈钢板带进行非对称循环弯曲变形，然后对变形后的奥氏体不锈钢板带进行退火处理。

步骤②、采用与步骤①相同的“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”，将退火处理后的奥氏体不锈钢板带再进行非对称循环弯曲变形，然后对再变形后的奥氏体不锈钢板带再进行退火处理。

步骤③、重复步骤②2次，使奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸细化。

本实施例步骤①和步骤②所述的退火处理工艺相同：退火处理的保温温度为800℃，退火处理的保温时间t：

t＝kδ(1)

式(1)中：k表示退火处理时的保温时间调节系数，k＝3.6min/mm；

δ表示奥氏体不锈钢板带的厚度，δ＝25mm。

由式(1)，退火处理的保温时间t＝kδ＝3.6×25＝90(min)。

实施例3

一种细化奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸的生产方法。本实施例所述奥氏体不锈钢为热轧态310s奥氏体不锈钢板带，厚度为10mm。

本实施例采用的“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”包括大弯曲辊1、小弯曲辊2、支撑辊组3和夹持辊4，大弯曲辊1与小弯曲辊2的数量之和为9。支撑辊组3的组数与小弯曲辊2的辊数相同，小弯曲辊2的辊数为4，支撑辊组3由2根支撑辊组成，所述支撑辊为3段实心辊。大弯曲辊1的辊径为250mm，小弯曲辊2的辊径为56，大弯曲辊1的辊径∶小弯曲辊2的辊径为4.646∶1。

本实施例的生产方法是：

步骤①、采用“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”，将奥氏体不锈钢板带进行非对称循环弯曲变形，然后对变形后的奥氏体不锈钢板带进行退火处理。

步骤②、采用与步骤①相同的“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”，将退火处理后的奥氏体不锈钢板带再进行非对称循环弯曲变形，然后对再变形后的奥氏体不锈钢板带再进行退火处理。

步骤③、重复步骤②1次，使奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸细化。

本实施例步骤①和步骤②所述的退火处理工艺相同：退火处理的保温温度为900℃，退火处理的保温时间t：

t＝kδ(1)

式(1)中：k表示退火处理时的保温时间调节系数，k＝3min/mm；

δ表示奥氏体不锈钢板带的厚度，δ＝10mm。

由式(1)，退火处理的保温时间t＝kδ＝3×10＝30(min)。

实施例4

一种细化奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸的生产方法。本实施例所述奥氏体不锈钢为热轧态305奥氏体不锈钢板带，厚度为5mm。

本实施例采用的“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”包括大弯曲辊1、小弯曲辊2、支撑辊组3和夹持辊4，大弯曲辊1与小弯曲辊2的数量之和为7。支撑辊组3的组数与小弯曲辊2的辊数相同，小弯曲辊2的辊数为3，支撑辊组3由2根支撑辊组成，所述支撑辊为5个背衬轴承装配组成。大弯曲辊1的辊径为120mm，小弯曲辊2的辊径为15，大弯曲辊1的辊径∶小弯曲辊2的辊径为8∶1。

本实施例的生产方法是：

步骤①、采用“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”，将奥氏体不锈钢板带进行非对称循环弯曲变形，然后对变形后的奥氏体不锈钢板带进行退火处理。

步骤②、采用与步骤①相同的“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”，将退火处理后的奥氏体不锈钢板带再进行非对称循环弯曲变形，然后对再变形后的奥氏体不锈钢板带再进行退火处理，使奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸细化。

本实施例步骤①和步骤②所述的退火处理工艺相同：退火处理的保温温度为1050℃，退火处理的保温时间t：

t＝kδ(1)

式(1)中：k表示退火处理时的保温时间调节系数，k＝2min/mm；

δ表示奥氏体不锈钢板带的厚度，δ＝5mm。

由式(1)，退火处理的保温时间t＝kδ＝2×5＝10(min)。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下优点和效果：

1.本具体实施方式采用“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”使奥氏体不锈钢板带产生循环弯曲变形，变形大小取决于：本装置的大弯曲辊(1)与小弯曲辊(2)的辊径和数量、以及被加工的奥氏体不锈钢板带的厚度。因此，本具体实施方式生产工艺简单，易于控制；

2.本具体实施方式采用“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”，既适用于奥氏体不锈钢厚板也适用于奥氏体不锈钢薄带的生产，且可通过改变非对称循环弯曲变形及每次变形后退火处理的次数，容易获得晶粒尺寸细化效果不同的产品；

3.本具体实施方式采用“用于金属板带材的非对称循环弯曲变形装置”对奥氏体不锈钢板带施加循环弯曲，板带累积变形大，变形诱导马氏体相变份数高，随后退火过程中形变马氏体的回复再结晶相对充分，加之多次的变形及每次变形后的退火处理，故能充分利用大变形、形变诱导相变、形变马氏体的回复再结晶和反复相变等手段，实现了奥氏体不锈钢晶粒尺寸细化，晶粒尺寸细化效果如图2所示。图2是实施例1对304奥氏体不锈钢板带经3次非对称循环弯曲变形及每次变形后的退火处理得到的细化奥氏体不锈钢板带晶粒尺寸的金相组织图，304奥氏体不锈钢板带的晶粒尺寸细化至14.8μm；而未采用本实施例的生产方法前，304奥氏体不锈钢板带的晶粒尺寸为64μm。可见本具体实施方式的晶粒尺寸细化效果显著。

4.本具体实施方式利用板带弯曲变形的固有特点，实现了奥氏体不锈钢板带沿截面厚度方向从两表面向中心逐渐减小的变形，从而获取近表层细晶、中心层附近区域相对粗晶的梯度分布，使奥氏体不锈钢板带实现了强塑性的良好匹配。

因此，本具体实施方式工艺简单、易于控制和适用性广，所生产的奥氏体不锈钢板带晶粒细化效果显著和强塑性匹配好。