[发明专利]一种高氮无镍奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀处理工艺

说明书

技术领域

本发明属于不锈钢性能优化领域，具体为一种提高高氮无镍奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力的处理工艺。

背景技术

近年来不断增长的不锈钢需求与有限的镍资源之间的矛盾日趋严重，导致含镍不锈钢的价格不断上涨，尤其是含镍奥氏体不锈钢的价格更是突飞猛进；另外，人体器官对含镍的生物工程材料存在过敏性（Ni>0.2%时），由此引起的人体皮肤过敏症发病率不断提高。因此，人们把目光聚焦到了资源节约型不锈钢—高氮无镍奥氏体不锈钢上。足够量的氮引入奥氏体不锈钢可使其获得非常优异的性能，能满足高强、高韧、高耐蚀以及无磁等的工程应用要求，弥补传统奥氏体不锈钢在这些方面的不足。同时，与传统奥氏体不锈钢相比，由于以氮取代了价格昂贵的镍，使得这种奥氏体不锈钢的原材料成本比较低廉。因此，高氮无镍奥氏体不锈钢作为结构钢品种调整的主要方向之一，受到了各国研究者的高度重视。

然而，过高的氮含量使得这种新型不锈钢在热加工、焊接和高温使用时会有氮化物的析出发生。有研究表明，23Cr-4Ni-2Mo-1N高氮钢在1173K和1373K之间停留2秒在晶界就会有Cr2N相的析出发生，可见高氮奥氏体不锈钢的析出很难避免。高氮无镍奥氏体不锈钢由于综合性能优良有望广泛应用在建筑工业（桥梁、用盐防冻的公路等）、海洋工程、化工等领域，这就对高氮奥氏体不锈钢的耐蚀性提出了更高的要求，包括耐晶间腐蚀性能。但是由于Cr2N相在晶界的析出使其有严重的晶间腐蚀倾向，直接限制了这种新型先进钢铁材料的发展和应用。解决这一问题的传统办法有向这类钢中加入V、Ti、Nb等元素来稳定N，但这种方法往往不能解决熔化焊接时有选择性的“刀线腐蚀”问题，而且显然提高了成本。固溶处理方法也常被采用，使焊接过程中析出的第二相重新溶解。这种方法虽然简单易行，但很难用于处理焊后的大的结构部件，且处理后仍需防止在敏化温度范围加热。由此可见，传统的解决办法均不理想。

近几年，晶界工程（GrainBoundaryEngineering，GBE），亦叫晶界特征分布（GrainBoundaryCharacterDistribution，GBCD）优化作为解决晶界失效问题的新的方法被广泛关注。GBE即通过一种形变热处理工艺设计和控制晶界，在GBCD中通过增加低Σ重位点阵（CoincidenceSiteLattice，CSL）晶界（特殊晶界）的比例来提高合金的抗晶界失效性能的一种方法。目前，国内外学者在传统奥氏体不锈钢（304，316奥氏体不锈钢）GBE改善晶间腐蚀方面进行了广泛的研究。在传统奥氏体不锈钢中摸索出来的GBE工艺为小变形量（≤10%）低温（≤0.6Tm）长时退火，低ΣCSL晶界比例可以达到86%。而高氮无镍奥氏体不锈钢与传统奥氏体不锈钢相比具有自身的特点：不仅具有更低的层错能，而且具有更高的稳定性，冷变形不容易发生马氏体相变。这就使得高氮奥氏体不锈钢在冷轧过程中的组织演变、变形行为及微观变形机制等都不同于传统的奥氏体不锈钢，导致在随后的退火过程中晶界的迁移速度、迁移方式和晶界迁移驱动力等也会有所不同。由此可见，传统奥氏体不锈钢中经验性的GBCD优化工艺将不再适用于这种新型结构材料。但是对GBE改善高氮无镍奥氏体不锈钢晶间腐蚀性能方面的研究还尚未见报道。因此，研究GBE工艺提高这种新型先进的钢铁材料的晶间腐蚀性能，可以为高氮无镍奥氏体不锈钢氮化物的析出所引起的晶间腐蚀问题提供一种新的解决思路与途径。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于为解决高氮无镍奥氏体不锈钢由于氮化物的析出所引起的晶间腐蚀问题，提供了一种新的工艺方法。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高氮无镍奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀处理工艺，其特征在于：所述的处理工艺为如下步骤：

（1）将高氮无镍奥氏体不锈钢放入热处理炉中加热到1050℃-1150℃，保温30-60分钟，将半成品取出放入水中淬火；

（2）将淬火之后的半成品从水中取出，冷却后进行冷轧处理，所述冷轧处理的变形量为5-10%，所述冷轧处理过程中温度为常温；

（3）进行再结晶的退火处理，具体为将半成品放入热处理炉中加热到1130℃~1180℃，并保温10分钟-72小时；将半成品取出放入水中淬火。

所述的高氮无镍奥氏体不锈钢为Cr-Mn-N或Cr-Mn-Mo-N高氮无镍奥氏体不锈钢。

所述的Cr-Mn-N高氮无镍奥氏体不锈钢包含以下质量百分比的成分：

Cr：17%-22%；

Mn：17%-20%；

N：0.4%-1.0%；