[发明专利]一种控制FCC晶体结构合金中高温第二相的方法

说明书

一种控制FCC晶体结构合金中高温第二相的方法，包括以下步骤：(1)按设定成分熔炼制成钢水，然后在磁搅拌连铸并水冷制成连铸坯，按质量百分比含C 0.02～0.1％，Cr 16～19％，Ni 8～13％，Mo≤3％，Si 0.2～0.8％，Mn 0.5～2％，余量为Fe；(2)在1200～1250℃扩散退火；(3)退火板直接进行多道次热轧或多道次热锻，单道次变形量8～20％，总变形量70～95％，水冷制成热塑变形板；(4)加热至1050～1100℃固溶处理，水淬至常温。本发明主要对典型FCC结构耐蚀合金中的高温第二相进行控制，效果显著；固溶后全厚度方向高温第二相含量低于2％，极大提高了该系材料的力学性能和耐腐蚀性能，拓宽了FCC结构耐蚀合金的应用范围，显著降低了加工难度和生产成本。

技术领域

本发明属于钢铁合金材料技术领域，具体涉及一种控制FCC晶体结构合金中高温第二相的方法。

背景技术

含Cr、Mo的FCC结构合金因具有优异的耐蚀性能、极好的塑韧性和良好的焊接性能，广泛应用于船舶、重工、航空航天、电工行业、轻工业以及日常生活用品等众多行业；一般来说，对于Cr≥12％的铁基合金，逐渐增加合金中Cr含量，合金的耐蚀性会逐渐提高，尤其当合金中的Cr含量≥12％时，合金会由不耐腐蚀变成耐腐蚀；如果在Fe-Cr合金中能够加入≥7％的Ni或其他一定量的如C、Mn、N等能够形成奥氏体的元素，则铁铬合金会形成稳定的奥氏体结构，若加入的奥氏体形成元素不够多，则铁铬合金会形成FCC+BCC结构的两相结构；根据合金元素所形成两种显微组织的区别，将其分为两大类，一类是形成FCC组织的元素(如Ni、Mn、N等)，一类是形成BCC组织的元素(如Cr、Mo、Si等)；FCC和BCC的含量由这两类合金元素的相互作用决定。

对于服役过程中要求较高的高温性能和耐腐蚀性能的钢铁材料，一般添加较多的Cr、Mo和C等元素，Cr可以明显提高钢的高温强度，以及在高温使用时的抗氧化性和抗硫化性，而Mo能使Cr在钝化膜中更加富集，增强钝化膜的稳定性，1/3含量的Mo元素就可达到1含量的Cr元素形成的耐点蚀和缝隙腐蚀的能力；但是，在提高其耐蚀性能和高温性能的同时，Cr和Mo会促进FCC合金中形成高温第二相，尤其是形成BCC结构的高温铁素体，会导致钢的热加工性、热成型性降低；对于工业生产中的典型FCC结构(如奥氏体不锈钢等)中厚板，由于在合金凝固时，板坯厚度方向凝固速率和传热效率差异，会造成严重的成分偏析，促使形成较高比例的高温第二相，其含量一般高于15％，而且后续加工过程中很难消除，反而会恶化材料的耐蚀性能和高温性能，限制了该系合金的应用范围；所以，在实际生产中，必须寻找一种控制高温第二相含量的方法，以显著降低生产成本和加工难度。

目前报道中，国内外研究者主要集中于研究高温第二相在FCC基体中的溶解动力学和热处理工艺(固溶、扩散退火等)，对于控制FCC结构基体中的高温第二相含量意义很大，但对于含高Cr、Mo材料的中厚板来说，其问题要复杂很多；因为Cr和Mo很容易偏析，而且容易与C形成碳化物，转变为其他难以消除的相，目前主要通过改善合金成分调控Cr_eq/Ni_eq比来控制FCC结构基体中的第二相，对合金熔炼要求很高，增加了生产成本和后续加工难度。

发明内容

针对以上研究背景，本发明提供一种控制FCC晶体结构合金中高温第二相的方法，通过快冷+高温退火+大塑性变形+固溶处理相结合的控制模式，主要为：连铸坯→快冷→高温扩散退火→大变形量(≥70％)热轧或热锻→快冷→固溶处理，将元素扩散和热塑性变形有机结合，增加高温第二相在FCC基体中的溶解动力，抑制二次相变的发生。

本发明的方法包括以下步骤：

(1)按设定成分熔炼制成钢水，然后在电磁搅拌作用下，浇入连铸机中连铸，再以≥10℃/s的速度快速冷却至200℃以下，获得连铸坯，其成分按质量百分比含C 0.02～0.1％，Cr 16～19％，Ni 8～13％，Mo≤3％，Si 0.2～0.8％，Mn 0.5～2％，P≤0.035％，S≤0.02％，余量为Fe和不可避免杂质；