一种抑制超级奥氏体不锈钢形变孪晶界析出相析出且利于再结晶的方法

1.本发明属于超级奥氏体不锈钢的制备与应用技术领域，具体涉及一种b、ce协同抑制超级奥氏体不锈钢形变孪晶界析出相析出且利于孪晶晶粒邻近晶粒再结晶，使再结晶后的晶粒更为均匀的方法。


背景技术：

2.超级奥氏体不锈钢合金化程度很高，在凝固、热加工过程中mo极易偏析，出现凝固偏析，尤其热加工过程中变形引发析出相加剧析出，造成热加工开裂等问题。如何抑制mo偏析，减缓析出相的形成，对于超级奥氏体不锈钢热加工性能的改善具有重大意义。
3.b已被广泛应用于低合金高强度钢、不锈钢、超级不锈钢和镍基合金等材料中用以强化晶界、提高淬透性和热加工性能，b还可形成少量复合硼化物抑制碳化物的团聚和长大。过量的b则会在材料最薄弱的晶界处形成硼化物，影响材料力学性能、耐蚀性能，硼化物的形成使晶界更易受到外界所施加的力和腐蚀介质的侵蚀。稀土元素可以净化晶界、改性夹杂物，细化晶粒、改善热加工性能。稀土ce还可以降低钢中夹杂物数量，控制夹杂物的大小、形态，但过量稀土则容易形成稀土夹杂物，导致钢的性能恶化。微量b与稀土ce复合引入奥氏体不锈钢中，可在净化晶界、抑制元素偏析、改善析出相析出特征、提高热塑性及耐蚀性等多方面发挥出比单一元素更为明显的效果。
4.对于超级奥氏体不锈钢，由于含有较多cr、n i、mo、n等元素，在轧制过程中形变诱发析出严重，通常材料的孪晶界往往析出相析出很少，即便是变形后的孪晶界，但超级奥氏体不锈钢由于晶界易偏析元素mo含量很高，在变形孪晶中却易析出析出相，不利于材料热加工，及后续力学性能和耐蚀性。专利zl 201910372589.0也提到高mo、cr含量的超级奥氏体不锈钢随着时效时间的延长，b ce可抑制mo等在晶界的偏聚。但利用b和ce的晶界偏析，调控形变孪晶界上析出相的析出，同时易于含孪晶晶粒的塑性变形，使得含孪晶晶粒邻近晶粒再结晶，使晶粒更为均匀易于再结晶，进一步改善超级奥氏体不锈钢热加工性能。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种b、ce协同抑制超级奥氏体不锈钢形变孪晶界σ相析出的方法，以此抑制超级奥氏体不锈钢时效过程中形变孪晶界析出相的析出，促进含孪晶晶粒邻近晶粒再结晶，使再结晶后的晶粒更为均匀。
6.本发明采用如下技术方案：
7.一种b、ce协同抑制超级奥氏体不锈钢形变孪晶界析出相析出的方法，通过固溶处理后控冷处理方式，在钢中引入微量合金元素b和ce，通过b、ce预偏析于晶界，抑制mo、cr在孪晶界偏析，进而抑制析出相在形变孪晶界的析出。
8.优选的，一种b、ce协同抑制超级奥氏体不锈钢析出相在形变孪晶界析出的方法，所述含b、ce超级奥氏体不锈钢的化学成分按照重量百分比计为：c≤0.02％、si≤1.0％、mn
≤1.20％、p≤0.03％、s≤0.01％、ni：18.5-25.5％、cu：0.8-1.0％、n：0.2-0.4％、cr：18.5-22.5％、mo：5.5-6.5％、b：0.003-0.006％，ce：0.004-0.008％，余量为fe及其他不可避免的杂质元素；
9.优选的，按照合金成分配比在真空感应炉中冶炼，在真空状态下浇铸成铸锭后空冷，冷却至室温时脱模。然后将铸锭置于1220℃的电阻加热炉中均质化处理12-20h，空冷至室温，继续将铸锭置于电阻加热炉中并升温到1200℃，保温30min，冷到轧制温度热轧成20mm厚钢板；
10.优选的，将钢板切割成的试样放置于1200℃下的马弗炉中经过1h的固溶处理，保温后的试样随炉缓冷至1100℃，然后空冷，缓冷处理有助于b和ce从奥氏体中析出到晶界，以控制后续时效过程中mo、cr在晶界的偏析；
11.优选的，将经过固溶处理控冷的试样在力学性能试验机上进行压缩变形，压下量分别为：10％，20％，30％；
12.优选的，将处理完的试样在析出相析出温度进行时效处理，随后将试样水冷。
13.优选的，浇铸成120
×
100
×
500mm3的铸锭，热轧成20mm厚的钢板。
14.优选的，试样被切割成15
×
15
×
3mm3的试样。
15.优选的，时效温度选择为950℃和1050℃，时效处理时间为30min。
16.本发明的有益成果如下：
17.1.本发明通过引入易向晶界偏析的b和ce，抑制mo、cr的界面、缺陷偏析。
18.2.通过b、ce易优先分布于孪晶界周边的空位、缺陷等处，来抑制mo、cr向晶界的迁移、扩散，达到抑制形变孪晶界处析出相的析出，减缓热加工过程中孪晶界处析出相的析出，利于孪晶晶粒邻近晶粒再结晶，使再结晶后的晶粒更为均匀。
附图说明
19.图1不加b、ce的超级奥氏体不锈钢和含b、ce的超级奥氏体不锈钢经20％冷轧变形后的试样，以及950℃和1050℃下时效30min试样的微观组织。(a)不加b、ce的超级奥氏体不锈钢变形量20％，950℃下时效30min；(b)加b、ce的超级奥氏体不锈钢变形量20％，950℃下时效30min。(c)不加b、ce的超级奥氏体不锈钢变形量20％，1050℃下时效30min；(d)含b、ce超级奥氏体不锈钢变形量20％，1050℃下时效30min。
具体实施方式
20.通过下述实施例进一步详尽阐述本发明的具体内容，以便更好的理解本发明。
21.实施例1：b、ce微合金化超级奥氏体不锈钢的制备
22.(1)所述超级奥氏体不锈钢的化学成分按照重量百分比计为：c≤0.02％、si≤1.0％、mn≤1.20％、p≤0.03％、s≤0.01％、ni：18.5-25.5％、cu：0.8-1.0％、n：0.2-0.4％、cr：18.5-22.5％、mo：5.5-6.5％、b：0.003-0.006％，ce：0.004-0.008％，余量为fe及其他不可避免的杂质元素。
23.(2)按照合金成分配比在真空感应炉中冶炼，在真空状态下浇铸成120
×
100
×
500mm3的铸锭后空冷，冷却至室温时脱模。然后将铸锭置于1220℃的电阻加热炉中均质化处理12-20h，空冷至室温，继续将铸锭置于电阻加热炉中并升温到1200℃，保温30min，降温
到热轧轧制温度，热轧成20mm厚的钢板。
24.实施例2：b、ce复合添加的超级奥氏体不锈钢冷轧试样
25.(1)在实施例1中制得的超级奥氏体不锈钢上切取几个15
×
15
×
3mm3的试样并放入1200℃下的马弗炉中经过1h的固溶处理，处理后的试样随炉缓冷至1100℃，然后空冷。
26.(2)将经过固溶、缓冷、空冷的试样在力学性能试验机上进行不同变形量冷轧变形，变形量分别为：10％，20％，30％。
27.(3)将马弗炉加热到950℃和1050℃，然后将步骤(1)和(2)处理完的试样置于马弗炉中做保温30min的时效处理，时效处理后将试样迅速水冷。
28.将制备好的试样经过不同道次砂纸的研磨后机械抛光、金相腐蚀，对不同温度时效处理后试样做微观组织分析，如图1所示。
29.超级奥氏体不锈钢变形量为20％时，950℃时效30min析出相沿滑移带、晶界析出明显，同时孪晶晶界处析出相析出明显，如图1(a)所示。加入b、ce后，超级奥氏体不锈钢20％变形后试样经950℃时效30min并看不到滑移带也无析出现象，析出相在晶界的析出得到有效抑制，尤其孪晶界析出相很少，b、ce对形变孪晶界析出相析出起到明显抑制作用。超级奥氏体不锈钢20％变形后经1050℃时效30min析出相沿晶界析出明显，孪晶上也有析出相析出，由于析出相析出，很难发生再结晶。而含b、ce超级奥氏体不锈钢20％变形后试样经1050℃时效30min后，析出相在晶界的析出得到有效抑制，尤其孪晶界几乎难以看到析出相，大部分区域发生了再结晶，含孪晶的晶粒与再结晶晶粒组合，使得晶粒更为均匀。