專利名稱：控制奧氏體不銹鋼表層晶界結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于控制奧氏體不銹鋼表層組織技術(shù)，特別是一種控制奧氏體不銹鋼晶界結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
奧氏體不銹鋼作為一種應(yīng)用極為廣泛的工程材料，具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，然而在450-850°C溫度區(qū)間使用時就會造成奧氏體不銹鋼發(fā)生敏化。造成奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕性能下降的一個主要因素就是 由于奧氏體不銹鋼極易敏化從而導(dǎo)致材料晶間腐蝕和晶間應(yīng)力腐蝕的出現(xiàn)，最終導(dǎo)致構(gòu)件的失效，將可能造成重大的人身財產(chǎn)損失事故。晶界作為多晶材料的一個重要的結(jié)構(gòu)特征對材料的性能有重要的影響。研究發(fā)現(xiàn)許多現(xiàn)象(晶界擴(kuò)散、析出、腐蝕)與晶界的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。晶間碳化物在晶界上的選擇性析出的現(xiàn)象，主要是由于不同的晶界所具有的能量和結(jié)構(gòu)不同所造成的。低能CSL晶界(特別是2 3)顯現(xiàn)了對滑移、斷裂、腐蝕和應(yīng)力腐蝕裂紋、敏化和溶質(zhì)偏析(平衡和非平衡)強(qiáng)烈的抑制作用，有的甚至是完全免疫的。低能CSL晶界在多晶材料在多晶體材料中普遍存在，它的出現(xiàn)頻率與材料的制備過程密切相關(guān)。而自由晶界由于具有高的能量和高的移動性，常成為裂紋生長的核心和裂紋擴(kuò)展的通道，從而導(dǎo)致晶間腐蝕裂紋和晶間應(yīng)力腐蝕裂紋的出現(xiàn)?；趯Ы缧阅艿牧私?，日本東北大學(xué)材料系渡邊忠雄教授在1984年提出了“晶界設(shè)計和控制”的概念。通過對晶界類型的設(shè)計和分布的控制來對材料的性能，例如強(qiáng)度、韌性及耐腐蝕性能，進(jìn)行優(yōu)化和提高。隨后加拿大材料科學(xué)家將此概念演繹為“晶界工程”。所謂的晶界工程(Grain Boundary Engineering)就是通過一定的熱機(jī)械加工方法,來控制材料的晶界分布特征，特別是提高特殊晶界的比率，并使連續(xù)的自由晶界彌散化，從而達(dá)到控制和優(yōu)化材料性能的目的。在過去二十年，晶界工程在材料的開發(fā)和組織性能控制中得到了廣泛的應(yīng)用。至今幾乎所有從事晶界工程研究的研究者采用都是預(yù)應(yīng)變-退火或預(yù)應(yīng)變-再結(jié)晶的熱機(jī)械加工方法，而應(yīng)變都是通過冷軋的方式引入。然而對于冷軋，該方法只適用于平板件，而對于不規(guī)則形狀的工件及零部件的修復(fù)并不適用。另外，該方法常需要在較高的溫度下進(jìn)行長時間的熱處理(>72小時)，極大地增加了能耗。預(yù)應(yīng)力的引入結(jié)合退火的方法能對塊體材料整體實現(xiàn)晶界結(jié)構(gòu)的控制，從而提高材料的晶間腐蝕抗力。然而材料的腐蝕破壞通常是從材料表面開始，逐漸向材料內(nèi)部滲透和擴(kuò)散，因此如果我們可以通過形變結(jié)合表面熱處理的手段得到一層有具有優(yōu)異耐腐蝕性能的表層，進(jìn)而阻止腐蝕進(jìn)一步向材料內(nèi)部滲透，對提高材料的耐腐蝕抗力具有重要的意義。水射流噴丸強(qiáng)化技術(shù)是利用液體射流技術(shù)加工硬化金屬表面的方法。由于傳統(tǒng)噴丸過程中的固體顆粒沖擊導(dǎo)致的塑性變形，使材料表面粗糙度過高，容易引起應(yīng)力集中，加速裂紋的萌生，對材料的抗疲勞性能產(chǎn)生不良影響。水射流噴丸強(qiáng)化是利用高壓水流(5-30MPa)沖擊金屬材料表面，在表面形成殘余壓應(yīng)力。該技術(shù)已經(jīng)被用于提高材料的硬度、疲勞強(qiáng)度和耐磨損性能。但已有報道都是從水射流沖擊引入壓應(yīng)力是材料加工硬化的角度進(jìn)行的，尚未采用水射流噴丸沖擊結(jié)合高溫?zé)崽幚砜刂撇牧暇Ы缃Y(jié)構(gòu)的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種控制奧氏體晶界結(jié)構(gòu)的方法，從而提高奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕性能。實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)解決方案為一種控制奧氏體不銹鋼晶界結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟1.首先通過對奧氏體不銹鋼進(jìn)行預(yù)處理，將預(yù)處理好的材料置于空化射流噴丸試驗系統(tǒng)上；2.通過調(diào)整空化射流噴丸系統(tǒng)射流壓力、射流時間和靶距，對材料表面進(jìn)行空化射流噴丸沖擊處理； 3.最后將空化射流噴丸處理過的材料置于熱處理爐中，保溫后取出水淬。步驟I中所述的預(yù)處理為對奧氏體不銹鋼在1050°C固溶處理30min后水淬。步驟2中所述的射流壓力為10-30Mpa，射流時間為5_30min，靶距為26_30mm。步驟3中所述的熱處理的溫度為1300-1340K，保溫時間為2_24h。本發(fā)明的原理基于晶界工程的原理，通過空化水射流噴丸引入應(yīng)力及后續(xù)退火處理的結(jié)合，使奧氏體不銹鋼晶界結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，從而提高奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕性能。本發(fā)明所實現(xiàn)的表面晶界工程，其顯著優(yōu)點通過本發(fā)明所述的方法可以制備出一層具有優(yōu)異抗晶間腐蝕性能的表層，且水射流噴丸處理可以排除干摩擦現(xiàn)象，緩和彈丸對金屬材料表面的沖擊，使接觸載荷分布更加均勻，對表面起到冷卻的效果，加工過程中可以起到除塵降噪的作用。將經(jīng)過本發(fā)明處理的材料制成標(biāo)準(zhǔn)金相試樣，打磨、拋光、電解腐蝕后利用背散射衍射技術(shù)測試材料的晶界特征分布，組織中特殊晶界的比率可以達(dá)到68%以上；在相同的敏化條件下，材料的耐腐蝕性能與原材料相比提高約2-3倍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是本發(fā)明奧氏體不銹鋼晶界特征分布示意圖(a處理前，b處理后)。
具體實施例方式本發(fā)明基于晶界工程的概念，通過水射流沖擊來引入應(yīng)變，通過后續(xù)的高溫?zé)崽幚韺Σ牧媳韺拥木Ы缃Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，從而是奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性能得到提高。具體步驟如下1.首先通過對奧氏體不銹鋼在1050°C固溶處理30min后水淬，將預(yù)處理好的材料置于空化射流噴丸試驗系統(tǒng)上；2.通過調(diào)整空化射流噴丸系統(tǒng)射流壓力10_30Mpa、射流時間5_30min和靶距26-30mm,對材料表面進(jìn)行空化射流噴丸沖擊處理；3.最后將空化射流噴丸處理過的材料置于1300-1340K熱處理爐中，保溫2_24h后取出水淬。 在以下實施例和對比例中，用腐蝕電流(J)和自腐蝕電位(V)分別來表示材料的耐腐蝕性能。腐蝕電流越低，自腐蝕電位越趨于正，說明材料的耐腐蝕性越好。用特殊晶界百分?jǐn)?shù)(％)來表示材料晶界結(jié)構(gòu)的優(yōu)化效果，值越高說明晶界優(yōu)化效果越好。實施例1利用水射流噴丸系統(tǒng)對奧氏體不銹鋼進(jìn)行表面水射流噴丸處理噴丸沖擊壓力分別為10Map、20Mpa和30Mpa，沖擊時間為15min，靶距為28mm，具體工藝參數(shù)見表I。隨后在1300K, 1320K和1340K下分別對水射流噴丸試樣進(jìn)行2-24h的退火處理，退火處理后立即進(jìn)行水淬處理。處理試樣內(nèi)部的低能CSL (重合位置點陣)特殊晶界的比例隨水射流噴丸壓力變化而變化，具體測試結(jié)果見表I。將處理過的試樣用環(huán)氧樹脂和固化劑鑲嵌，制備成標(biāo)準(zhǔn)的電化學(xué)腐蝕樣品。在室溫下在0. 5M H2S04+0. OlM KSCN溶液中處理材料進(jìn)行電化學(xué)腐蝕實驗，自腐蝕電位隨沖擊壓力和退火時間而變化，在650°C敏化2h測得的自腐蝕電位列于表1，被處理材料在650°C敏化2小時后，在沸騰硫酸-硫酸鐵溶液中經(jīng)過72小時腐蝕后的腐蝕速率見表I。表I不同沖擊壓力的測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種控制奧氏體不銹鋼表層晶界結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 a.首先通過對奧氏體不銹鋼進(jìn)行預(yù)處理，將預(yù)處理好的材料置于空化射流噴丸試驗系統(tǒng)上； b.通過調(diào)整空化射流噴丸系統(tǒng)射流壓力、射流時間和靶距，對材料表面進(jìn)行空化射流噴丸沖擊處理； c.最后將空化射流噴丸處理過的材料置于熱處理爐中，保溫后取出水淬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制奧氏體不銹鋼晶界結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于步驟a中所述的預(yù)處理為對奧氏體不銹鋼在1050°C固溶處理30min后水淬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制奧氏體不銹鋼晶界結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于步驟b中所述的射流壓力為10-30Mpa，射流時間為5-30min，靶距為26_30mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制奧氏體不銹鋼晶界結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于步驟c中所述的熱處理的溫度為1300-1340K，保溫時間為2-24h。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制奧氏體不銹鋼表層晶界結(jié)構(gòu)的方法，首先通過對奧氏體不銹鋼進(jìn)行預(yù)處理，將固溶處理好的材料置于空化射流噴丸試驗系統(tǒng)的試樣架上。通過調(diào)整空化射流噴丸系統(tǒng)射流壓力(10-30Mpa)、射流時間(5-30min)和靶距(26-30mm)，對材料表面進(jìn)行空化射流噴丸沖擊處理；最后將空化射流噴丸處理過的材料置于熱處理爐中，在1300-1340K下保溫2-24h后取出水淬，從而實現(xiàn)對奧氏體不銹鋼表層晶界結(jié)構(gòu)的控制。本發(fā)明能夠提高奧氏體不銹鋼耐晶間腐蝕性能。
文檔編號C21D1/26GK103014277SQ20121052354
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者楊森, 馮文, 顧振宇, 王小艷 申請人:南京理工大學(xué)