一种奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法

摘要

本发明公开了一种奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法，包括以下步骤：S1、锻造：对不锈钢钢锭进行锻造，锻造的始锻造温度为1000‑1200℃，终锻造温度为720‑850℃；变形速率为0.01‑0.45S‑1，总锻造比不小于3，最后一个火次锻造比不小于总锻造比的20％；S2、热处理：将步骤S1得到的锻造件在1000‑1200℃下进行热处理，保温时间为1.0‑2.0min/mm，即得奥氏体不锈钢锻件。与现有技术相比，本发明的奥氏体不锈钢锻件的晶粒更均匀，更细小，具有良好的抗晶间腐蚀性能，同时增加了奥氏体不锈钢锻造件的抗拉强度、屈服强度和冲击功，提高了奥氏体不锈钢锻造件的综合性能。

说明书

技术领域

本发明属于锻造及热处理技术领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法。

背景技术

奥氏体不锈钢是是碳在γ-Fe中的固溶体，无磁性，具有很高的韧性和塑性，耐腐蚀性能非常好。由于独特的耐蚀性和易加工性，奥氏体不锈钢在石油、化工、医疗、环保、食品等行业得到了广泛应用。

奥氏体不锈钢铸件在形成过程中会出现缩孔缩松、偏析、气孔、微裂纹、非金属夹杂等问题，严重降低了铸件的性能，在日常生产中带来了极大的危害。即使经过完全退火等后期热处理方式，这些缺陷也不会完全被消除。

晶粒的细化处理是提高不锈钢材料性能的一种有效手段。细化晶粒既能有效的消除材料的缩孔缩松、非金属夹杂物，也能防止裂纹的扩展，提高不锈钢的强度与塑性，并且提高其耐腐蚀性能。

目前常用的合金晶粒的细化方法多为加热法和快速冷却法，如碳钢和合金钢可以通过热处理，重新奥氏体化，形成新的奥氏体晶粒，细化晶粒。但奥氏体不锈钢是单相奥氏体组织，在热处理过程中没有组织相变，因此，不能通过热处理改变组织和细化奥氏体晶粒。

CN107604140A公开了一种奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的制造工艺，包括以下步骤：步骤一：锻前对奥氏体不锈钢锻件进行准备处理，将需要锻造的奥氏体不锈钢锻件擦净后放置在锻炉内，所述锻炉的温度控制在600～650℃，所述奥氏体不锈钢锻件在锻炉内保温2～4分钟；步骤二：在设定的锻造温度范围内锻造，所述锻造温度的中下限为1000～850℃，所述奥氏体不锈钢锻件经锻造变形，所述锻造的变形量为≥10％；步骤三：对锻造成型后的奥氏体不锈钢锻件进行水冷冷却，使奥氏体不锈钢锻件表面温度迅速下降；步骤四：锻后归类，将水冷降温后的奥氏体不锈钢锻件贴上标签，然后归类入库，该发明通过多火次锻造，防止了奥氏体不锈钢锻件裂纹的产生。

CN104651589A公开了一种细化316LN奥氏体不锈钢晶粒的热变形工艺，将固溶处理后的316LN奥氏体不锈钢以10℃/s的速率加热至1200℃，保温90秒；材料内外温度均匀后以5℃/s的速率冷却至1080℃，保温7min后以0.03s^-1的应变速率进行热压缩这个过程的温度维持恒定，应变量达到0.8时取出材料水淬，获得再结晶充分、细小均匀的奥氏体组织，晶粒度≥9.5级，该发明通过固溶处理后的加热和冷却处理，细化了晶粒，避免了材料的开裂。

到目前为止，晶粒细化的研究已取得了很大发展，但大多以快速冷却法为主，但快速冷却法对晶粒度的控制性较差，导致晶粒大小不均匀，同时对不锈钢的强度、塑性和耐腐蚀性能的改进效果并不佳，无法满足市场的需求，因此，亟需开发一种可控性好的奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法。

发明内容

本发明提供了一种奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法，通过调整锻造和热处理的参数，利用动态再结晶和静态再结晶相结合细化了晶粒，解决了传统快速冷却法产生的晶粒大小不均匀的问题，同时有效提升了奥氏体不锈钢品质。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法，包括以下步骤：

S1、锻造：

对不锈钢钢锭进行锻造，锻造的始锻造温度为1000-1200℃，终锻造温度为720-850℃；变形速率为0.01-0.45S^-1，总锻造不小于3，最后一个火次锻造比不小于总锻造比的20％；

S2、热处理

将步骤S1得到的锻造件在1000-1200℃下进行热处理，保温时间为1.0-2.0min/mm，即得奥氏体不锈钢锻件。

优选地，步骤S1中，所述锻造的始锻造温度为1050-1200℃。

优选地，步骤S1中，所述终锻造温度为760-800℃。

优选地，步骤S1中，所述的不锈钢为F304L不锈钢。

优选地，步骤S1中，所述锻造的变形速率为0.01-0.44S^-1。

优选地，步骤S1中，所述锻造的总锻造比为3-8，进一步优选为4-6。

优选地，步骤S1中，所述最后一个火次锻造比为总锻造比的20-50％，进一步优选为20-25％。

优选地，步骤S2中，所述热处理的温度为1080-1150℃。

优选地，步骤S2中，所述热处理的保温时间为1.0-1.9min/mm；进一步优选为1.2-1.8min/mm。

本发明还提供了一种根据上述方法制造的奥氏体不锈钢锻件。

优选地，所述的奥氏体不锈钢锻件的平均晶粒直径为53.4-26.8μm，晶粒度等级数为5.5-7.5。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明在锻造过程中，利用热变形过程，使材料发生动态再结晶现象，细化晶粒；再通过降低终锻造温度至720-850℃，使锻造材料产生冷变形，造成内部产生大量位错和空位，形成点阵畸变，然后结合热处理，产生静态再结晶，从而进一步细化晶粒，获得晶粒更细小，晶粒更均匀的奥氏体组织，增加了奥氏体不锈钢锻造件的抗拉强度、屈服强度和冲击功，从而提高了奥氏体不锈钢锻造件的综合性能。

(2)本发明的奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法，通过锻造工艺、降低终锻造温度和热处理实现了晶粒的进一步细化，产品不容易产生裂纹，产品报废率低，同时减少了二次加热等工艺流程，缩短了工序，降低了生产成本，提高了生产效率。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。

除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。

实施例1

一种奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法，包括以下步骤：

S1、锻造：

利用3000吨液压机锻压3吨F304L不锈钢钢锭，始锻造温度为1000℃，终锻造温度为720℃；变形速率为0.01S^-1，总锻造比为3.1，最后一个火次锻造比为总锻造比的50％；

S2、热处理

将步骤S1得到的锻造件在1000℃下进行热处理，保温时间为1.0min/mm，保温结束后水冷，即得奥氏体不锈钢锻件。将制备的奥氏体不锈钢锻件按照按照GB/T4334标准中C法进行检验,奥氏体不锈钢锻件晶间腐蚀合格。

实施例2

一种奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法，包括以下步骤：

S1、锻造：

利用3000吨液压机锻压1吨F304L不锈钢钢锭，始锻造温度为1200℃，终锻造温度为850℃；变形速率为0.045S^-1，总锻造比为8，最后一个火次锻造比为总锻造比的35％；

S2、热处理

将步骤S1得到的锻造件在1200℃下进行热处理，保温时间为2.0min/mm，保温结束后水冷，即得奥氏体不锈钢锻件。将制备的奥氏体不锈钢锻件按照按照GB/T4334标准中C法进行检验,奥氏体不锈钢锻件晶间腐蚀合格。

实施例3

一种奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法，包括以下步骤：

S1、锻造：

利用3000吨液压机锻压2吨F304L不锈钢钢锭，始锻造温度为1050℃，终锻造温度为760℃；变形速率为0.044S^-1，总锻造比为4，最后一个火次锻造比为总锻造比的20％；

S2、热处理

将步骤S1得到的锻造件在1150℃下进行热处理，保温时间为1.2min/mm，保温结束后水冷，即得奥氏体不锈钢锻件。将制备的奥氏体不锈钢锻件按照按照GB/T4334标准中C法进行检验,奥氏体不锈钢锻件晶间腐蚀合格。

实施例4

一种奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法，包括以下步骤：

S1、锻造：

利用3000吨液压机锻压1.5吨F304L不锈钢钢锭，始锻造温度为1150℃，终锻造温度为800℃；变形速率为0.02S^-1，总锻造比为6，最后一个火次锻造比为总锻造比的25％；

S2、热处理

将步骤S1得到的锻造件在1135℃下进行热处理，保温时间为1.8min/mm，保温结束后水冷，即得奥氏体不锈钢锻件。将制备的奥氏体不锈钢锻件按照按照GB/T4334标准中C法进行检验,奥氏体不锈钢锻件晶间腐蚀合格。

实施例5

一种奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法，包括以下步骤：

S1、锻造：

利用3000吨液压机锻压2.5吨F304L不锈钢钢锭，始锻造温度为1120℃，终锻造温度为780℃；变形速率为0.03S^-1，总锻造比为5，最后一个火次锻造比为总锻造比的28％；

S2、热处理

将步骤S1得到的锻造件在1080℃下进行热处理，保温时间为1.6min/mm，保温结束后水冷，即得奥氏体不锈钢锻件。将制备的奥氏体不锈钢锻件按照按照GB/T4334标准中C法进行检验，奥氏体不锈钢锻件晶间腐蚀合格。

对比例1

本对比例与实施例5的不同之处在于：终锻造温度为700℃，最后一个火次锻造比为总锻造比的15％，总锻造比为3。将制备的奥氏体不锈钢锻件按照按照GB/T4334标准中C法进行检验，奥氏体不锈钢锻件晶间腐蚀不合格。

对比例2

本对比例与实施例5的不同之处在于：终锻造温度为860℃，最后一个火次锻造比为总锻造比的14％；热处理保温时间为2.5min/mm。将制备的奥氏体不锈钢锻件按照按照GB/T4334标准中C法进行检验，奥氏体不锈钢锻件晶间腐蚀不合格。

对比例3

本对比例与实施例5的不同之处在于：始锻造温度为1220℃，最后一个火次锻造比为总锻造比的15％，热处理保温时间为0.9min/mm。将制备的奥氏体不锈钢锻件按照按照GB/T4334标准中C法进行检验，奥氏体不锈钢锻件晶间腐蚀不合格。

实验例1晶粒测定

根据GB/T6394-2002中的对比图法对本实施例1-5和对比例1-3晶粒细化后的奥氏体不锈钢锻件的平均晶粒直径和晶粒度级别数进行测试，结果如表1所示。

表1奥氏体不锈钢锻件平均晶粒直径

由表1可知，与对比1-3相比，本实施例1-5的奥氏体不锈钢锻件晶粒均匀，表面没有粗大晶粒，同时平均晶粒直径在53.4-26.8之间，晶粒度等级数在5.5-7.5之间，表明本发明的奥氏体不锈钢锻件的晶粒均匀，细化效果好。

实验例2力学性能检测

对经过本实施例1-5和对比例1-3晶粒细化后的奥氏体不锈钢锻件进行力学性能测试，结果如表2所示。

表2奥氏体不锈钢锻件室温力学性能测试

由表2可知，本发明采用奥氏体不锈钢锻件经晶粒细化的方法，不仅增加了大型不锈钢锻件的抗拉强度和屈服强度，同时还增加了锻件的冲击韧性，因此，本发明的奥氏体不锈钢锻件具有良好的力学性能，其中实施例5的奥氏体不锈钢锻件的力学性能最佳。

本发明的奥氏体不锈钢锻件晶粒细化的方法，通过锻造工艺、降低终锻造温度和热处理实现了晶粒的进一步细化，产品不容易产生裂纹，产品报废率低了38％，同时减少了二次加热等工艺流程，缩短了工序，降低了生产成本，提高了生产效率。