一种提高亚稳奥氏体不锈钢形状记忆效应的方法

摘要

本发明公开了一种提高亚稳奥氏体不锈钢形状记忆效应的方法，属奥氏体不锈钢领域。本发明针对亚稳奥氏体不锈钢形状记忆效应差的现有问题，而提供一种提高亚稳奥氏体不锈钢形状记忆效应的方法。方法的具体步骤如下：（1）将亚稳奥氏体不锈钢在1000℃~1300℃固溶处理10分钟~2小时；（2）将经上述固溶处理的亚稳奥氏体不锈钢在-196℃至形变诱发α′马氏体转变的最高温度Md间拉伸或轧制变形5%~30%，随后在400℃~800℃退火处理5分钟~1小时，将上述变形后再退火处理的过程循环1至5次；所述方法处理后的亚稳奥氏体不锈钢的奥氏体基体中存在α′马氏体。本发明能显著提高亚稳奥氏体不锈钢的形状记忆效应。

说明书

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢，具体涉及一种提高亚稳奥氏体不锈钢形状记忆效应的方法。

背景技术

亚稳奥氏体不锈钢是指经固溶处理后室温下为单相奥氏体组织，而经变形或者冷却产生α′马氏体和ε马氏体的不锈钢。目前，亚稳奥氏体不锈钢以AISI304、AISI301和AISI201为代表。1971年，Enami等发现AISI304亚稳奥氏体不锈钢具有明显的形状记忆效应（K. Enami, S. Nenno and Y. Minato. Scripta metallurgica, 1971, 5: 663）。虽然未经特殊处理的亚稳奥氏体不锈钢的形状记忆效应显著低于不锈奥氏体Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形状记忆合金，但是亚稳奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，尤其是耐酸性能显著优于Fe-Mn-Si-Cr-Ni系形状记忆合金。由于亚稳奥氏体不锈钢工业化生产已非常成熟，如果我们能显著提高其形状记忆效应，这将不仅使其成为一类具备应用潜力的形状记忆合金，而且进一步拓展其应用范围。因此，如何提高亚稳奥氏体不锈钢的形状记忆效应是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明正是针对亚稳奥氏体不锈钢形状记忆效应差的现有问题，而提供一种提高亚稳奥氏体不锈钢形状记忆效应的方法。

该方法的具体步骤如下：

（1）将亚稳奥氏体不锈钢在1000℃~1300℃固溶处理10分钟~2小时；

（2）将经上述固溶处理的亚稳奥氏体不锈钢在-196℃至形变诱发α′马氏体转变的最高温度M_d间拉伸或轧制变形5%~30%，随后在400℃~800℃退火处理5分钟~1小时，将上述变形后再退火处理的过程循环1至5次。

本发明所述方法处理后的亚稳奥氏体不锈钢的奥氏体基体中存在α′马氏体。亚稳奥氏体不锈钢的形状记忆效应源于变形时奥氏体转变为ε马氏体，以及加热后ε马氏体逆转变为奥氏体（K. Enami, S. Nenno and Y. Minato. Transactions of the Japan Institute of Metals, 1977, 18: 435）。因此，为了获得好的形状记忆效应，变形应尽量由ε马氏体转变来承担，避免或减少全位错滑移导致的不可恢复的塑性变形。经综合分析目前的研究结果以及我们的研究结果，我们认为亚稳奥氏体不锈钢形状记忆效应差的主要原因是奥氏体屈服强度低，变形时位错滑移与ε马氏体转变同时发生，导致不可恢复的塑性变形的产生。据此，如果要提高亚稳奥氏体不锈钢的形状记忆效应就必须提高奥氏体基体的强度。亚稳奥氏体不锈钢经本发明所述方法处理后将在其奥氏体基体上引入α′马氏体。而α′马氏体能显著强化奥氏体基体，抑制变形时不可恢复的塑性变形的产生。因此，本发明能显著提高亚稳奥氏体不锈钢的形状记忆效应。

形变诱发α′马氏体转变的最高温度M_d常用于判断变形时亚稳奥氏体不锈钢发生α′马氏体转变所需的变形温度。当变形温度高于M_d时，亚稳奥氏体不锈钢变形时不发生形变诱发α′马氏体转变，此时亚稳奥氏体不锈钢的奥氏体基体上将没有α′马氏体引入。当变形温度低于M_d时，亚稳奥氏体不锈钢变形时将发生形变诱发α′马氏体转变，此时亚稳奥氏体不锈钢的奥氏体基体上将有α′马氏体引入。如前所述，本发明是通过引入α′马氏体强化亚稳奥氏体不锈钢的奥氏体基体，进而显著提高亚稳奥氏体不锈钢的形状记忆效应。此外，工业上常见的最低变形温度为-196℃（液氮温度）。因此，为了能满足工业上大规模生产的要求，同时能在亚稳奥氏体不锈钢的奥氏体基体上引入α′马氏体，亚稳奥氏体不锈钢的形变诱发α′马氏体转变的最高温度M_d应高于-196℃。而形变诱发α′马氏体转变的最高温度M_d与亚稳奥氏体不锈钢的合金成分有关。目前，亚稳奥氏体不锈钢含有Fe、Cr和Ni元素，并包含Mn、Si、Cu、Mo、Al、Ti、V、Nb、C和N元素中一种或多种，亚稳奥氏体不锈钢中各元素的重量百分比含量为：Cr 15~20%，Ni 0~10.5%，Mn 0~13%，Si 0~6%，Cu 0~5%，Mo 0~5%，Al 0~1%，Ti 0~0.5%，V 0~0.5%，Nb 0~0.5%，C 0~0.2%，N 0~0.4%，余为Fe和不可避免的杂质。目前可以采用公式M_d=580-520C-2Si-16Mn-16Cr-23Ni-300N-26Cu-10Mo计算亚稳奥氏体不锈钢的M_d。所以，亚稳奥氏体不锈钢的各元素重量百分比含量应满足按公式M_d=580-520C-2Si-16Mn-16Cr-23Ni-300N-26Cu-10Mo计算得到的形变诱发α′马氏体转变的最高温度M_d大于-196℃。

为了让亚稳奥氏体不锈钢获得最佳的形状记忆效应，本发明的步骤（1）中所述亚稳奥氏体不锈钢最好在1050℃~1200℃固溶处理30分钟~1小时；步骤（2）中最好将经固溶处理的亚稳奥氏体不锈钢在-196℃至形变诱发α′马氏体转变的最高温度M_d间拉伸或轧制变形10%~20%，随后在500℃~700℃退火处理15分钟~1小时，将上述变形后再退火处理的过程循环1至2次。

本发明具有如下优点：能显著提高亚稳奥氏体不锈钢的形状记忆效应，使其成为一类具备应用潜力的形状记忆合金，从而进一步拓展其应用范围。

附图说明

图1 实施例5的金相照片（a）和X-Ray衍射谱（b）。说明经本发明处理后AISI304亚稳奥氏体不锈钢的奥氏体基体中存在α′马氏体。

图2 实施例23的金相照片（a）和X-Ray衍射谱（b）。说明经本发明处理后AISI304亚稳奥氏体不锈钢的奥氏体基体中存在α′马氏体。

具体实施方式

下面给出实施例，以对本发明作进一步说明。

实施例1~18。

商用AISI304不锈钢板材经化验其各元素的重量百分比含量如下：Cr 18.12%，Ni 8.16%，Mn 1.51%，Si 0.53%，Cu 0.04%，V 0.11%，C 0.04%，余为Fe和不可避免的杂质。经公式M_d=580-520C-2Si-16Mn-16Cr-23Ni-300N-26Cu-10Mo计算得到其形变诱发α′马氏体转变的最高温度M_d等于55.34℃，高于-196℃，因此该合金的拉伸变形温度范围为-196℃~55.34℃。具体处理过程如下：先将板材进行固溶处理，然后分别在不同温度拉伸变形不同变形量，接着进行退火处理，将上述拉伸变形加退火的过程循环1至5次。采用弯曲变形的方法测试材料的形状记忆效应：先将试样在液氮下变形2%，然后再在600℃加热回复5分钟。具体处理工艺参数和形状记忆效应的测量结果见表1。为了比较本发明的效果，表1也给出了仅经过固溶处理的AISI304亚稳奥氏体不锈钢板材的形状记忆效应。表1中的数据清楚地表明：本发明能显著提高AISI304亚稳奥氏体不锈钢的形状记忆效应。

为了验证经本发明处理后的AISI304亚稳奥氏体不锈钢的奥氏体基体中存在α′马氏体，采用金相法和XRD表征了实施例5的微观组织。图1中的（a）和（b）分别为实施例5的金相照片和X-Ray衍射谱。从图中可以看出，实施例5的奥氏体基体上存在α′马氏体。

表1 实施例1~18的形状记忆效应。

实施例19~27。

锻造态商用AISI304不锈钢经化验其各元素的重量百分比含量如下：Cr 18.63%，Ni 8.77%，Mn 1.46%，Si 0.46%，Cu 0.05%，V 0.12%，C 0.05%，余为Fe和不可避免的杂质。经公式M_d=580-520C-2Si-16Mn-16Cr-23Ni-300N-26Cu-10Mo计算得到其形变诱发α′马氏体转变的最高温度M_d等于28.63℃，高于-196℃，因此该合金的轧制变形温度范围为-196℃~28.63℃。具体处理过程如下：先将合金进行固溶处理，然后在20℃轧制变形不同变形量，接着进行退火处理，上述轧制变形加退火的过程循环1至2次。采用弯曲变形的方法测试材料的形状记忆效应：先将试样在液氮下变形2%，然后再在600℃加热回复5分钟。具体处理工艺参数和形状记忆效应的测量结果见表2。为了比较本发明的效果，表2也给出了仅经过固溶处理的锻造态AISI304亚稳奥氏体不锈钢的形状记忆效应。表2中的数据清楚地表明：本发明能显著提高AISI304亚稳奥氏体不锈钢的形状记忆效应。

 为了验证经本发明处理后的AISI304亚稳奥氏体不锈钢的奥氏体基体中存在α′马氏体，采用金相法和XRD表征了实施例23的微观组织。图2中的（a）和（b）分别为实施例23的金相照片和X-Ray衍射谱。从图中可以看出，实施例23的奥氏体基体上存在α′马氏体。

表2 实施例19~27的形状记忆效应。