一种细化316LN奥氏体不锈钢晶粒的热变形工艺

摘要

本发明提供了一种细化316LN奥氏体不锈钢晶粒的热变形工艺，属于热加工工艺领域。本发明将316LN奥氏体不锈钢固溶处理，在1050-1100℃温度下控制变形速率和变形量，利用动态再结晶的原理，材料变形完毕后即可获得均匀细小的动态再结晶晶粒。本发明优点是控制简单、通过变形温度、变形速率和变形量的控制，达到了奥氏体均匀再结晶的目的，同时解决了晶粒异常长大的问题，缩短了工艺流程，能大幅度提高316LN钢晶粒细化的效率。热变形后奥氏体平均晶粒尺寸约11μm，晶粒度≥9.5级。

说明书

技术领域

本发明属于热加工工艺领域，特别是提供了一种细化316LN奥氏体不锈钢 晶粒的热变形工艺。

背景技术

核电是一种技术成熟的清洁能源，与火电相比，核电不排放二氧化硫、烟尘、 氮氧化物和二氧化碳。以核电替代部分煤电，是电力工业减排污染物的有效途径， 也是减缓地球温室效应的重要措施。第三代AP1000是目前世界上最先进的在建 商用核电站，主冷却剂管道是核岛内七大关键设备之一，被称为核电站“主动脉”。 作为主管道的制造材料，316LN奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀、韧性和高温力 学性能。但316LN奥氏体不锈钢柱状晶发达，晶粒粗大，会恶化材料的性能。 细化晶粒能够显著提高钢铁材料的综合性能，发挥其更大的工程价值。由于 316LN奥氏体不锈钢属于单相奥氏体结构，没有相变，无法通过热处理改变其组 织，因此细化316LN奥氏体不锈钢晶粒的难度较大。通常细化单相奥氏体钢晶 粒有两种方法：一种是采用冷变形加再结晶退火，该方法主要利用静态再结晶对 晶粒进行细化，缺点是低温变形时材料变形抗力较大，容易造成单相奥氏体钢的 开裂。同时，再结晶退火过程中材料内外温差不易控制，导致再结晶晶粒尺寸不 均匀。再者，整个工艺过程复杂，工序时间长，不利于节约；另一种是在再结晶 温度区间进行热变形，热变形过程中发生再结晶形核和晶核长大。该方法利用动 态再结晶对晶粒进行细化。316LN奥氏体不锈钢的层错能低，热变形时容易发生 动态再结晶，利用这种方法细化晶粒的工艺较简单，但由于热变形过程中的温度、 变形速率、变形量对材料动态再结晶的进行影响很大，变形后容易形成未完全再 结晶的“项链组织”或完全再结晶后晶粒发生长大所致的晶粒粗大现象，不易形 成细小、均匀分布的晶粒组织，因此利用这种方法细化晶粒也存在许多难点。

目前未看到利用热变形工艺细化316LN不锈钢晶粒的专利和公开报道，细 化其它奥氏体不锈钢晶粒的专利采用的方法大多是材料经冷轧或热轧后进行若 干时间的保温。这类工艺工序时间长。为此，研究一种细化316LN奥氏体不锈 钢晶粒的热变形工艺，为我国第三代AP1000核电站主管道的质量提升和批量化 生产提供技术支撑，是目前急需解决的技术问题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种细化316LN奥氏体不锈钢晶粒的热变形工艺， 通过变形温度、变形速率和变形量的控制，达到了奥氏体均匀再结晶的目的，同 时解决了晶粒异常长大的问题。利用该工艺使316LN奥氏体不锈钢原本粗大的 晶粒变得细小而均匀。奥氏体平均晶粒尺寸约11μm，奥氏体晶粒度≥9.5级。本 发明的优点是控制简单、工序步骤短，能大幅度提高316LN钢晶粒细化的效率。

一种细化316LN奥氏体不锈钢晶粒的热变形工艺，其特征在于：

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 60-120秒。材料内外温度均匀后以5℃/s的速率冷却至1050-1100℃，保温5-10 min后以0.005-0.05s^-1的变形速率进行热压缩。这个过程的温度维持恒定，变形 量达到0.7-0.8时取出材料水淬，可获得再结晶充分、细小均匀的奥氏体组织。

所述固溶处理是将316LN奥氏体不锈钢置于1100-1200℃的电阻炉中，保 温0.5-2小时后水淬，得到组织均匀、粗大的奥氏体晶粒。所述保温时间根据材 料厚度确定，每毫米对应2-3分钟保温时间。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

1.通过变形温度、变形速率和变形量的控制，达到了奥氏体均匀再结晶的 目的，同时解决了晶粒异常长大的问题。

2.热变形完成时即完成了晶粒的细化过程，减少了二次加热等工艺流程， 缩短了工序，提高了生产效率。

3.热变形温度高，降低了奥氏体钢的变形抗力，有利于变形的进行，避免 了材料的开裂。

4.奥氏体钢再结晶过程中的温度始终保持在1050-1100℃，避免了因大幅度 降温和升温造成的内外温差，防止了再结晶组织的不均匀。

附图说明

图1是未经细化处理的316LN奥氏体不锈钢金相组织。晶粒粗大且不均匀， 平均晶粒尺寸约147μm。

图2是热变形过程中的金相组织。

图3是热变形完成时的金相组织。

具体实施方式

实施例1

将厚度为30mm的316LN奥氏体不锈钢放入1100℃的电阻炉中，保温1小 时后水淬，得到组织均匀、粗大的奥氏体晶粒。然后将材料切成Φ8mm×12mm 的圆柱体试样。将试样放入Gleeble-1500D热模拟实验机中，以10℃/s速率加热 到1200℃保温60s，再以5℃/s冷速降至1100℃保温5min后以0.01的变形速率 压缩至0.7的变形量。期间温度保持不变，变形完毕后水淬。试样热变形过程中 的金相组织如图2所示，热变形完成后的金相组织如图3所示。细化处理后，晶 粒细小均匀，平均晶粒尺寸约10.5μm。

实施例2

将厚度为50mm的316LN奥氏体不锈钢放入1150℃的电阻炉中，保温2小 时后水淬，得到组织均匀、粗大的奥氏体晶粒。然后将材料切成Φ8mm×12mm 的圆柱体试样。将试样放入Gleeble-1500D热模拟实验机中，以10℃/s速率加热 到1200℃保温90s，再以5℃/s冷速降至1080℃保温7min后以0.03的变形速率 压缩至0.8的变形量。期间温度保持不变，变形完毕后水淬。细化处理后，晶粒 细小均匀，平均晶粒尺寸约11.2μm。

实施例3

将316LN奥氏体不锈钢放入1200℃的电阻炉中，保温1.5小时后水淬，得 到组织均匀、粗大的奥氏体晶粒。然后将材料切成Φ8mm×12mm的圆柱体试样。 将试样放入Gleeble-1500D热模拟实验机中，以10℃/s速率加热到1200℃保温 115s，再以5℃/s冷速降至1050℃保温10min后以0.008的变形速率缓慢压缩至 0.7的变形量。期间温度保持不变，变形完毕后水淬。细化处理后，晶粒细小均 匀，平均晶粒尺寸约10.7μm。