一种提高316LN奥氏体不锈钢力学性能的方法

摘要

本发明公开了一种提高316LN奥氏体不锈钢力学性能的方法，属于不锈钢制备领域，该方法通过将厚度为40～60mm的316LN奥氏体不锈钢坯料热轧至4～5mm厚的板材，再通过冷轧—退火工艺处理，制备了屈服强度为450～600MPa，抗拉强度为1020～1220MPa，延伸率大于50％的316LN奥氏体不锈钢，通过本方法，解决了现有技术中316LN奥氏体不锈钢屈服强度不足的问题。本发明方法易于操作，便于实现工业化生产。

说明书

技术领域

本发明涉及不锈钢的制备，具体地指一种提高316LN奥氏体不锈钢力学性能的方法。

背景技术

大多数不锈钢的使用要求长期保持建筑物的原有外貌，在污染严重的工业区和沿海地区，表面会非常脏，甚至产生锈蚀，但要保证户外环境的审美效果，需采用含镍不锈钢，奥氏体不锈钢是一类应用广泛的不锈钢种，占整个不锈钢用量的70％。316LN奥氏体不锈钢是一种十分优良的材料，它具有极好的低温性能、很强的抗腐蚀能力、较好的塑性和延展性、抗拉强度很大，因此广泛应用于低温技术、海洋工程、生物化工和其他行业。但是现有的316LN奥氏体不锈钢屈服强度很低，约为250～400MPa，在结构件中使用受到很大的限制。随着人类社会的高速发展，对316LN奥氏体不锈钢屈服强度性能提出更高要求，成为高强高塑性奥氏体不锈钢发展动力之一。

在强化措施中，常用的固溶强化作用已达到极致。很多强化方法不能兼顾强度与塑性，往往是强度提高了，塑性却显著下降。而细化晶粒不仅能大幅度地提高强度，还能保持塑性基本不变或小幅度下降，因此可以利用细化晶粒方法来提高强度。

近年来，研究已经表明应变诱导马氏体结合退火工艺是一种细化奥氏体不锈钢晶粒的有效方法。冷变形使奥氏体转变成应变马氏体，随后退火使马氏体回复再结晶得到纳米晶/超细晶奥氏体，这种方法已经获得了极好强度和塑性匹配的奥氏体不锈钢。这种高屈服强度的纳米晶/超细晶奥氏体不锈钢通过细晶强化获得优良的屈服强度和形变过程中相变诱导塑性(TRIP)效应或者孪晶诱发塑性(TWIP)效应得到极好的塑性，表现出极 好的性能优势。

现有的细化晶粒的方法，往往受制于设备及苛刻的工艺条件，使得细晶/超细晶316LN奥氏体不锈钢的生产与制备十分困难，大大影响了后期的使用效果。等径角挤压法可以有效获取纳米晶或超细晶，但是该方法仅限于强度低、延展性好的材料。

发明内容

本发明的目的是针对现有316LN奥氏体不锈钢晶粒粗大导致屈服强度过低的问题，提供了一种提高316LN奥氏体不锈钢力学性能的方法，通过本方法能够获得屈服强度为450～600MPa，抗拉强度为1020～1220MPa，延伸率大于50％的316LN奥氏体不锈钢，且本发明方法操作简单，容易实现工业化生产。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种提高316LN奥氏体不锈钢力学性能的方法，所使用的316LN奥氏体不锈钢的化学成分(质量％)为：C≤0.05，Si≤0.5，Mn≤1.5，Cr16.0～20.0，Ni7.0～11.0，S≤0.03，P≤0.045，Mo0.01～2.0，N≤0.001，其余为Fe及不可避免杂质。

具体步骤如下：

(1)热轧

将上述组分的316LN奥氏体不锈钢钢锭锻造成厚度为40～60mm的坯料，将坯料随炉加热至1180～1250℃并保温1～5h，随后轧成4～5mm厚的热轧板，开轧温度和终轧温度分别为1170～1220℃和1070～1120℃，热轧结束后以25～35℃/s的冷却速率水冷至120～170℃，再空冷至室温。

(2)对热轧板进行冷轧-退火处理

在室温下用冷轧机对热轧板进行冷轧，冷轧后进行退火处理，将加热炉的炉温升至700～1000℃后将轧制的板材放入保温1～1000s，随后迅速冷却至室温。

特别的，上述退火过程所使用的加热炉为热处理用箱式电阻炉。

通过上述操作，得到该不锈钢的屈服强度为450～600MPa，抗拉强度为 1020～1220MPa，延伸率大于50％。

本发明具有显著的优点：

1)本发明采用冷轧—退火工艺，晶粒细化效果显著，能够将316LN奥氏体不锈钢的晶粒尺寸细化至4～4.5μm。

2)本发明所述的冷轧是在室温下进行，而目前国内外利用冷轧—退火工艺制备纳米级奥氏体不锈钢，冷轧大多是低温或者是超低温进行。本发明更易于工业化生产。

3)本发明所述的退火是在电阻式加热炉中进行，更加接近实际生产情况。

附图说明

图1为经过实施例处理后316LN奥氏体不锈钢的工程应力—工程应变曲线图。

图2为实施例中用钢经过冷轧-退火工艺处理后的EBSD图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

首先，本实施例采用如下的设备：热轧机为φ450热轧机、冷轧机为φ325×400mm四辊直拉式可逆冷轧机、退火用加热炉为热处理用箱式电阻炉。

本发明方法的具体操作如下：

取316LN奥氏体不锈钢的成分(wt.％)如下：C为0.04，Si为0.34，Mn为1.15，Cr为18.06，Ni为8.33，S为0.03，P为0.04，Mo为0.051，N为0.0008，其余为Fe及不可避免杂质。

用热轧机将上述组分的316LN奥氏体不锈钢钢锭锻造成厚度为45～50mm的坯料，将坯料随炉加热至1200～1220℃并保温2.5～3h，随后轧成4mm厚的热轧板，开轧温度和终轧温度分别为1185～1205℃和1085～1100℃，热轧结束后以30℃/s的冷却速率水冷至138～142℃，再空冷至室温。

随后对热轧板在冷轧机上进行冷轧—退火处理：

在室温下用冷轧机对热轧板进行冷轧，冷轧后通过加热炉进行退火处理，将加热炉的炉温升至900℃后将轧制的板材放入保温300s，随后迅速冷却至室温。其组织中马氏体完全转变为奥氏体，不同于冷变形过程中形成的板条状形态结构，奥氏体晶粒几乎是等轴型。

经过本实施例方法处理后316LN奥氏体不锈钢的工程应力—工程应变曲线图如图1所示，处理后的316LN奥氏体不锈钢屈服强度明显提高，抗拉强度也显著提高。图2为实施例中用钢经过冷轧-退火工艺处理后的EBSD图，处理后的316LN奥氏体不锈钢的晶粒明显细化，晶粒尺寸4～4.5μm。

对实验钢进行力学性能实验，本实施例得到该不锈钢的屈服强度为487.4MPa，抗拉强度为1050.5MPa，延伸率为58.0％。