[发明专利]一种304型亚稳奥氏体不锈钢组织结构调控方法

说明书

本发明公开一种304型亚稳奥氏体不锈钢组织结构调控方法。首先对不锈钢进行中低温拉伸预变形处理，以不同变形量向退火态亚稳奥氏体不锈钢组织内引入位错、层错、变形带等形变缺陷；进一步利用中温等温工艺消除不锈钢组织内的残余应力；最后利用磁场与深冷环境的耦合作用对不锈钢进行磁场作用下的深冷处理，向亚稳奥氏体不锈钢组织内引入有效含量的马氏体，从而实现对304型亚稳奥氏体不锈钢组织结构的调控。

技术领域

本发明属于亚稳奥氏体不锈钢生产技术领域，特别涉及一种304型亚稳奥氏体不锈钢显微组织结构的调控方法。

背景技术

304型亚稳奥氏体不锈钢具有易加工、耐腐蚀和抗氧化等优点，被广泛应用于餐具、船舰、轨道交通等制造领域。在304型亚稳奥氏体不锈钢设计过程中，为保证其具有良好的耐蚀及抗氧化性，采用了高合金设计理念，组织中添加了大量的Cr、Ni等合金元素，致使其室温组织为稳定的单相奥氏体。此结果导致304型亚稳奥氏体不锈钢具有较低的屈服强度，使其无法应用于工业生产领域的高强构件。因此，如何提高304型亚稳奥氏体不锈钢的屈服强度成为其发展的一个难题。

目前，钢铁材料屈服强度提升的方法主要有细晶强化、相变强化和位错强化。针对304型亚稳奥氏体不锈钢，细晶强化的实现只能利用大压下变形结合低温退火处理工艺，利用形变诱发马氏体的逆相变或形变亚结构的再结晶实现原始组织的细化，该工艺对设备要求高、损耗大，具有很高的生产成本。

位错强化的实现是通过大变形引入位错，利用其加工硬化提升材料的屈服强度，然而，由于该工艺下材料组织中存在大量位错缺陷，使其塑韧性及加工硬化性能变差，同时降低了304型亚稳奥氏体不锈钢的耐蚀性。

相变强化是通过向钢铁材料组织中引入强化相马氏体提高其屈服强度的一个重要方法，该方法具有成本低、强度提升效果好等优点。然而，304型亚稳奥氏体不锈钢组织中存在大量稳定奥氏体合金元素，使其室温组织为稳定的奥氏体，即使在深冷条件下也很难引入马氏体。因此，如何向304型亚稳奥氏体不锈钢中引入强化相马氏体是利用马氏体相变强化提高其屈服强度的一个难题。

对于上述难题，发明人在先前工作中已提出可采用室温预变形的工艺手段向奥氏体组织内引入滑移带缺陷，利用滑移带作为马氏体相变的形核质点，激发变温马氏体相变，成功地向奥氏体不锈钢中引入了马氏体。但是，实际结果显示，奥氏体不锈钢经过上述工艺处理，组织中最多只能引入体积分数为10%左右的马氏体。马氏体的引入量与滑移带的引入量并未呈现线性关系。此事实揭示上述工艺不足以向奥氏体不锈钢中引入更多含量的马氏体，这制约了奥氏体不锈钢屈服强度的进一步提高。因此，如何向304型亚稳奥氏体不锈钢中引入更多含量（10%甚至15%以上）的马氏体成为利用相变强化提高该钢种屈服强度面临的难题。

发明内容

本发明针对现有304型亚稳奥氏体不锈钢中马氏体引入工艺（室温预变形+深冷处理）存在的不足：形核质点类型单一、组织中存在残余应力和相变驱动力单一，提出通过在预变形之前增加中低温保温处理增加奥氏体不锈钢的塑性变形能力，及在预变形之后增加中温等温处理消除组织中内应力的方法改善马氏体板条的长大条件。此外，为了增加形核质点的种类，设计了不同温度的预变形工艺，以引入更多类型马氏体相变形核质点（位错、层错、滑移带等），改善马氏体板条的形核条件。进一步，为了增大马氏体相变的驱动力，本发明提出利用磁场和温度场耦合作用机制（磁场+深冷处理）为马氏体相变提供相变驱动力，促进马氏体转变。此外，为了向组织中引入更多的马氏体，在深冷处理阶段设计了长时间的等温处理，利用形变引入形核质点的变温马氏体相变和等温马氏体相变的共同作用，提高奥氏体不锈钢中的最终马氏体含量，使其获得奥氏体+马氏体的双相组织，进而利用马氏体相变强化提高304型亚稳奥氏体不锈钢的屈服强度。

本发明的技术目的通过下述方案予以实现。

为了达到上述目的，本发明是通过如下手段得以实现的：

本发明第一方面提供了一种304型亚稳奥氏体不锈钢组织结构调控方法，包括步骤如下：