一種改善高硼不銹鋼熱加工性能以及室溫塑性的方法與流程

本發明屬于冶金材料技術領域，特別涉及一種改善高硼不銹鋼熱加工性能以及室溫塑性的方法。

背景技術：

硼元素具有良好的中子吸收能力，其吸收中子之后，只產生約0.5Mev的軟γ光子和很容易被吸收的α粒子；硼添加到不銹鋼中可得到乏燃料貯存格架及運輸容器用的功能材料，能有效保證核燃料深度處于次臨界安全閥度，確保乏燃料存貯、運輸的安全性，保障相關作業人員的安全。

硼在γ-Fe中的固溶度很小，1000℃時僅為33 ppm，往鋼中添加過量的硼，會導致大量含有硬脆性硼化物的共晶組織沿著基體晶界析出，惡化不銹鋼的熱加工性能；硼含量越高，鋼中大塊共晶硼化物的含量越多，其熱加工性會更差，采用常規熱軋工藝進行制備，變形過程中會發生嚴重的邊裂，而且高硼不銹鋼板強度高，塑性低，其再加工及成型性能很差。

目前制備高硼不銹鋼的主要方法是粉末冶金法，其主要制備步驟為：使用氬氣保護氣霧法制取不銹鋼粉末后進行燒結成型，之后再進行熱/冷加工得到高硼不銹鋼板；但是粉末冶金法制備高硼不銹鋼的燒結過程一般采用熱等靜壓處理，使得整個制備的工藝流程周期較長，制備成本較為高昂。

技術實現要素：

針對現有高硼不銹鋼在熱軋過程中因其熱加工性能差所導致的嚴重邊裂的問題，本發明提供一種改善高硼不銹鋼熱加工性能以及室溫塑性的方法，通過焊接的方式將奧氏體不銹鋼板覆在高硼不銹鋼方坯的上、下面，熱軋過程中奧氏體不銹鋼層能有效抑制高硼不銹鋼層邊部裂紋的產生和擴展，得到的高硼不銹鋼復合熱軋板僅發生輕微邊裂。

實現本發明目的的技術方案按照以下步驟進行：

1、冶煉鋼水，通過模鑄的方式得到高硼不銹鋼鑄錠，其化學成分按質量百分比為Cr 17.0~19.5%，Ni 12.0~15.0%，Mn 1.5~2.0%，B 1.75~2.25%，C＜0.08%，其余為Fe和不可避免的雜質元素；

2、使用鋸床、銑床及磨床對高硼不銹鋼鑄錠進行切割及表面精加工，得到表面平整光亮，粗糙度Ra＜0.8um的高硼不銹鋼方坯；

3、使用鋸床、銑床及磨床對奧氏體不銹鋼板進行切割及表面精加工，得到表面平整光亮，粗糙度Ra＜0.8um的奧氏體不銹鋼板，且其長度和寬度尺寸與高硼不銹鋼方坯相同；其中奧氏體不銹鋼板的化學成分按質量百分比為Cr 17.0~19.5%，Ni 12.0~15.0%，Mn 1.5~2.0%，C＜0.08%，其余為Fe和不可避免的雜質元素；

4、使用丙酮、酒精試劑對高硼不銹鋼方坯和奧氏體不銹鋼板的表面進行清洗，除去污染物；

5、將清洗后的兩塊厚度相同的奧氏體不銹鋼板分別置于高硼不銹鋼方坯的上、下面并對齊，每塊奧氏體不銹鋼板的厚度與高硼不銹鋼方坯的厚度之比為1/10~1/2，然后在壓力P＜5.0Pa的真空條件下沿坯料接觸面四周進行焊接，形成不間斷焊縫，得到復合坯料；

6、將復合坯料放入加熱爐隨爐升溫至1130~1150℃，并保溫20~60min，然后進行4~10道次熱軋，熱軋開軋溫度為1100~1120℃，終軋溫度為900~1000℃，每道次熱軋的壓下率為10~30%，總壓下率為80~98%，得到的復合熱軋板的厚度為2.5~6.0mm；

7、將復合熱軋進行固溶處理，固溶處理溫度為1000~1100℃，保護氣氛為氬氣，保溫時間為10~60 min，冷卻方式為水淬，得到高硼不銹鋼復合板。

上述的高硼不銹鋼復合板室溫拉伸的延伸率為13.0~16.0%。

與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是：

本發明與粉末冶金法制備高硼不銹鋼工藝相比，具有工藝流程短、工序少，能顯著降低生產能耗和成本的優點；與傳統熱軋流程相比，熱軋過程中僅發生輕微邊裂，復合板的奧氏體不銹鋼層與高硼不銹鋼層結合良好，結合界面無裂紋，大幅提高成材率和生產效率；所制備的不銹鋼復合板的室溫塑性優良，室溫延伸率明顯提高。

在本發明中，為了保證奧氏體不銹鋼板和高硼不銹鋼方坯在后續的熱軋變形過程中能有效結合起來，使用銑床、磨床對其進行表面精加工，保證表面平整光亮無氧化鐵皮，表面粗糙度Ra＜0.8um，之后再使用丙酮及酒精溶液對接觸面進行清洗，除去表面的污染物，保證相應的接觸面的平整度和潔凈度；同時為了防止加熱及熱軋過程復合板坯料的結合界面的發生氧化，在壓力P＜5.0Pa的真空條件下沿坯料接觸面四周進行焊接，形成不間斷焊縫；高硼不銹鋼方坯和奧氏體不銹鋼板的厚度比以及熱軋的壓下率控制會影響高硼不銹鋼的邊裂程度，為了減輕高硼不銹鋼復合板在熱軋過程的邊裂程度，每塊奧氏體不銹鋼板厚度與高硼不銹鋼方坯的厚度之比為1/10~1/2，高硼不銹鋼復合板的力學性能與奧氏體不銹鋼包覆層和高硼不銹鋼芯層間的結合界面的結合強度有關，結合強度的提高有助于改善其室溫延伸率，故將高硼不銹鋼復合熱軋板進行固溶處理，得到最終的高硼不銹鋼復合板。

本發明的方法生產流程短、生產成本低，通過焊接的方式將奧氏體不銹鋼板覆在高硼不銹鋼方坯的上、下面，熱軋過程中奧氏體不銹鋼層能有效抑制高硼不銹鋼層邊部裂紋的產生和擴展，得到的高硼不銹鋼復合熱軋板僅發生輕微邊裂；而且，在室溫拉伸過程中奧氏體不銹鋼層對高硼不銹鋼層有幾何約束的作用，可有效延緩高硼不銹鋼層發生塑性失穩，所以，最終得到的高硼不銹鋼復合板具有較為優良的室溫塑性。

附圖說明

圖1為本發明的改善高硼不銹鋼熱加工性能以及室溫塑性的方法流程示意圖；

圖中：1、奧氏體不銹鋼板，2、高硼不銹鋼方坯，3、焊縫，4、復合坯料，5、熱軋機；

圖2為本發明實施例1所制備的高硼不銹鋼復合熱軋板（a）與對比例1所制備的熱軋板（b）的外觀照片圖；

圖3為本發明實施例1的高硼不銹鋼復合板的顯微組織，其中左側部分為高硼不銹鋼層，右側部分為奧氏體不銹鋼層。

具體實施方式

本發明的工藝過程如圖1所示。

本發明實施例中觀測顯微組織采用JEOL JXA-8530F型電子探針。

下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1

冶煉鋼水，通過模鑄的方式得到高硼不銹鋼鑄錠，其化學成分按質量百分比為Cr 18.5%，Ni 13.9%，Mn 1.81%，B 2.11%，C 0.05%，其余為Fe和不可避免的雜質元素；

使用鋸床、銑床及磨床對高硼不銹鋼鑄錠進行切割及表面精加工，得到表面平整光亮，粗糙度Ra＜0.8um的高硼不銹鋼方坯；

使用鋸床、銑床及磨床對奧氏體不銹鋼板進行切割及表面精加工，得到表面平整光亮，粗糙度Ra＜0.8um的奧氏體不銹鋼板，且其長度和寬度尺寸與高硼不銹鋼方坯相同；其中奧氏體不銹鋼板的化學成分按質量百分比為Cr 18.3%，Ni 13.9%，Mn 1.81%，C 0.05%，其余為Fe和不可避免的雜質元素；

使用丙酮、酒精試劑對高硼不銹鋼方坯和奧氏體不銹鋼板的表面進行清洗，除去污染物；

將清洗后的兩塊厚度相同的奧氏體不銹鋼板分別置于高硼不銹鋼方坯的上、下面并對齊，每塊奧氏體不銹鋼板的厚度與高硼不銹鋼方坯的厚度之比為1/5，然后在壓力P＜5.0Pa的真空條件下沿坯料接觸面四周進行焊接，形成不間斷焊縫，得到復合坯料；

將復合坯料放入加熱爐隨爐升溫至1130℃，并保溫60min，然后進行7道次熱軋，熱軋開軋溫度為1100℃，終軋溫度為950℃，每道次熱軋的壓下率為10~30%，總壓下率為90%，得到的復合熱軋板的厚度為3.3mm，熱軋過程中高硼不銹鋼僅發生輕微邊裂，結果如圖2（a）所示，復合板的奧氏體不銹鋼層與高硼不銹鋼層結合良好，結合界面無裂紋，結果如圖3所示；

將復合熱軋進行固溶處理，固溶處理溫度為1000℃，保護氣氛為氬氣，保溫時間為60 min，冷卻方式為水淬，得到高硼不銹鋼復合板，室溫拉伸的延伸率為15.5%。

實施例2

方法同實施例1，不同點在于：

（1）高硼不銹鋼鑄錠的化學成分按質量百分比為Cr 17.0%，Ni 15.0%，Mn 1.5%，B 2.25%，C 0.07%，其余為Fe和不可避免的雜質元素；

（2）奧氏體不銹鋼板的化學成分按質量百分比為Cr 17.0%，Ni 15.0%，Mn 1.5%，C 0.07%，其余為Fe和不可避免的雜質元素；

（3）每塊奧氏體不銹鋼板的厚度與高硼不銹鋼方坯的厚度之比為1/2，然后在壓力P＜5.0Pa的真空條件下沿坯料接觸面四周進行焊接，形成不間斷焊縫，得到復合坯料；

（4）將復合坯料放入加熱爐隨爐升溫至1150℃，并保溫20min，然后進行10道次熱軋，熱軋開軋溫度為1120℃，終軋溫度為900℃，每道次熱軋的壓下率為10~30%，總壓下率為98%，得到的復合熱軋板的厚度為2.5mm，熱軋過程中高硼不銹鋼僅發生輕微邊裂；

（5）將復合熱軋進行固溶處理，固溶處理溫度為1100℃，保護氣氛為氬氣，保溫時間為10min，冷卻方式為水淬，得到高硼不銹鋼復合板，室溫拉伸的延伸率為16.0%。

實施例3

方法同實施例1，不同點在于：

（1）高硼不銹鋼鑄錠的化學成分按質量百分比為Cr 19.5%，Ni 12.0%，Mn 2.0%，B 1.75%，C 0.04%，其余為Fe和不可避免的雜質元素；

（2）奧氏體不銹鋼板的化學成分按質量百分比為Cr 19.5%，Ni 12.0%，Mn 2.0%，C 0.04%，其余為Fe和不可避免的雜質元素；

（3）每塊奧氏體不銹鋼板的厚度與高硼不銹鋼方坯的厚度之比為1/10，然后在壓力P＜5.0Pa的真空條件下沿坯料接觸面四周進行焊接，形成不間斷焊縫，得到復合坯料；

（4）將復合坯料放入加熱爐隨爐升溫至1140℃，并保溫40min，然后進行5道次熱軋，熱軋開軋溫度為1150℃，終軋溫度為1000℃，每道次熱軋的壓下率為10~30%，總壓下率為80%，得到的復合熱軋板的厚度為6.0mm，熱軋過程中高硼不銹鋼僅發生輕微邊裂；

（5）將復合熱軋進行固溶處理，固溶處理溫度為1050℃，保護氣氛為氬氣，保溫時間為30 min，冷卻方式為水淬，得到高硼不銹鋼復合板，室溫拉伸的延伸率為13.0%。

對比例1

方法同實施例1，不同點在于：

不使用奧氏體不銹鋼板與高硼不銹鋼方坯焊接，直接對高硼不銹鋼方坯進行熱軋和固溶處理，高硼不銹鋼在熱軋過程發生嚴重邊裂，結果如圖2（b）所示，獲得的高硼不銹鋼板室溫拉伸的延伸率為6.5%。

對比例2

方法同實施例1，不同點在于：

每塊奧氏體不銹鋼板的厚度與高硼不銹鋼方坯的厚度之比為1/12；

將復合坯料放入加熱爐隨爐升溫加熱至1100℃，并保溫30min；

熱軋開軋溫度為1050℃，軋制7個道次，每道次熱軋的壓下率為10~30%，總壓下率為92.8%，終軋溫度為920℃，得到厚度為5mm的高硼不銹鋼復合熱軋板；發生嚴重邊裂；

固溶處理溫度為980℃，保護氣氛為氬氣，保溫時間為50min，冷卻方式為水淬，高硼不銹鋼成品板的室溫拉伸延伸率僅為8%。