【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于不锈钢异构材料生产，特别涉及一种等轴状大尺寸晶粒包裹小尺寸晶粒组织结构的奥氏体不锈钢及其制备方法。
技术介绍
1、奥氏体不锈钢是钢铁结构材料的重要组成部分，其以高塑性、易成形、耐腐蚀等性能特点，被广泛应用于石油化工、核电、航空航天等各工业领域。304不锈钢是奥氏体不锈钢的典型代表，其常以退火态粗晶组织供货，这导致其屈服强度较低，平均晶粒尺寸为20～80μm的304不锈钢，屈服强度仅为100～200mpa。随着我国海洋强国战略的提出，构件设计对结构轻量化及服役安全性提出了更高要求。不锈钢过低的屈服强度已不能满足高强构件的使用要求，这严重制约了奥氏体不锈钢的发展。因此，提高奥氏体不锈钢的屈服强度成为了其发展需要解决的难题。
2、异构组织以其优异的性能成为了钢铁结构材料研究人员关注的热点之一。异构材料借助组织中的背应力改善材料的强塑料，是提升材料性能的新方法。粗大晶粒尺寸的奥氏体不锈钢具有低屈服强度的原因是由于其在外力加载过程中，位错运动容易进行，且位错在运动过程中受到阻碍的障碍物较少。等轴态奥氏体之间的界面为大角度晶界，其能有效阻挡位错的运动。对此，大小晶粒尺寸异构材料，可利用小晶粒的晶界及晶粒的占位阻挡位错运动。
3、基于以上分析可知，若在大晶粒奥氏体内引入小晶粒尺寸的奥氏体，既可以利用异构组织中的背应力提升奥氏体不锈钢的抗拉强度，也可以利用小晶粒的晶界等作为有效障碍物阻挡位错运动，以提升奥氏体不锈钢的屈服强度，该设计可成为改善奥氏体不锈钢强度的方法。
技术实现思路
1、本专利技术针对粗晶奥氏体不锈钢屈服强度低的难题，提出了一种等轴状大尺寸晶粒包裹小尺寸晶粒组织结构的奥氏体不锈钢。本专利技术的亮点在于设计了大晶粒包裹等轴奥氏体小晶粒，大跨度晶粒尺寸异构的奥氏体不锈钢。利用小晶粒的晶界及其在大晶粒内的占位来提高粗晶奥氏体不锈钢的屈服强度，实现高强塑性设计。本专利技术首先将热变形工艺完成后的奥氏体不锈钢板进行高温等温处理；然后对等温处理后的实验钢进行中温轧制小变形处理，引入温度诱发马氏体的形核质点位错胞、层错等；继而对小变形后的不锈钢进行深冷处理，使形核质点触发马氏体相变，使大晶粒尺寸的奥氏体晶粒内形成了温度诱发马氏体；接着对深冷处理后的不锈钢进行退火处理，使温度诱发马氏体以扩散机制逆相变成等轴状的细小奥氏体晶粒，最终获得大晶粒等轴奥氏体包裹小晶粒等轴奥氏体的晶粒尺寸异构的奥氏体不锈钢。
2、为了达到上述目的，本专利技术是通过如下手段得以实现的：
3、本专利技术第一方面提供了一种等轴状大尺寸晶粒包裹小尺寸晶粒组织结构的不锈钢的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)首先将完成冶炼锻造热轧的尺寸为d的不锈钢进行等温处理，所述等温处理的温度为960～1150℃，等温处理的时间为15～30*d分钟；所述d的单位为mm；
5、(2)对等温处理后的不锈钢板进行中温小变形轧制处理，所述中温小变形轧制处理的变形量为4～9％，中温小变形轧制处理的温度为150～500℃；
6、(3)将中温小变形处理后的不锈钢钢板投入到低温环境中进行深冷处理，所述深冷处理的温度为-85～-196℃，深冷处理的时间为3～40*d分钟，然后升温至室温；
7、(4)接着利用热处理炉进行退火处理，所述退火处理的温度为750～850℃，退火处理的时间为5～20*d分钟。
8、作为优选地，步骤(1)中所述不锈钢为304奥氏体不锈钢板和/或304奥氏体不锈钢筋；当所述不锈钢选自不锈钢板时，本领域技术人员能够理解步骤(1)中所述尺寸d即为不锈钢板的厚度；当所述不锈钢选自不锈钢筋时，本领域技术人员能够理解步骤(1)中所述尺寸d即为不锈钢筋的直径。
9、作为优选地，步骤(1)中所述等温处理的温度为1030℃。
10、作为优选地，步骤(1)中所述等温处理的时间为20*d分钟。
11、作为优选地，步骤(2)中所述中温小变形轧制处理的变形量为6％。
12、作为优选地，步骤(2)中所述中温小变形轧制处理的温度为250℃。
13、作为优选地，步骤(3)中所述深冷处理的温度为-120～-196℃。
14、作为优选地，步骤(3)中所述深冷处理的时间为5～10*d分钟。
15、作为优选地，步骤(4)中所述退火处理的温度为780℃。
16、作为优选地，步骤(4)中所述退火处理的时间为10*d分钟。
17、本专利技术第二方面提供了根据上述制备方法制备得到的等轴状大尺寸晶粒包裹小尺寸晶粒组织结构的不锈钢。
18、奥氏体不锈钢常以固溶处理态供货，由于固溶处理温度较高，导致室温下奥氏体不锈钢的晶粒组织粗大，使其具有较低的屈服强度和抗拉强度。屈服点是材料由弹性变形阶段向塑性变形阶段转变的临界点。对于304不锈钢，位错滑移是其主要变形机制，所以抑制位错运动能有效提高奥氏体不锈钢的屈服强度和抗拉强度。
19、等轴状奥氏体晶粒内位错开动之后，晶界可作为有效障碍，阻挡位错运动，造成位错塞积。此外，晶粒内部的第二相或者大角度晶界也是位错运动的有效障碍，也同样会阻碍位错运动。基于此，本专利技术提出可以向大晶粒奥氏体晶粒内引入小晶粒奥氏体。小晶粒奥氏体的引入，会向大晶粒奥氏体内引入大角度晶界，提供位错运动的有效障碍；同时，小晶粒奥氏体也会对大尺寸奥氏体晶粒进行分割，实现细晶强化效应，即利用引入小晶粒奥氏体的晶界及其对大晶粒的分割效应，改善大晶粒奥氏体的屈服强度。同时，异构组织引入的背应力强化效应进一步会改善奥氏体不锈钢的加工硬化性能，提高其抗拉强度。
20、本专利技术相对于现有技术具有如下有益效果：
21、(1)本专利技术提出了大晶粒等轴状奥氏体包裹小晶粒等轴状奥氏体的大跨度晶粒尺寸异质结构设计。提高了粗晶奥氏体不锈钢的屈服强度，为亚稳态奥氏体不锈钢的高性能设计提供了新思路。
22、(2)本专利技术提出了中温小变形+低温深冷处理+退火相耦合的新工艺，利用此新工艺可以制备大跨度晶粒尺寸异构的亚稳奥氏体不锈钢，为亚稳奥氏体组织结构设计提供了新方向。
23、(3)新工艺可有效提高粗晶奥氏体不锈钢的屈服强度，并保持良好的塑性，实现强塑结合的高性能设计。
24、(4)相比传统的大塑性变形工艺实现细晶强化作用，新工艺具有操作简单、能耗低、对设备能力要求低等优点，可进行大规模生产。
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1.一种等轴状大尺寸晶粒包裹小尺寸晶粒组织结构的不锈钢及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述不锈钢选自304奥氏体不锈钢板和/或304奥氏体不锈钢钢筋。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述等温处理的温度为1030℃，等温处理的时间为20*d分钟。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述中温小变形轧制的变形量为6％，中温小变形轧制的温度为250℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述深冷处理的温度为-120～-196℃，深冷处理的时间为5～10*d分钟。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的退火处理的温度为780℃，退火处理的时间为10*d分钟。
7.根据权利要求1-6任一项所述制备方法制备得到等轴状大尺寸晶粒包裹小尺寸晶粒组织结构的不锈钢。
【技术特征摘要】
1.一种等轴状大尺寸晶粒包裹小尺寸晶粒组织结构的不锈钢及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述不锈钢选自304奥氏体不锈钢板和/或304奥氏体不锈钢钢筋。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述等温处理的温度为1030℃，等温处理的时间为20*d分钟。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述中温小变...
【专利技术属性】
技术研发人员：王金亮，习小慧，余江，刘星，林佳丽，罗威，张洁梓，郑永昌，文成，胡杰珍，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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