阅读说明：本技术 一种超高强度和塑性304不锈钢的制备方法 (Preparation method of ultrahigh-strength and plastic 304 stainless steel ) 是由 喇培清 李正宁 郑月红 毛宇奇 盛捷 朱敏 占发琦 石玉 卜哲涵 杨江仁 杜明宸 于 2020-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明属于304不锈钢的制备技术领域。为了获得具备高强度和塑性的304不锈钢,本发明提出了一种制备超高强度和塑性304不锈钢的方法。该超高强度和塑性304不锈钢的制备方法,具体包括以下步骤：步骤S1,秤取反应原料；反应原料包括Fe<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>粉末、Al粉末、Cr粉末、Si粉末、Mn粉末、Ni粉末以及C粉末；步骤S2,对反应原料进行混合处理,并对混合后的反应原料进行加压处理,获得坯体；步骤S3,进行铝热反应,制备304不锈钢铸锭。步骤S4,对获得的304不锈钢铸锭进行轧制量为50％的轧制和温度为700℃、时间为0.5～2h的退火处理,得到超高强度和塑性的304不锈钢。采用本发明的方法不仅可以制备获得超高强度和塑性的304不锈钢,而且可以降低制造成本,提高生产效率。(The invention belongs to the technical field of preparation of 304 stainless steel. In order to obtain 304 stainless steel with high strength and plasticity, the invention provides a method for preparing the ultrahigh-strength and plastic 304 stainless steel. The preparation method of the ultrahigh-strength and plastic 304 stainless steel specifically comprises the following steps: step S1, weighing reaction raw materials; the reaction raw material comprises Fe 2 O 3 Powder, Al powder, Cr powder, Si powder, Mn powder, Ni powder, and C powder; step S2, mixing the reaction raw materials, and pressurizing the mixed reaction raw materials to obtain a blank; and step S3, carrying out aluminothermic reaction to prepare 304 stainless steel ingot. And step S4, rolling the obtained 304 stainless steel ingot at a rolling amount of 50% and annealing at 700 ℃ for 0.5-2 h to obtain the ultrahigh-strength and plastic 304 stainless steel. The method of the invention not only can prepare the 304 stainless steel with ultrahigh strength and plasticity, but also can reduce the manufacturing cost and improve the production efficiency.)

一种超高强度和塑性304不锈钢的制备方法

技术领域

本发明属于304不锈钢的制备技术领域，具体涉及一种超高强度和塑性304不锈钢的制备方法。

背景技术

304不锈钢是一种非常重要的耐蚀性工程材料，同时由于Cr和Ni元素的存在，使得304不锈钢在室温下微观组织组成为奥氏体，因此兼具了良好地塑性。但是，304不锈钢相对较低的强度限制了其在重要结构上的应用，不过通过冷变形可以获得马氏体组织，增加缺陷数量，从而大幅度提高其强度，由此，近年来304不锈钢的低温变形在低温交通材料、液化天然气、低温技术、海洋技术、食品加工等领域受到广泛关注。

然而，304不锈钢在低温甚至零度以下变形时，在奥氏体组织中发生大量的应变诱导马氏体、孪晶、堆垛层错和高密度的位错产生由此获得高强度，但同时由此也损失了塑性，使其塑性大幅度降低，反而又限制了其在塑性要求环境的应用和推广，无法保证304不锈钢强度和塑性的兼具性能。

发明内容

为了获得同时具备高强度和塑性的304不锈钢，本发明提出了一种具备超高强度和塑性304不锈钢的方法，其具体制备过程包括以下步骤：

步骤S1，秤取反应原料；按质量百分比计，反应原料包括Fe₂O₃粉末64～65％、Al粉末20～21％、Cr粉末10～12％、Si粉末0.5～0.7％、Mn粉末1.1～1.3％、Ni粉末5～6％以及C粉末0.04～0.06％；

步骤S2，对反应原料进行混合处理,并对混合后的反应原料进行加压处理，获得圆饼状坯体；

步骤S3，首先将坯体放入燃烧合成反应釜内，并在坯体上表面放置引燃剂；接着向反应釜内充入0.5MPa氩气并开始加热，待反应釜内温度加热至200℃时，对反应釜进行气体排放；然后再次向反应釜内充入4MPa氩气并继续加热，待反应釜内温度加热至260℃时，在反应釜内发生铝热反应；最后待铝热反应完成并冷却至室温后，获得304不锈钢铸锭；

步骤S4，对获得的304不锈钢铸锭进行轧制和退火处理，获得超高强度和塑性304不锈钢；其中，轧制变形量为50％，退火温度为700℃，退火时间为0.5～2h。

优选的，在所述步骤S4中，对步骤S3中获得的304不锈钢铸锭进行退火时间为1h。

优选的，在所述步骤S2中，首先借助QM-1SP4行星式球磨机对反应原料进行混合处理，其中，将球磨机的转速设定为150r/min，将球料比设定为2：1，进行8h的混合，并且每隔2h改变球磨机的转向，保证反应原料的均匀混合，然后将混合均匀的反应物料放置在Y32-100t液压机上，压制成圆饼状坯体。

优选的，在所述步骤S2中，采用15MPa～45MPa的压力对反应原料进行坯体压制。

优选的，在所述步骤S4中，选用二辊热冷轧机进行轧制，并且轧辊转速为17r/min，轧制速度为0.2～0.6m/s，每次轧制的压下量为5％。

优选的，在所述步骤S4中，首先对所述步骤S3中获得的304不锈钢铸锭进行上下表面的打磨光滑处理，然后再进行轧制处理。

在本发明的方法中，通过选用成本低廉的Fe₂O₃粉末、Al粉末、Cr粉末、Si粉末、Mn粉末、Ni粉末以及C粉末，并且通过低成本、低能耗的铝热反应制备获得304不锈钢铸锭，再经过对304不锈钢铸锭依次进行轧制量为50％的轧制处理以及退火温度为700℃、退火时间为0.5～2h的退火处理后获得具备超高强度和塑性的304不锈钢。这样，不仅可以通过低成本、低能耗的方法制备获得304不锈钢，降低了制备超高强度和塑性304不锈钢的成本，提高了制备304不锈钢的效率，而且获得了具备超高强度和塑性的304不锈钢，满足其在不同领域的推广和应用。

附图说明

图1为实施例1中制备超高强度和塑性304不锈钢的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。

实施例1

结合图1所示，制备超高强度和塑性304不锈钢的具体过程如下：

步骤S1，秤取反应原料。按质量百分比计，反应原料包括Fe₂O₃粉末64.103％、Al粉末20.6％、Cr粉末11％、Si粉末0.6％、Mn粉末1.2％、Ni粉末5.5％以及C粉末0.05％。

步骤S2，对反应原料进行混合处理,并对混合后的反应原料进行加压处理，获得圆饼状坯体。

在本实施例中，首先借助QM-1SP4行星式球磨机对反应原料进行混合处理。其中，将球磨机的转速设定为150r/min，将球料比设定为2：1，进行8h的混合，并且每隔2h改变球磨机的转向，保证反应原料的均匀混合。然后将混合均匀的反应物料放置在Y32-100t液压机上，并且在15～45MPa的压力作用下，在模具中将反应原料压制成直径为80mm、高度约15～20mm圆饼状坯体。

步骤S3，进行铝热反应制备获得304不锈钢铸锭。

首先，将坯体放入燃烧合成反应釜内，并在坯体上表面放置3g的薄片状引燃剂。接着，向反应釜内充入0.5MPa氩气并开始加热，待反应釜内温度加热至200℃时，对反应釜内的气体进行排放。然后，再次向反应釜内充入4MPa氩气并继续加热，待反应釜内温度加热至260℃时，引燃剂被点燃，反应物料与引燃剂接触瞬间也达到燃烧温度，发生铝热反应。最后，待反应釜内的铝热反应完成并冷却至室温后，即可获得304不锈钢铸锭。

步骤S4，对获得的304不锈钢铸锭进行轧制和退火处理，获得编号为304-50％-700℃-1h的304不锈钢试样。

其中，轧制过程中，选用二辊热冷轧机进行轧制，并且轧辊转速为17r/min，轧制速度为0.2～0.6m/s，每次轧制的压下量为5％，最终达到50％的累积轧制变形量。退火处理中，采用SX-4-10箱式热处理炉，退火温度设定为700℃，退火时间为1h。

优选的，在对步骤S3中获得的304不锈钢铸锭进行机械处理前，预先对其进行上下表面的打磨光滑处理，清除其表面的杂质，保证后续机械处理的有效性。与此同时，还可以通过线切割的方式将整块圆柱形的试样铸锭切割为长条状结构，以便于后续进行轧制处理的操作以及对轧制变形量的准确控制。

实施例2

采用与实施例1相同的方法进行304不锈钢的制备，其区别仅在于，在步骤S4中，对步骤S3中获得的304不锈钢铸锭进行退火时间为0.5h，获得编号为304-50％-700℃-0.5h的304不锈钢试样。

实施例3

采用与实施例1相同的方法进行304不锈钢的制备，其区别仅在于，在步骤S4中，对步骤S3中获得的304不锈钢铸锭进行退火处理的时间为2h，获得编号为304-50％-700℃-2h的304不锈钢试样。

对比例1

采用与实施例1相同的方法进行304不锈钢的制备，其区别仅在于，对步骤S3中获得的304不锈钢铸锭直接进行表面打磨处理，获得编号为304-0-0-0的304不锈钢试样。

对比例2

采用与实施例1相同的方法进行304不锈钢的制备，其区别仅在于，在步骤S4中，对步骤S3中获得的304不锈钢铸锭只进行轧制变形量为30％的处理，获得编号为304-30％-0-0的304不锈钢试样。

对比例3

采用与实施例1相同的方法进行304不锈钢的制备，其区别仅在于，在步骤S4中，对步骤S3中获得的304不锈钢铸锭只进行轧制变形量为50％的处理，获得编号为304-50％-0-0的304不锈钢试样。

对比例4

采用与实施例1相同的方法进行304不锈钢的制备，其区别仅在于，在步骤S4中，对步骤S3中获得的304不锈钢铸锭只进行轧制变形量为70％的处理，获得编号为304-70％-0-0的304不锈钢试样。

接下来，在室温环境中，对实施例1至实施例3以及对比例1至对比例4中获得304不锈钢分别进行力学性能分析，包括屈服强度、抗拉强度、延伸率和硬度，获得如表1所示数据。

表1

根据表1中对比例1所获得的304不锈钢的性能可知，通过采用铝热反应制备获得的304不锈钢铸锭具有了10％左右的延伸率，同时与对比例2至对比例4的比对可知，通过对铸锭态304不锈钢进行轧制处理可以改善其屈服强度、抗拉强度和硬度，但是其延伸率开始降低，而且强度和延伸率的变化与轧制量的变化呈非线性关系，因此通过轧制处理可以提升304不锈钢的强度，但塑性性能会严重降低。

根据表1所示，相较于对比例3，在采用实施例1至实施例3的方法制备304不锈钢过程中，通过对轧制处理后的304不锈钢再次进行700℃的退火处理，不仅可以维持304不锈钢的高强度，而且可以使其延伸率得到大幅度改善和提升，获得高强度和高延伸率的效果。其中，当将退火处理的时间控制在1h时，不仅可以将屈服强度提升至1000MPa以上、抗拉强度提升至840MPa以上和硬度维持在350HV以上，而且可以使304不锈钢的延伸率达到27.3％，获得了304不锈钢在强度和塑性方面的最佳综合性能。