阅读说明：本技术 一种301l不锈钢的制备方法 (Preparation method of 301L stainless steel ) 是由 石玉 喇培清 杨理洁 王乾隆 魏孔振 安宁 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明属于301L不锈钢制备技术领域。为了获得具有更高强度和硬度的301L不锈钢,本发明公开了一种301L不锈钢的制备方法,具体包括以下步骤：步骤S1,采用铝热反应制备获得301L不锈钢铸锭；步骤S2,对步骤S1中获得的301L不锈钢铸锭进行机械处理：首先对301L不锈钢铸锭进行热轧处理且热轧压下量为65％；接着进行第一次冷轧处理,每道次压下量为0.1mm,总的冷轧压下量为30％；然后进行第二次冷轧处理,每道次压下量为0.1mm,总的冷轧压下量为23％；步骤S3,对经过机械处理的301L不锈钢样件进行退火处理,获得最终的301L不锈钢。采用本发明的方法可以获得具有高强度和高硬度的301L不锈钢,满足对301L不锈钢的更高使用要求。(The invention belongs to the technical field of 301L stainless steel preparation. In order to obtain 301L stainless steel with higher strength and hardness, the invention discloses a preparation method of the 301L stainless steel, which specifically comprises the following steps: step S1, preparing and obtaining a 301L stainless steel ingot by adopting aluminothermic reaction; step S2, the 301L stainless steel ingot obtained in step S1 is mechanically processed: firstly, carrying out hot rolling treatment on a 301L stainless steel ingot, wherein the hot rolling reduction is 65%; then, carrying out first cold rolling treatment, wherein the reduction of each pass is 0.1mm, and the total cold rolling reduction is 30%; then, carrying out secondary cold rolling treatment, wherein the reduction of each pass is 0.1mm, and the total cold rolling reduction is 23%; step S3, annealing the mechanically processed 301L stainless steel sample to obtain the final 301L stainless steel. The method can obtain the 301L stainless steel with high strength and high hardness, and meets the higher use requirement of the 301L stainless steel.)

一种301L不锈钢的制备方法

技术领域

本发明属于不锈钢制备技术领域，具体涉及一种301L不锈钢的制备方法。

背景技术

轨道车辆通常是由车体、车架、动力和传动系统以及其它多个辅助系统共同组成，其中轨道车辆车体可以根据是否承载分为非承载式车体和承载式车体，当前大多数轨道车辆采用承载式车体，因此需要具有较强的刚度和抗变形能力。

目前，轨道车辆车体结构材料主要包括耐候钢(或低合金)高强度钢、铝合金和不锈钢。其中，不锈钢和铝合金相比耐候钢具有重量轻、耐腐蚀性能更好等特性，因此，二者已占据市场的主导地位。对于沿海地区(空气潮湿且富含大量氯离子)、高原地区、耐腐蚀性能好的不锈钢车体结构在车辆运行过程中可大幅减少维护费用，具有较高的市场价值。除车速和环境对车体的要求外，与铝合金车体相比，(1)不锈钢车体具有良好的耐腐蚀性，车体结构无需涂装，减少新车制造时间和工序的同时，可减少车体后期维护和修缮的费用；(2)由于不锈钢材料的屈强比高，断裂延伸率大，导致车体的抗冲击能力好；(3)不锈钢的耐高温性比铝合金强很多，例如，当车体温度达到500℃时，铝合金车门就会因超过熔融温度而封死。与之相比，不锈钢的熔融温度为铝合金的2.6倍，这些都大大提高了不锈钢车体的安全性和使用寿命。全面考量各项因素的影响后发现，不锈钢车体是当前最为经济的城市轨道车辆车体材料，而且由于301L不锈钢材料可满足轻量化要求，因此被作为轨道车辆不锈钢车体中大多数部位的制备材料。

然而，由于目前市场上最高强度级别的301L不锈钢的硬度大约也只有200HV、屈服强度大约也只有685MPa、抗拉强度大约也只有930MPa，因此，制约了301L不锈钢在轨道车辆制备中的进一步广泛应用。

发明内容

为了获得具有更高强度和硬度的301L不锈钢，本发明提出了一种制备简单、成本低、效益高的301L不锈钢的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤S1，采用铝热反应制备获取301L不锈钢铸锭；

步骤S2，对步骤S1中获得的301L不锈钢铸锭进行机械轧制处理：

首先，对301L不锈钢铸锭进行热轧处理，其中热轧压下量为65％；

接着，在室温环境下进行第一次冷轧处理，其中每道次压下量为0.1mm，总的冷轧压下量为30％；

然后，在室温环境下进行第二次冷轧处理，其中每道次压下量为0.1mm，总的冷轧压下量为23％；

步骤S3，对步骤S2中经过机械处理的301L不锈钢样件进行退火处理，获得最终的301L不锈钢。

优选的，在所述步骤S1中，按质量百分比计，制备301L不锈钢铸锭的反应原料包括：Cr粉末12％～15％、Ni粉末3％～6％、Mn粉末2％～4％、Si₃N₄粉末0.4％～0.6％、Al粉末17％～19％，其余为Fe₂O₃粉末。

优选的，在所述步骤S1中，采用铝热反应制备获取301L不锈钢铸锭的具体步骤为：

步骤S11，对反应原料进行混合处理，并将混合后的原料压制成饼状胚体；

步骤S12，将胚体放入燃烧合成反应釜内，并将引燃剂放置于胚体表面；

步骤S13，向反应釜内充入0.5MPa～1MPa氩气，并保持5min～15min后排出气体，待反应釜内温度加热至110℃～130℃时再次排出反应釜内残余气体；

步骤S14，再次向反应釜充入氩气，使反应釜内压强上升至4MPa～6MPa，待反应釜内温度升至260℃～300℃时，在反应釜内发生铝热反应，制备获得301L不锈钢铸锭。

优选的，在所述步骤S2中，将步骤S1中获得的301L不锈钢铸锭加热至1200℃，进行热轧处理。

进一步优选的，在所述步骤S2中，进行热轧处理前，预先对步骤S1中获得的301L不锈钢铸锭进行温度为1200℃、时间为3h的固溶处理。

优选的，在所述步骤S2中，对完成热轧处理的301L不锈钢样件依次进行酸洗、退火和酸洗后，再进行第一次冷轧处理。

优选的，在所述步骤S2中，对完成第一次冷轧处理的301L不锈钢样件依次进行酸洗、退火和酸洗后，再进行第二次冷轧处理。

进一步优选的，选用体积比为30％HNO₃、3％HF和67％H₂O的溶液进行酸洗处理。

进一步优选的，在1140℃下分别对完成热轧处理的301L不锈钢样件和第一次冷轧处理的301L不锈钢样件进行退火2min处理。

优选的，在所述步骤S3中，对经过机械处理的301L不锈钢样件，进行温度为408℃，保温时间为2h的去应力退火处理。

本发明具有以下有益技术效果：

1、采用本发明的方法，首先通过低成本的铝热反应制备获得301L不锈钢铸锭，再经过特定条件下的一次热轧机械处理和两次冷轧机械处理，可以获得具有高力学性能、高经济附加值的301L不锈钢，从而解决现有技术中最高强度级别301L不锈钢强度和硬度低的问题，从而满足301L不锈钢在高强度和高硬度工况环境中的使用要求。

2、在本发明的制备过程中，通过准确控制对301L不锈钢的机械处理过程，即首先在1200℃进行热轧处理且将热轧量控制为65％，再分别进行两次冷轧处理且两次冷轧量分别控制为30％和23％，从而获得对301L不锈钢强度和硬度大幅度提升的有效效果，满足301L不锈钢对高强度和高硬度的力学性能要求。

附图说明

图1为采用实施例1的方法制备301L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，制备高强度和高硬度301L不锈钢的步骤包括：

步骤S1，采用铝热反应制备获得301L不锈钢铸锭。

在本实施例中，采用铝热反应制备301L不锈钢铸锭的具体步骤为：

步骤S11，按质量百分比计，用精度为1mg的电子天平精确称取纯度不小于99.9％的Cr：13.93％，Ni：3.98％，Mn：2.6％，Si₃N₄：0.44％，Al：18.08％，Fe₂O₃：60.97％，形成混合粉料。将称好的粉料放入QM-1SP4行星式球磨机中，以150r/min的球磨速度进行混合研磨8h，其中磨球材质为Al₂O₃，球料比为1:2。将研磨后的混合原料粉体装入不锈钢模具中，并在压力机上用40MPa的压力进行压制，形成φ85×15mm的坯体。

步骤S12，将压好的坯体放入反应釜中，并将质量为3g左右的薄片状引燃剂放在块状坯体表面。

步骤S13，向反应釜内充入0.5MPa氩气，保持5min后排出气体，并待反应釜内温度加热至120℃时再次排出反应釜内残余空气。

步骤S14，再次向反应釜内充入氩气，使反应釜内压强上升至4MPa，待反应釜内温度升至260℃左右时引燃剂引发物料间的反应，反应物料在氩气保护环境下进行燃烧合成直至反应结束，待反应产物随炉冷却至室温后手工除去铸锭周围的副产物Al₂O₃，即可获得301L不锈钢铸锭。

步骤S2，对步骤S1中获得的301L不锈钢铸锭进行机械轧制处理。

首先，将铝热反应制备获得的301L不锈钢铸锭放入电阻加热炉内，以8℃/min的速度加热升温至1200℃并且保温10min，之后对其进行热扎压处理，其中热轧压下量为65％。

在本实施例中，选用主电机功率为60KW，最大轧制力为220KN的二辊热冷轧机，对301L不锈钢铸锭进行多道次轧制处理，其中轧辊转速为15r/min，轧制速度为0.4m/min，每次压下量为0.1mm左右，直至该301L不锈钢铸锭的轧制变形量达到65％为止，从而完成对301L不锈钢铸锭的热轧处理。

优选的，预先对步骤S1中获得301L不锈钢铸锭进行温度为1200℃、时间为3h的固溶处理，并且对固溶处理的301L不锈钢铸锭进行水冷却处理后，再进行热轧处理，以改善301L不锈钢铸锭的塑性和韧性，提高热轧效果。

接着，将热轧后的301L不锈钢样件在1140℃下进行退火2min处理，待冷却至室温后，在室温环境下进行第一次冷轧处理，其中每道次压下量为0.1mm，总的冷轧压下量为30％。

优选的，在对301L不锈钢样件进行第一次冷轧前的退火处理之前，预先对完成热轧处理的301L不锈钢样件进行酸洗处理，去除热轧氧化皮等杂质，提高301L不锈钢样件的表面清洁度，保证退火处理的效果。

进一步优选的，在完成上述退火处理后，再对301L不锈钢样件进行一次水冷却和酸洗处理，清除退火过程出现在样件表面的杂质，保证后续对301L不锈钢样件冷轧处理的效果。

其中，在本实施例中，选用体积比为30％HNO₃、3％HF和67％H₂O的溶液对热轧处理后的301L不锈钢样件进行酸洗处理，以保证对样件表面氧化皮杂质的清除效果。同样，在其他实施例中，也可以选用其他溶液进行酸洗处理。

然后，将第一次冷轧后的301L不锈钢样件再次进行1140℃下退火2min处理，待冷却至室温后，在室温环境下进行第二次冷轧处理，其中每道次压下量为0.1mm，总的冷轧压下量为23％。

优选的，在本实施例中，同样选用体积比为30％HNO₃、3％HF和67％H₂O的溶液对上述退火处理后的301L不锈钢样件再次进行酸洗处理，以清除退火处理后出现在301L不锈钢样件表面的杂质。

步骤S3，对步骤S2中经过机械处理的301L不锈钢样件进行温度为408℃，保温时间为2h的去应力退火处理，获得最终的301L不锈钢。

实施例2

采用与实施例1相同的方法进行301L不锈钢试样的制备，其区别仅在于，在步骤S1中，采用铝热反应制备301L不锈钢铸锭的原料成分为Cr：14.5％，Ni：5.46％，Mn：3.7％，Si₃N₄：0.55％，Al：18.62％，Fe₂O₃：57.17％，获得相应的301L不锈钢。

对比例1

采用与实施例1相同的方法进行301L不锈钢试样的制备，其区别仅在于，在步骤S2中，在1150℃保温20min后进行热轧，并且热轧压下量为90％，随后只进行一次冷轧，且冷轧压下量为20％，获得相应的301L不锈钢。

接下来，在室温环境中，对常规的国标301L不锈钢以及实施例1、实施例2和对比例1中分别获得的301L不锈钢进行力学性能测试，包括屈服强度测试、抗拉强度测试和硬度测试。其中，硬测试中载荷为294N，加载时间为15s，获得如表1所示数据。

根据表1所示，与目前市场上最高强度级别301L不锈钢的力学性能相比较，通过实施例1和实施例2中经过一次热轧65％变形量和两次分别冷轧30％和23％变形量的机械处理获得的301L不锈钢，在延伸率略有降低的情况下，屈服强度、抗拉强度以及硬度均获得极大的改善，其中，在实施例1和实施例2中，屈服强度分别提升了54.7％和58％，抗拉强度分别提升了23.5％和37.1％，硬度分别提升了111％和112％。相较于目前市场上最高强度级别301L不锈钢，通过制备成本较低的铝热反应法和一次热轧65％变形量和两次分别冷轧30％和23％变形量的机械获得的301L不锈钢可以极大的提升和满足对屈服强度、抗拉强度和硬度有高要求的工况环境使用。

根据表1所示，对比目前市场上最高强度级别301L不锈钢、对比例1中获得的301L不锈钢以及实施例1中获得的301L不锈钢三者的力学性能，通过对比例1中经过一次热轧压90％变形量和一次冷轧20％变形量的机械处理获得的301L不锈钢，虽然相较于目前市场上最高强度级别301L不锈钢在强度和硬度方面均有所提升，但是与实施例1中获得的301L不锈钢的强度和硬度相比较，其强度和硬度性能提升有限，无法达到实施例1和实施例2中所获得301L不锈钢的力学性能。