热处理之奥氏体不锈钢

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引言

随着冶金技术的发展，各类优质不锈钢不断出现。尽管冶金行业可以不断研发优质钢种，但是需要正确的热处理才能更好的发挥不锈钢的功能。

不同钢种的不锈钢加热冷却过程中，基体组织转变不同，碳、氮化物以及金属间化合物生成转变不同，对不锈钢的性能影响不同。因此，在不锈钢热处理过程中应根据钢种和使用目的选择合适的热处理工艺。

奥氏体不锈钢热处理

1. 奥氏体不锈钢热处理目的

奥氏体不锈钢基体组织为奥氏体，在加热和冷却过程中不发生马氏体相变，没有淬硬性。

奥氏体热处理的目的是提高耐蚀性，消除第二相带来的不利影响，消除应力，或使已经加工硬化的材料得到软化。

2. 基础理论

(1)析出物生成温度

(2)合金碳化物的析出与溶解

1) 碳溶解度

304(18Cr-8Ni)，1200℃碳的溶解度0.34%，1000℃碳的溶解度0.18%。600℃碳的溶解度0.03% 。

304碳含量不大于0.08%，1000 ℃以上碳固溶于奥氏体中，由于碳原子半径小，所以温度降低时碳原子沿着晶界析出。

18Cr-8Ni

2)晶间贫铬

• 碳溶解度：温度降低，溶解度降低。
• 碳原子半径：原子半径小，溶解度降低，沿晶界析出。
• 稳定性：析出碳原子不稳定，与Cr、Fe生产稳定的Cr23C6或(FeCr)23C6 。
• 原子扩散速率 ：碳原子半径小，扩散速率较大。铬原子半径大，扩散速率较小。

(3)σ相

1）产生条件

• 620~840 ℃温区，长时间加热
• 加入铁素体形成元素，如Ti、Nd等。
• 采用形成铁素体形成元素高的焊条焊缝中。
• 以Mn、N代Ni的奥氏体中。

2）不利影响

• 降低塑性，特别是冲击韧性。
• σ相是富金属间化合物，形成时易导致晶间腐蚀，Cl-介质中点蚀。

(4)δ-铁素体

1）产生条件

• 铸造的铬-镍奥氏体不锈钢，铸态化学成分不均匀，铁素体形成元素偏聚区。
• 一些奥氏体不锈钢的焊缝组织中。

2）有利影响

• 含5-20%δ-铁素体，减少晶间腐蚀。
• 提高屈服强度。
• 在低应力条件下可降低应力腐蚀的敏感性。
• 焊接时，减少焊接热裂纹形成的可能性

3）不利影响

压力加工时易形成裂纹(两种组织变形能力不同)。

3.热处理工艺

(1) 固溶化处理

1) 固溶化处理温度：950-1150℃

2) 保温时间：比一般合金钢长20-30%。

3) 冷却：碳化物形成温度区间(450-850℃)需快冷；

冷却方式有以下原则：

• 铬含量大于22%，且镍含量较高；
• 碳含量大于0.08%；
• 碳含量不大于0.08%但有效尺寸大于3mm的不锈钢，选用水冷。
• 碳含量不大于0.08%，有效尺寸小于3mm的不锈钢，选用风冷。
• 有效尺寸小于0.5mm的薄件可空冷。

(2) 安定化处理

安定化处理是含Nd或Ti的奥氏体不锈钢采用的热处理方法。

1) 安定化处理温度：高于铬的碳化物溶解温度(450-870℃)低于或略高于TiC和NbC的溶解温度（750-1120 ℃）。一般推荐为870-950 ℃。

2) 保温时间：2-4小时(依工件形状，合金元素等）。

厚度或直径为25mm的保温时间2小时，超过的加计1小时。

3) 冷却：较小的冷却速度，如空冷或炉冷。

(3) 去应力退火

1)奥氏体不锈钢的去应力退火工艺，应根据奥氏体不锈钢的材质、使用环境、消除应力的目的及工件形状尺寸等情况选择。

2)去应力退火的目的

• 去除残余应力，降低应力腐蚀破裂。

• 保证工件最终尺寸的稳定性。

3) 应力腐蚀破坏

4) 去应力退火方法

说明：表中方法顺序为优先选择顺序

A：1010-1120℃加热保温后缓慢冷却。

B：850-900℃加热保温后缓慢冷却。

C：1010-1120℃加热保温后快速冷却。

D：480-650 ℃加热保温后缓慢冷却。

E：430-480 ℃加热保温后缓慢冷却。

F：200-480 ℃加热保温后缓慢冷却

保温时间：按每25mm，保温1-4h，较低温度时采用较长保温时间。

注：

• 在较强应力腐蚀环境工作，最好选用Ⅰ类钢A处理，或Ⅱ类钢B处理。

• 工件在制作过程中，产生敏化情况下应用。

• 如果工件在最终加工后进行C处理时，此时可采用A或B处理。

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