奥氏体不锈钢热处理工艺不可忽视的几大问题

奥氏体不锈钢在不锈钢中一直扮演着最重要的角色, 其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%。由于奥氏体不锈钢具有优良的性能和特点, 使其越来越受到重视和应用, 特别是在核电设备的制造生产中,更是被应用于制造重要、关键的零部件。

一、奥氏体不锈钢的特点

奥氏体不锈钢最基本的合金元素是铬和镍,代表性的牌号是含铬为18%左右、含镍为8% 左右的铬- 镍奥氏体不锈钢。铬和镍的元素配比基本上保证了钢的组织是稳定的奥氏体。奥氏体不锈钢的发展很快,为了适应不同条件的需要, 在18-8钢的基础上, 改变被的含量或添加其他合金元素, 赋予了这类不锈钢更优良的性能。

奥氏体不锈钢的组织结构决定了其力学性能的特点是强度较低而塑性和韧性较高。在我国不锈钢标准中,给定的奥氏体不锈钢抗拉强度—般为480～520N/mm2;个别的还有400N/mm2。按标准, 奥氏体不锈钢锻材、轧材没给出冲击试验值, 实际上, 奥氏体不锈钢固溶化热处理后的冲击功可达120J或更高。奥氏体不锈钢的力学性能不能通过热处理进行调整。

18-8型奥氏体不锈钢对氧化性介质, 如大气、稀硝酸或中等浓度的硝酸、浓硫酸是耐腐蚀的, 在氢氧化钠和氢氧化钾的溶液中, 在相当宽的浓度和温度范围内有较好的耐腐蚀性。而在还原性介质, 如盐酸、亚硫酸中不耐腐蚀, 在浓硝酸中也不耐腐蚀。此外,奥氏体不锈钢加热后在850℃～

400℃区间缓慢冷却时,铬的碳化物会从晶界析出, 使晶界处产生局部贫铬区, 从而产生晶间腐蚀。奥氏体不锈钢的抗晶间腐蚀能力与含碳呈有关,含碳量越低, 抗晶间腐蚀能力越强。奥氏体不锈钢对应力腐蚀开裂敏感。钢中的含镍量对提高耐应力腐蚀开裂有重要的作用。

二、奥氏体不锈钢的热处理工艺

依据化学成分、热处理目的的不同,奥氏体不锈钢常采用的热处理方式有固溶化处理、稳定化退火处理、消除应力处理以及敏化处理等。

1、固溶化处理

奥氏体不锈钢固溶化处理就是将钢加热到过剩相充分溶解到固溶体中的某一温度, 保持一定时间之后快速冷却的工艺方法。奥氏体不锈钢固溶化热处理的目的是要把在以前各加工工序中产生或析出的合

金碳化物,如(FeCr)23C6等以及σ相重新溶解到奥氏体中,获取单一的奥氏体组织(有的可能存在少量的δ铁素体),以保证材料有良好的机械性能和耐腐蚀性能, 充分地消除应力和冷作硬化现象。固溶化处理适合任何成分和牌号的奥氏体不锈钢。

2、稳定化退火

稳定化退火是对含稳定化元素钛或铌的奥氏体不锈钢采用的热处理方法。采用这种方法的目的是利用钛、铌与碳的强结合特性, 稳定碳, 使其尽量不与铬结合, 最终达到稳定铬的目的, 提高铬在奥氏体中的稳定性, 避免从晶界析出, 确保材料的耐腐蚀性。

奥氏体不锈钢稳定化处理的冷却方式和冷却速度对稳定化效果没有多大影响, 所以, 为了防止形状复杂工件的变形或为保证工件的应力最小, 可采用较小的冷却速度, 如空冷或炉冷。

3、消除应力处理

确定奥氏体不锈钢消除应力处理工艺方法, 应根据材质类型、使用环境、消除应力目的及工件形状尺寸等情况, 注意掌握一些原则。

去除加工过程中产生的应力或去除加工后的残留应力。可采用固溶化处理加热温度并快冷,I类、II类奥氏体不锈钢可采用较缓慢的冷却入式。为保证工件最终尺寸的稳定性。可采用低的加热温度和缓慢的冷却速度。为消除很大的残留应力。消除在工作环境中可能产生新应力的工件的残余应力或为消除大截面焊接件的焊接应力, 应采用因溶化加热温度,III类奥氏体不锈钢必须快冷。这种情况最好选用I类或II类奥氏体不锈钢,加热后缓慢冷却,消除应力的效果更好。为消除只能采用局部加热方式工件的残留应力。应采取低温度加热并缓慢冷却的方式。

4、敏化处理

敏化处理实际上不属于奥氏体不锈钢或其制品在生产制造过程中应该采用的热处理方法。而是作为在检验奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力进行试验时所采用的一个程序。

敏化处理实质上是使奥氏体不锈钢对晶间腐蚀更敏感化的处理。对—些特殊使用场合, 为更严格地考核材料的抗晶间腐蚀能力,在某些标准中,对奥氏体尽锈钠的敏化制度规定得更为苛刻, 依据工件将来使用的温度及材料的含碳里以及是否含钳元素等因素而采用不同的敏化制度。有的还对敏化处理的升、降温速度加以控制。所以, 在判定奥氏体不锈钢晶间腐蚀倾向性大小时, 应注意采用的敏化制度。

5、奥氏体不锈钢的冷加工强化及去应力处理

奥氏体不锈钢不能用热处理方法强化, 但可以通过冷加工变形得以强化( 冷作硬化、形变强化),会使强度提高、塑性下降。奥氏体不锈钢或制品(弹簧,螺栓等)经冷加工变形强化后, 存在较大的加工应力, 这种应力的存在导致在应力腐蚀环境中使用时, 增加了应力腐蚀的敏感性, 影响尺小的稳定性。为减小应力, 可采用去应力处理。

—般是加热到280℃～400℃保持2h～3h后空冷或缓冷。去应力处理不仅可减少制件的应力, 还会在延伸率无大改变的情况下, 使硬度强度及弹性极限得到提高。

三、钢热处理应特别注意的几个问题

1）要注意奥氏体不锈钢固溶化处理加热温度的合理选择, 在奥氏体不锈钠的材料标准中, 规定的固溶化加热温度范围较宽, 实际热处理生产时, 可考虑钢的具体成分、含量、使用环境、可能失效形式等因素, 合理地选择最佳加热温度。但是, 要注意防止因溶化加热温度太高, 因为固溶化处理加热温度太高, 可能使经过锻轧已经细化晶粒的材料晶粒长大。晶粒的粗化会引起一些不良后果。

2）注意稳定化处理对固溶状态性能的影响, 含稳定化元素的奥氏体不锈钢, 固溶化热处理后再经稳定化处理时, 会使机械性能有下降的趋势。强度和塑性、韧性均有这个现象。强度下降的原因,可能是稳定化处理时,强碳化物形成元素钛与更多的碳结合成TiC,减少了碳在奥氏体固溶体中的强化程度, 并且,TiC在加热保温过程中也会集聚长大,这也会对强度产生影响。

3）稳定化处理加热温度不宜过高,一般是选择在850℃～ 930℃之间。奥氏体不锈钢不宜多次进行固溶化处理, 因为多次固溶加热, 会引起晶粒长大，给材料性能带来不利影响。同时,加工过程中要注意污染,一旦受到污染, 应采取消除污染措施。

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