不锈钢材料的热处理工艺

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 一、马氏体型不锈钢热处理

     马氏体型不锈钢有良好的热处理性能，通过热处理可获得各种所需的强度硬度等机械性能，可调整范围极大。主要采用退火，淬火和回火等热处理工艺。

(1)退火

   马氏体型不锈钢退火目的是为了软化组织，便于加工和成型。在进行退火处理时，为了防止变形，加热速度不宜太快，通常的加热速度为150~200℃/h，保温时间按材料的厚度或直径计算(约每25mm保温1h)。有完全退火和低温退火二种。完全退火时，加热温度为800~900℃，冷却速度应尽量小，一般要低于20°C/h。低温退火时，加热温度为750°C左右，般进行连续的空冷。

(2) 淬火

   马氏体型不锈钢淬火目的是提高强度和硬度等。是将不锈钢加热到相变温度以上，一般为1000~1100°C，通常加热速度为150~200C/h。保温时间按材料的厚度或直径计算，约每25mm保温1h。然后在淬火剂中速冷。

(3) 回火

   马氏体型不锈钢回火目的是为了提高韧性、消除内应力。是将不锈钢加热到相变温度以下，加热速度通常为150~200°C/h，保温时间按材料的厚度或直径计算 (约25mm保温1h) ，然后采用空冷。国产马氏体不锈钢的淬火和回火规范见下表。

                            国产马氏体不锈钢的这火和回火规范

    实际上马氏体不锈钢的热处理与结构钢相同。例如:用在高强结构零件时需进行调质处理;用在弹簧元件要进行淬火和中温回火等处理。

 二、铁素体型不锈钢热处理

    铁素体不锈钢最主要钢种是Cr17钢由于含铬量增加到17%左右，加热时没有a-v转变，而始终保持铁素体单相状态，这类不锈钢不能利用马氏体相变来强化，即不能进行淬火一回火处理。因此强度低，塑性比较好。有时为了消除加工应力，软化组织和消除晶间的腐蚀倾向，亦可进行适当的退火处理。一般加热温度为750 ~800°C，保温时间为1~2h，或按厚度1.5min/mm计算保温时间，冷却方式为空冷。常用铁素体不锈钢退火规范见下表。

                      常用铁素体不锈钢退火规范

      0Cr13由于含有部分马氏体组织，因此可进行部分淬火强化处理，一般采用淬火后高温回火，其处理工艺与1Cr13相同。

三、奥氏体型不锈钢热处理

     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。

    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，添加其它合金元素，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一般为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°C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。

    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)固溶热处理

   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o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8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。

   固溶处理可使不锈钢的抗腐蚀性有很大的改善，消除加工硬化，降低硬度等。主要处理工艺为将钢加热到1050~1150C，保温时间按材料厚度或直径计算 (约每25mm保温1h) ，冷却多采用水淬。常用国产奥氏体不锈钢的固溶热处理工艺规范见下表：

常用国产奥氏体不锈钢的固溶热处理工艺规范

(2)稳定化热处理

    稳定化热处理一般安排在固溶处理后进行，常用于含钵、的18-8钢。含钵、的奥氏体不锈钢进行稳定化热处理，其目的是为了最大限度地发挥抗晶间腐蚀的效能。由于铬的碳化物完全溶解，而钵等的碳化物不完全溶解，且在冷却过程中充分析出，使碳不可能形成铬的碳化物，因此有效地消除晶间腐蚀的产生。主要处理工艺一般安排在固溶处理后，将钢加热到850~950°C，进行充分的保温，保温时间按厚度或直径 (约每25mm保温2h)保温后采用空冷或炉冷。不含钵或锯的钢号不能进行稳定化处理，否则其效果适得其反。

(3) 消除应力热处理

  奥氏体型不锈钢进行消除应力热处理的目的是: 

 Ⅰ、在不改变材料塑性的前提下，提高材料的层服强度和疲劳强度。

 Ⅱ、消除内应力可能引起的应力腐蚀倾向。主要处理工艺为: 对于目的Ⅰ，可在较低温度下，(300 ~350°C)加热保温1~2h后空冷。对于目的 Ⅱ，加热温度必须在800°C以上保温后快冷。而含钵或昵的钢种则在保温后采用缓慢冷却。

(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。对一些特殊使用场合，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。各类不锈钢按工作要求选择热处理方法见下表。

        各类不锈钢按工作要求选择热处理方法

(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，影响尺寸的稳定性。

    为减小应力，可采用去应力处理。一般是加热到280~400°C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。

(6)奥氏体不锈钢热处理应注意的一些问题

     首先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。

   其次应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，强碳化物形成元素钵与更多的碳结合成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。

    第三，稳定化处理加热温度不宜过高，一般是选择在850~930°C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，结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。

  总之，由于使用场所和使用环境的不同，加之对不锈钢提出的性能要求各异，与之相适应的热处理工艺也是多种多样的。要提高不锈钢质量和使用的可靠性，合理采用热处理方法是非常重要的。