高性能奥氏体不锈钢的热处理——固溶退火

奥氏体不锈钢不能通过热处理硬化。对这些合金进行热处理的目的是去除冷加工硬化效应，再次溶解有害的二次相，将残余应力降低到可接受的水平。热处理还可以使冷加工后的不锈钢产生晶粒度更小的再结晶组织。

固溶退火可以软化冷加工后的材料，溶解热加工或焊接过程中可能析出的二次相。术语 “完全退火” 通常指的是材料处于最佳冶金状态，二次相完全溶解，金相组织完全均质化。完全退火态的不锈钢，耐腐蚀性能和延展性最好。由于固溶退火是在高温下进行，空气环境下退火会在表面产生氧化皮，必须通过除鳞或酸洗去除氧化皮，恢复表面的耐腐蚀性能。

准备

退火前，必须要去除表面的油脂，油，切削液，成型润滑剂，彩笔标记和其它污染物。退火可使污染物“燃烧”嵌入表面，必须进行修磨，否则很难去除。含碳污染物渗入表面会产生碳化或敏化，使用过程中易产生晶间腐蚀。因此，热处理前的表面清理对保证产品质量至关重要。清理方法有浸泡或喷洒化学试剂。不锈钢脱脂用的清洗剂包括热碱性溶液和化学溶剂。

必须避免铅、铜、锌等低熔点金属污染表面。退火时它们会造成晶界渗透，导致所谓的液体金属脆化和晶间开裂。因此，在退火和焊接等高温处理前，必须把表面残留的这些污染物清理干净。

在任何热处理之前，表面脱脂是必不可少的清洁步骤 ©Sandvik

温度

最低退火温度是指组织均质化和溶解碳化物和金属间析出物的最低温度。为了确保析出物完全溶解并恢复耐腐蚀性，退火温度必须高于此温度。退火温度的上限以无翘曲、避免晶粒过度生长和尽量把难以清理的氧化皮数量降至最低为基准。下表列出了一些奥氏体不锈钢的最低退火温度。高性能奥氏体不锈钢需要在高温下对显微组织进行均质化，所以它们的固溶退火温度高于标准奥氏体不锈钢。

ASTM A480规定的几种奥氏体不锈钢的热处理温度

退火时间

在固溶退火温度保持2-3分钟足以溶解少量的碳化物和其它二次相，也可以使冷成形材料软化。固溶退火时，为了确保工件从外到内全部达到固溶退火温度，保温时间通常是2-3分钟/毫米厚度。如果析出物量大，特别是有χ和σ相时，需要延长保温时间。

固溶退火时间过长或温度太高都会产生大量氧化皮，清理难而且成本高。长时间的退火还会增加热处理过程中尺寸变形不合格的可能性。高钼高性能奥氏体不锈钢在自然通风炉内迅速形成氧化皮。三氧化钼通常会挥发，以气体形式离开表面。如果挥发受到抑制， 液态三氧化钼就会累积在表面， 使氧化过程加速。这就是所说的 “剧烈氧化”。最大限度减少高钼钢氧化的措施有：

·  避免产生抑止挥发的条件(装填太紧密，炉子密封过严)；

·  不能对氧化皮严重的材料进行重新退火；

·  避免长时间暴露在高于最低退火温度的环境；

·  使用可操作的最低退火温度；

·  使用保护气氛。

不锈钢部件批量热处理 ©Fondinox

气氛

空气和氧化性燃烧气体形成了最为经济而且效果很好的不锈钢退火气氛。不过，空气退火产生的氧化皮必须去除，以恢复耐腐蚀性。氩气，氦气，氢气，裂解氨气，氢/氮混合气体等保护性气氛，以及真空，可减少氧化皮形成，但成本较高。光亮退火一般是在露点为-40°C或更低的氢气或裂解氨气中进行。正常操作情况下，保护气氛退火不会产生肉眼可见的氧化皮，所以退火后无需清理。

冷却

为了防止碳化铬或其它金属间相的析出，奥氏体不锈钢可能需要在退火后进行快速冷却。是否需要进行快速冷却和选择何种冷却方式取决于断面尺寸和牌号。

在绝大多数情况下，薄断面的304L和316L经过空气冷却不会析出有害相。随着断面尺寸,碳含量和合金含量的增加,进行快速冷却的必要性也随之增加。高性能奥氏体不锈钢不论薄厚都需要进行快速冷却。常用的冷却方法有强制空气冷却，喷水冷却或水淬冷却。真空退火后，进行惰性气体淬火不会产生氧化皮。

如果退火后的材料还要继续进行热加工如焊接，那么退火后最好进行最大程度的冷却如水淬。这样可以使材料更好地抵御接下来的热周期所产生的不良影响。在选择冷却方法时，应考虑可能发生的变形和新的残余应力。

锻件在固溶退火炉出口水淬 ©Officine Ambrogio Melesi

退火后清理

由于热处理氧化皮富含铬，所以紧挨氧化皮的金属的铬含量减少，耐腐蚀性能降低。要完全恢复耐腐蚀性，必须要去除氧化皮和贫铬金属层。

最常用的清理方法是喷丸去除氧化皮，然后通过酸洗清除贫铬金属。酸洗不锈钢最常用的方法是浸没式酸洗，也可利用喷淋，凝胶和软膏进行酸洗。

酸洗用的酸液非常有害，必须按照安全规程使用 (通风，佩戴护目镜和手套，穿安全服等)。酸洗后的工件必须用大量清洁的低氯水进行中和彻底漂洗。按照当地危险废物管理规定单独收集和处理废液。