不锈钢之热处理（下）

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马氏体不锈钢的热处理

马氏体不锈钢相对于铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢最突出的特点就是可以通过热处理方法，在很大范围内调整机械性能，以满足不同使用条件需要。不同的热处理方式对耐蚀性也有不同影响。

①马氏体不锈钢淬火后的组织状态

依据化学成分不同

· 0Cr13、1Cr13、1Cr17Ni2为马氏体+少量铁素体;

· 2Cr13、3Cr13、2Cr17Ni2基本上是马氏体组织;

· 4Cr13、9Cr18为马氏体基体上有合金碳化物;

· 0Cr13Ni4Mo、0Cr13Ni6Mo为马氏体基体上有残余奥氏体。

②马氏体不锈钢的耐蚀性与热处理

马氏体不锈钢热处理不仅可改变机械性能，对耐蚀性也有不同作用。以淬火后回火为例：淬火成马氏体后，采用低温回火，具有较高耐蚀性；采用400-550℃中温回火，耐蚀性较低；采用600-750℃高温回火，耐蚀性又有提高。

③马氏体不锈钢热处理工艺方法及作用

退火

根据要达到的目的、作用不同，可采用不同退火方式:

· 只要求降低硬度、便于加工、消除应力，可采用低温退火（有的也叫不完全退火）加热温度可选740~780℃，空气冷却或炉冷硬度可保证180~230HB；

· 要求改善锻造或铸造组织，更低的硬度及保证不高的性能直接应用，可采用完全退火一般加热870~900℃，保温后炉冷，或以≤40℃/h速度冷却至600℃以下出炉。硬度可达150~180HB；

· 等温退火，其可以代替完全退火，达到完全退火的目的作用。加热温度870~900℃，加热保温后炉冷至700~740℃（可参照转变曲线），较长时间保温（参照转变曲线），再炉冷至550℃以下出炉。硬度可达150-180HB。这种等温退火，还是改善锻后不良组织，提高淬火、回火后力学性能，特别是冲击韧性的有效方式。

淬火

马氏体不锈钢淬火的主要目的是强化。将钢加热至临界点温度以上，保温，使碳化物充分溶解到奥氏体中，再以适当的冷却速度冷却，获得淬火马氏体组织。

· 加热温度选择：基本原则是保证奥氏体形成，并使合金碳化物充分溶解到奥氏体中，均匀化；还不能使奥氏体晶粒粗大或淬火后组织中存在铁素体或残留奥氏体。这就要求淬火加热温度不能过低，也不能过高。马氏体不锈钢淬火加热温度，不同资料介绍、推荐的范围略有差异，并且，温度范围较宽。根据我们经验，一般选在980~1020℃范围加热即可。当然，对于特殊钢号、特殊成分控制或有特殊要求时，应适当降低或提高加热温度，但不能违背加热原则。

· 冷却方式：因马氏体不锈钢的成分特征，使奥氏体较稳定，C曲线右移，临界冷却速度较小，所以用油冷、空冷即可获得淬火马氏体的效果。但对于要求淬透深度大、力学性能特别是冲击韧性高的零件，应采用油冷。

回火

马氏体不锈钢淬火后，得到马氏体组织，其硬度高、脆性大、内应力大，必须经回火处理。马氏体不锈钢基本上在二种回火温度下使用：

· 180~320℃之间回火。获得回火马氏体组织，保持高的硬度、强度，但塑、韧性低，且有较好的耐蚀性。如刀具、轴承、耐磨件等可采用低温回火。

· 600~750℃之间回火，获得回火索氏体组织。具有一定的强度、硬度、塑性、韧性等良好的综合机械性能，可依据对强度、塑、韧性的要求程度不同，采用下限或上限温度回火。这种组织也具有良好的耐蚀性。

· 400~600℃之间温度的回火，一般情况下不采用，因为，在这个温度区间回火，从马氏体中析出弥散度很高的碳化物，产生回火脆性，降低耐蚀性.但，弹簧，如3Cr13、4Cr13钢制弹簧，可在这个温度回火，HRC可达40~45，具有较好的弹性。

回火后的冷却方式，一般可采用空冷，但对有回火脆性倾向的钢号，如1Cr17Ni2、2Cr13、0Cr13Ni4Mo等，最好采用回火后油冷。另外，需要注意的问题是，淬火后需及时回火，夏季不要超过24小时，冬季不要超过8小时，如不能及时按工艺温度回火，也应采取措施防止静置裂纹的产生。

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铁素体-奥氏体双相不锈钢的热处理

双相不锈钢是不锈钢家族中年轻一员，发展较晚，但其具有的特征得到广泛认同和重视。双相不锈钢的成分特点（高Cr、低Ni、加Mo、N）和组织特点，使其具有比奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢高的强度、塑性;相当于奥氏体不锈钢的耐蚀性;在cl-介质、海水中比任何不锈钢都高的抗点蚀、抗缝隙腐蚀和抗应力腐蚀破坏的能力。

作用：

①消除二次奥氏体

在较高温度条件下（如铸造或锻造），铁素体量增多，在1300℃以上时，可成单相铁素体，这种高温铁素体是不稳定的，在以后较低温度下时效，会有奥氏体析出，这种奥氏体叫二次奥氏体。这种奥氏体中的Cr、N量少于正常奥氏体，故其可能成为腐蚀源，所以应通过热处理予以消除。

②消除Cr₂₃C₆型碳化物

双相钢在950℃以下会析出Cr23C6增加脆性、降低耐蚀性，应予以消除。

③消除氮化物Cr₂N、CrN

因钢中有N元素，可与Cr生成氮化物，影响力学和耐蚀性能，应消除。

④消除金属间相

双相钢的成分特征，会促进一些金属间相的形成，如σ相、γ相，其降低耐蚀性，增加脆性，应予以消除。

工艺：

与奥氏体钢相似，采用固溶化处理，加热温度980~1100℃，之后快冷，一般采用水冷。

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沉淀硬化不锈钢热处理

沉淀硬化不锈钢相对发展较晚，是在人类实践中经过试验、总结、创新的不锈钢种。先期出现的不锈钢中，铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢有较好的耐蚀性，但不能通过热处理方法调整机械性能，限制了它的作用。而马氏体不锈钢可以运用热处理方法，在较大范围内调整机械性能，但耐蚀性较差。

特点：

其具有较低的C量（一般≤0.09％），较高的Cr量（一般≥14％以上），另加Mo、Cu等元素，这就使其具有较高的耐蚀性，甚至可同奥氏体不锈钢相当。通过固溶和时效处理，可以获得在马氏体基体上析出沉淀硬化相的组织，因而有较高的强度，并可根据时效温度的调整，在一定范围内调整强度、塑、韧性。另外，先固溶，再依沉淀相析出强化的热处理方式，可以在固溶处理后，硬度较低的情况下加工基本成型，再经时效强化，降低了加工成本，优于马氏体钢。

分类：

①马氏体型沉淀硬化不锈钢及其热处理

马氏体型沉淀硬化不锈钢特征是：奥氏体向马氏体转变的开始温度Ms在室温以上。加热奥氏体化并以较快的速度冷却后，获得板条状马氏体基体，时效后从板条马氏体基体上析出Cu的细质点而强化。

例：在GB1220标准中，典型牌号为：0Cr17Ni4Cu4Nb（PH17-4）

成分（%）如下：C≤0.07、Ni:3~5、Cr:15.5~17.5、Cu:3~5、Nb:0.15~0.45；Ms点约120℃；Mz点约30℃。

固溶处理：

加热温度为1020-1060℃，保温后水冷或油冷，组织为板条状马氏体，硬度320HB左右。加热温度不宜过高，如果大于1100℃，会使组织中铁素体量增多、Ms点下降、残留奥氏体增多、硬度下降，热处理效果不好。

时效处理：

依据时效温度不同，沉淀析出物的弥散度、粒度不同，而有不同的机械性能。

GB1220标准中规定，不同时效温度时效后性能

②半奥氏体型不锈钢热处理

这种钢的Ms点一般略低于室温，所以固溶化处理冷却到室温后，得到奥氏体组织,强度很低，为提高基体强度、硬度，需要再次加热到750-950℃，保温，这个阶段，奥氏体中会析出碳化物，奥氏体稳定性降低，Ms点提高至室温以上，再冷却时，得到马氏体组织。有的还可以增加冷处理（零下处理），之后，再时效使钢最终获得马氏体基体上有沉淀析出物的强化钢。

例：在GB1220标准中，推荐的这种沉淀不锈钢牌号是0Cr17Ni7Al（PH17-7）

成分（%）：C≤0.09、Cu≤0.5、Ni:6.5~7.5、Cr:16~18、Al：0.75~1.5;

固溶+调整+时效处理

· 固溶化加热温度1040℃，加热保温后水冷或油冷得到奥氏体，硬度为150HB左右;

· 调整处理温度为760℃，保温后空冷，使奥氏体中合金碳化物析出，降低奥氏体稳定性，提高Ms点到50-90℃左右，冷却后获得板条马氏体，此时硬度可达290HB左右;

· 再经560℃时效，Al及化合物沉淀析出，钢材强化，硬度可达340HB左右。

固溶+调整+冷处理+时效

· 固溶处理加热1040℃，水冷，获得奥氏体组织;

· 调整处理温度955℃，提高Ms点，冷却后获得板条马氏体;

· 冷处理-73℃×8h，减少组织中残留奥氏体，获取最大限度的马氏体;

· 时效处理温度为510-560℃，使Al析出，强化处理后，硬度可达336HB

固溶+冷变形+时效

· 固溶处理温度为1040℃，水冷，获得奥氏体组织;

· 冷变形，利用冷加工变形强化原理，使奥氏体在Md点转变成马氏体，这个冷加工变形量要大于30-50％;

· 时效处理：在490℃左右加热时效，使Al析出沉淀硬化。

· 有报导显示，固溶奥氏体经57％冷轧变形，硬度达430HB，σ_b达1372 N/mm²，再经490℃时效，硬度达485HB，σ_b达1850 N/mm²。

可见，沉淀硬化马氏体不锈钢经过正确处理后，机械性能完全可以达到马氏体不锈钢性能，而耐蚀性却与奥氏体不锈钢相当。这里需要指出的是，马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢虽然都是可通过热处理方法强化，但强化机理是不同的。由于沉淀硬化不锈钢的特点，使其得到重视和广泛应用。

来源：热处理技术