依據化學成分、熱處理目的的不同,奧氏體不銹鋼常采用的熱處理方式有固溶化處理、穩定化退火處理、消除應力處理以及敏化處理等。
一、固(gu)溶化處理
奧氏體不銹鋼固溶化處理就是將鋼加熱到過剩相充分溶解到固溶體中的某一溫度,保持一定時間之后快速冷卻的工藝方法。奧氏體不銹鋼固溶化熱處理的目的是要把在以前各加工工序中產生或析出的合金碳化物,如(FeCr)23C6等以及σ相重新溶解到奧氏體中,獲取單一的奧氏體組織(有的可能存在少量的δ鐵素體),以保證材料有良好的機械性能和耐腐蝕性能,充分地消除應力和冷作硬化現象。
固溶(rong)化處理適(shi)合任何成分和牌號的奧(ao)氏體不銹鋼。
1. 固溶化處理加熱(re)溫度(du)的選(xuan)擇(ze)
奧氏體系列的不(bu)銹鋼(gang)雖然化學(xue)成分、種類不(bu)同(tong),但(dan)固溶化處理加熱(re)溫度(du)的差別(bie)不(bu)大。常見(jian)牌(pai)號奧氏體不(bu)銹鋼(gang)固溶化加熱(re)推薦溫度(du)范(fan)圍見(jian)表3-2.
奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)含(han)鉻碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)和(he)σ相的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)解(jie)、固(gu)(gu)(gu)溶(rong)是隨加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)而增加(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)。在(zai)(zai)實(shi)際加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)條(tiao)件下,850℃左(zuo)(zuo)右碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)即開始分(fen)(fen)(fen)解(jie)、固(gu)(gu)(gu)溶(rong),但在(zai)(zai)這(zhe)個溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)需要長時(shi)間保溫(wen)(wen)(wen)。提(ti)高(gao)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du),可(ke)減(jian)少保溫(wen)(wen)(wen)時(shi)間,即可(ke)使(shi)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)充分(fen)(fen)(fen)分(fen)(fen)(fen)解(jie)和(he)固(gu)(gu)(gu)溶(rong)。有資料報道,0Cr18Ni9鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)溶(rong)入奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong),在(zai)(zai)1000℃需要10min,在(zai)(zai)1065℃需要3min,在(zai)(zai)1176℃只需要1.5min.當然,加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)太(tai)高(gao)會(hui)帶來(lai)其(qi)(qi)(qi)他(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)利(li)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong)。所以(yi),0Cr18Ni9、1Cr18Ni9奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)生產(chan)中(zhong),固(gu)(gu)(gu)溶(rong)化(hua)(hua)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)采用(yong)(yong)(yong)(yong)1050℃左(zuo)(zuo)右是適宜的(de)(de)(de)(de)(de);含(han)鉬(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),因鉬(mu)會(hui)降(jiang)低固(gu)(gu)(gu)溶(rong)擴(kuo)散(san)速度(du)(du)(du)(du)(du)(du),其(qi)(qi)(qi)固(gu)(gu)(gu)溶(rong)化(hua)(hua)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)提(ti)高(gao)一些(xie),如(ru)采用(yong)(yong)(yong)(yong)1080℃左(zuo)(zuo)右;含(han)穩定化(hua)(hua)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),如(ru)果采用(yong)(yong)(yong)(yong)較高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du),會(hui)使(shi)鈦或鈮(ni)的(de)(de)(de)(de)(de)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)過度(du)(du)(du)(du)(du)(du)溶(rong)解(jie)而不(bu)(bu)利(li)于(yu)發揮穩定化(hua)(hua)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)(yong)(yong),所以(yi),含(han)穩定化(hua)(hua)元(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)固(gu)(gu)(gu)溶(rong)化(hua)(hua)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)可(ke)低一些(xie),如(ru)1000℃左(zuo)(zuo)右即可(ke);奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)學成分(fen)(fen)(fen)中(zhong),當形成鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)元(yuan)素(su)(su)(以(yi)鉻當量計(ji))和(he)形成奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)元(yuan)素(su)(su)(以(yi)鎳當量計(ji))的(de)(de)(de)(de)(de)比(bi)例在(zai)(zai)Schaeffler圖(tu)(圖(tu)1-1)上位置(zhi)接(jie)近出(chu)現鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)區界時(shi),此鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)(gu)(gu)溶(rong)化(hua)(hua)處(chu)理(li)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)宜取較低溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du);鑄造奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang),因其(qi)(qi)(qi)組(zu)織成分(fen)(fen)(fen)不(bu)(bu)均勻性強,為保證(zheng)固(gu)(gu)(gu)溶(rong)化(hua)(hua)處(chu)理(li)效果,固(gu)(gu)(gu)溶(rong)化(hua)(hua)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)比(bi)同牌號的(de)(de)(de)(de)(de)鍛材、軋材要偏高(gao)。
2. 加(jia)熱保溫時間
奧氏體(ti)不銹鋼含有(you)大(da)量的合金元素(su),鉻的碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物溶(rong)解固溶(rong)速度較(jiao)慢,鋼的導熱(re)率低,所以,奧氏體(ti)不銹鋼固溶(rong)化(hua)(hua)處(chu)理(li)的加熱(re)保溫時間比一般合金鋼要加長20%~30%.以保證內部均溫和鉻及(ji)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物的充分固溶(rong)。
3. 固溶化處(chu)理的冷卻
經固溶(rong)(rong)加(jia)熱、保(bao)溫的(de)(de)奧(ao)氏體不銹鋼(gang)在冷(leng)卻時,如果冷(leng)卻速度不足,則(ze)已(yi)固溶(rong)(rong)于(yu)奧(ao)氏體中的(de)(de)合(he)金碳化(hua)物或σ相(xiang)還可(ke)能析(xi)出,所以,固溶(rong)(rong)化(hua)處理的(de)(de)冷(leng)卻速度很重(zhong)要。
從理論上(shang)講,固溶(rong)化(hua)冷卻(que)速(su)度(du)(du)越快越好,但(dan)在(zai)(zai)(zai)具體(ti)生產中(zhong)會存在(zai)(zai)(zai)零件變形和殘留應(ying)力的(de)(de)問題。在(zai)(zai)(zai)我(wo)國(guo)和其他一些國(guo)家的(de)(de)標(biao)準(zhun)中(zhong),將奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)冷卻(que)方式標(biao)注為“快冷”,在(zai)(zai)(zai)許(xu)多情況下,對“快冷”的(de)(de)理解可能不同(tong),“快”的(de)(de)程度(du)(du)不好界定。
綜合不同(tong)文獻資料介紹的情(qing)況,奧氏體不銹(xiu)鋼固溶化冷卻方式可按以下原則掌握(wo)。
含鉻(ge)量大于(yu)(yu)22%,且含鎳較高的(de)奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang);含碳量大于(yu)(yu)0.08%的(de)奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang);含碳量小于(yu)(yu)或(huo)等于(yu)(yu)0.08%,但有效尺寸大于(yu)(yu)3mm的(de)奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang),應(ying)選水冷。
含碳量小于或等于0.08%,但(dan)有(you)效尺寸小于3mm的奧氏體不(bu)銹鋼,可用(yong)風冷。
有效(xiao)尺寸為0.5mm以下的(de)薄板(ban)件可空冷。
截面尺寸大的奧(ao)氏體不銹鋼零(ling)部(bu)(bu)件毛坯即使水冷(leng),其心部(bu)(bu)或接近心部(bu)(bu)處(chu)的冷(leng)卻速度也未必滿足要求,一旦加工(gong)成零(ling)件后,這部(bu)(bu)分成為(wei)接觸介(jie)(jie)質的表(biao)面,就會影響該部(bu)(bu)分的耐腐(fu)蝕(shi)性能,在這種情況下,可先(xian)加工(gong),使工(gong)作面能盡量地(di)接近固溶化(hua)冷(leng)卻介(jie)(jie)質,保證較(jiao)快(kuai)地(di)冷(leng)卻。或者(zhe)選用含穩定化(hua)元素的奧(ao)氏體不銹鋼,并在固溶化(hua)處(chu)理后進行穩定化(hua)退火處(chu)理。
二、穩定化退火(huo)
穩定(ding)化退(tui)火是對含穩定(ding)化元素鈦(tai)(tai)或鈮(ni)的奧氏(shi)(shi)體不銹鋼采用的熱處理(li)方法。采用這種方法的目的是利用鈦(tai)(tai)、鈮(ni)與(yu)(yu)碳的強結(jie)合(he)特性、穩定(ding)碳、使其盡量不與(yu)(yu)鉻結(jie)合(he),最終達(da)到穩定(ding)鉻的目的,提高(gao)整在奧氏(shi)(shi)體中的穩定(ding)性,避免(mian)從晶(jing)界(jie)析出,確保材料的耐腐蝕性。
1. 穩定(ding)化處理加熱溫度(du)的選擇
為了達(da)到奧氏體不銹鋼(gang)穩定化處(chu)理(li)的(de)(de)目的(de)(de),使鋼(gang)中的(de)(de)碳盡量形成TiC或NbC,穩定化處(chu)理(li)加熱溫度的(de)(de)選擇(ze)(ze)很重要。這(zhe)個溫度的(de)(de)選擇(ze)(ze)原(yuan)則應是高于(FeCr)23C6的溶解溫度(這個溫度為400~825℃),低于或略高于TiC或NbC的開始溶解溫度(TiC的溶解溫度區間為750~1120℃).在這個溫度范圍加熱、保溫、使(FeCr)23C6能充分溶解,而TiC或NbC不溶解或很少溶解。由于鈦、鈮與碳的親合力大于鉻與碳的親合力,使得從(FeCr)23C6中分解出來的碳會與鋼中其余的鈦或鈮形成新的TiC或NbC。見圖3-17。
而從(FeCr)23C6,中分解出的鉻重新溶入奧氏體中,所以,含鈦的奧氏體不銹鋼的穩定化處理加熱溫度一般推薦為850~930℃.實驗證明,含鈦的奧氏不銹鋼在這個溫度區間進行穩定化處理后,耐晶間腐蝕性能最好,見圖3-18,。
含鈮的奧氏(shi)體不銹鋼穩(wen)定化處理加(jia)熱溫度(du)取推薦溫度(du)區間的中上限即可。
2. 保(bao)溫時間(jian)
有關資料報道,TiC在900℃、NbC在920℃約1h便可充分形成。因為穩定化處理包括(FeCr)23C6的溶解、TiC或NbC的形成、鉻的固溶等過程,所以工件到溫后,保溫時間最少不能少于2h,在實際生產中,保溫2~4h即可,當然,過大的零件應延長保溫時間。在透燒后,保溫時間不小于2h.如果鋼中含碳量較高或含鈦量較低時,應適當延長保溫時間。
3. 冷卻(que)方(fang)式
奧(ao)氏體(ti)不銹鋼穩定(ding)化處理的(de)冷(leng)卻方式和冷(leng)卻速度(du)(du)對穩定(ding)化效果沒(mei)有(you)多大影(ying)響,所(suo)以,為(wei)(wei)了(le)防止(zhi)形狀(zhuang)復雜工件(jian)的(de)變形或(huo)為(wei)(wei)保(bao)證工件(jian)的(de)應(ying)力(li)最小,可采用較小的(de)冷(leng)卻速度(du)(du),如空冷(leng)或(huo)爐冷(leng)。根據試驗研究結果,含鈦的(de)奧(ao)氏體(ti)不銹鋼,從穩定(ding)化溫(wen)度(du)(du)900℃冷(leng)卻到(dao)200℃的(de)過程(cheng)中,冷(leng)卻速度(du)(du)為(wei)(wei)0.9℃/min與15.6℃/min的(de)試件(jian)相比,在金相組織、硬(ying)度(du)(du)及耐晶間腐蝕(shi)方面沒(mei)有(you)不同。
三、消除應力處(chu)理
確定奧氏體(ti)不銹鋼消除應力處理(li)工(gong)藝方法,應根據材質類型(xing)、使用環(huan)境、消除應力目的及工(gong)件形狀尺(chi)寸(cun)等情況(kuang),注意(yi)掌(zhang)握以下原(yuan)則。
1. 材質類型
這里將材質分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個類型的目的是為了說明問題的方便。Ⅰ類-含碳量≤0.03%的超低碳奧氏體不銹鋼,如 304L不銹鋼 , 316L不銹(xiu)鋼 等。Ⅱ類-含穩定化元素的奧氏體不銹鋼,如321不銹(xiu)鋼 、347H不(bu)銹鋼 等。Ⅲ類-除Ⅰ、Ⅱ類外的標準型奧氏體不銹鋼。
a. Ⅰ類奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼的(de)含碳量低于(yu)敏化(hua)(hua)溫度(du)下奧(ao)氏(shi)體固(gu)溶碳量,Ⅱ類奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼由于(yu)穩定化(hua)(hua)元素(su)的(de)作(zuo)用,使它們在(zai)固(gu)溶化(hua)(hua)加熱溫度(du)以(yi)下的(de)任(ren)何溫度(du)區間加熱和冷卻(que),都基本上(shang)在(zai)保證消除一定應(ying)力(li)的(de)同(tong)時,不(bu)產生其他不(bu)利作(zuo)用。所以(yi),它們消除應(ying)力(li)處(chu)理工藝(yi)的(de)選擇范圍寬,不(bu)受(shou)更多(duo)限制。
b. Ⅲ類(lei)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼為(wei)防止含鉻合金(jin)碳化(hua)物的析出,不(bu)可在(zai)(zai)480~950℃范圍(wei)加(jia)(jia)熱,可以(yi)在(zai)(zai)固溶(rong)化(hua)溫度加(jia)(jia)熱后快冷,也可以(yi)在(zai)(zai)480℃以(yi)下(xia)的溫度加(jia)(jia)熱后緩慢冷卻,從消除應(ying)力的效(xiao)果看,前者效(xiao)果好于(yu)后者。
2. 使用(yong)環境
a. 產(chan)生嚴重的(de)應(ying)(ying)力腐蝕環境。在(zai)選(xuan)材上,最好采(cai)用Ⅰ類或Ⅱ類奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼,并(bing)在(zai)900~1100℃之(zhi)間加熱后緩(huan)慢冷卻,可以(yi)較(jiao)徹底地消除應(ying)(ying)力。如果采(cai)用皿類奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼,應(ying)(ying)在(zai)固溶化溫度(du)加熱并(bing)快冷,此時可消除原(yuan)先的(de)應(ying)(ying)力,但由于采(cai)用急(ji)冷方式,還(huan)會產(chan)生一些新的(de)應(ying)(ying)力。為(wei)此,還(huan)可補(bu)充一次低(di)溫去(qu)應(ying)(ying)力處理。
b. 產生晶間(jian)腐蝕環境。可加熱(re)到固溶化(hua)溫度,Ⅰ類、Ⅱ類奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼可緩慢(man)冷卻,Ⅱ類奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼必須快冷。
如果在(zai)工件生(sheng)產(chan)中(zhong)有產(chan)生(sheng)敏化的可(ke)能而又在(zai)產(chan)生(sheng)晶間腐蝕的環境中(zhong)工作,則應(ying)采(cai)用(yong)I類奧氏體不銹鋼(gang)(gang),加(jia)熱(re)到固溶(rong)化溫度后(hou)快冷,或采(cai)用(yong)Ⅱ類奧氏體不銹鋼(gang)(gang),加(jia)熱(re)到穩定化溫度后(hou)緩慢冷卻。
3. 工件形狀
工件形狀復雜、易變形,應采(cai)用較低的(de)加(jia)熱溫(wen)(wen)度(du)和緩(huan)慢的(de)冷卻速(su)度(du),Ⅱ類奧氏體不銹鋼可以采(cai)用穩定(ding)化(hua)處(chu)理加(jia)熱溫(wen)(wen)度(du)和緩(huan)慢的(de)冷卻方式。
4. 去應力的主(zhu)要目的
a. 去除加工過程中產生的(de)(de)應力(li)或去除加工后的(de)(de)殘留應力(li)。可采(cai)用(yong)固溶化處理加熱溫度(du)并(bing)快冷,Ⅰ類、Ⅱ類奧氏體不(bu)銹鋼可采(cai)用(yong)較緩慢的(de)(de)冷卻方(fang)式。
b. 為保(bao)證工件最終尺寸的(de)穩定性(xing)。可采用低(di)的(de)加(jia)熱(re)溫度和緩慢的(de)冷卻速度。
c. 為(wei)消除很大的殘留(liu)應(ying)(ying)力(li)(li)。消除在工作環境(jing)中可能產生新應(ying)(ying)力(li)(li)的工件的殘留(liu)應(ying)(ying)力(li)(li)或為(wei)消除大截面焊接(jie)件的焊接(jie)應(ying)(ying)力(li)(li),應(ying)(ying)采用(yong)固溶化加熱溫度,Ⅲ類奧氏體(ti)(ti)不銹鋼必須快冷(leng)。這種情況最好(hao)選用(yong)Ⅰ類或Ⅱ類奧氏體(ti)(ti)不銹鋼,加熱后緩(huan)慢(man)冷(leng)卻,消除應(ying)(ying)力(li)(li)的效(xiao)果更好(hao)。
d. 為消除只能采(cai)用局部加(jia)熱方(fang)式工件(jian)的殘留應(ying)力(li)。應(ying)采(cai)取低溫度加(jia)熱并緩慢冷卻的方(fang)式。
表3-3是推薦的(de)(de)奧氏體(ti)不銹鋼(gang)消除應力的(de)(de)處理方法和應用條件。
說明:表(biao)中方法順(shun)序為優先選擇順(shun)序。
A: 1010~1120℃加熱保溫后緩(huan)慢(man)冷卻(que)。
B: 850~900℃加熱保溫后緩慢(man)冷卻。
C: 1010~1120℃加熱保(bao)溫(wen)后快(kuai)速(su)冷卻。
D: 480~650℃加(jia)熱(re)保(bao)溫后緩慢(man)冷卻(que)。
E: 430~480℃加熱保(bao)溫后緩慢(man)冷(leng)卻(que)。
F: 200~480℃加(jia)熱(re)保溫后(hou)緩慢冷卻。
保溫(wen)時(shi)間,按每(mei)25mm,保溫(wen)1~4h,較低溫(wen)度時(shi)采用較長保溫(wen)時(shi)間。
注:①. 在較強(qiang)應(ying)力腐蝕環(huan)境工作的工件,最好選用(yong)I類鋼(gang)進(jin)行(xing)A處理或(huo)II類鋼(gang)進(jin)行(xing)B處理。
②. 件在制造過程中,產生敏化(hua)情況下(xia)應用。
③. 如果工件在最終(zhong)加工后進行(xing)C處理時,此時可采用A或B處理。
表(biao)3-3中(zhong)推薦的(de)(de)奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼消除應(ying)力的(de)(de)熱處理方(fang)法中(zhong),有些(xie)是與奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼固溶化(hua)處理和穩定化(hua)退(tui)火(huo)方(fang)法一(yi)致(zhi)的(de)(de),可合并進行。
四、敏化處理(li)
敏化處理實際上不(bu)屬于(yu)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)或其制(zhi)(zhi)品在生產制(zhi)(zhi)造過程中應該采(cai)(cai)用的熱處理方法。而(er)是作為在檢(jian)驗奧氏體不(bu)銹鋼(gang)抗晶間腐蝕能力進行(xing)試驗時所采(cai)(cai)用的一個程序。
敏化處理實質上是使奧氏體不銹鋼對晶間腐蝕更敏感化的處理。因為敏化處理可以使奧氏體不銹鋼中的合金碳化物如(FeCr)23C6等較大程度地沿晶界析出,從而使其在晶間腐蝕介質中更快產生晶間腐蝕,以便達到快速檢驗奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕的能力。
在我國(guo)有(you)關的不銹(xiu)鋼耐晶間腐蝕(shi)傾(qing)向試驗方(fang)法中,一(yi)般(ban)規定為含C≤0.03%或含有(you)穩定化(hua)元素的奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼的敏(min)化(hua)處理(li)制度為加熱到(dao)650℃,鍛材、軋材試片保溫2h空冷,鑄材試片保溫1h空冷。
對(dui)于一些(xie)特(te)殊使用場合,為更嚴格地考核材料的(de)(de)抗晶間(jian)腐蝕能力,在(zai)某些(xie)標準(zhun)中,對(dui)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼的(de)(de)敏(min)化制(zhi)度(du)規定(ding)得更為苛(ke)刻,依據工件將來使用的(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)及材料的(de)(de)含碳(tan)量以(yi)及是(shi)否含鉬元素等(deng)因素而采用不(bu)同的(de)(de)敏(min)化制(zhi)度(du)。有的(de)(de)還對(dui)敏(min)化處理的(de)(de)升、降溫(wen)(wen)速度(du)加以(yi)控制(zhi)。所以(yi),在(zai)判定(ding)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼晶間(jian)腐蝕傾向性大小(xiao)時,應注意(yi)采用的(de)(de)敏(min)化制(zhi)度(du)。
這里需要指出的一個現象是,在敏化溫度隨著保持時間的延長,由于(FeCr)23C6析出得更充分,所以,晶界的貧鉻情況也就更明顯,反映在晶間腐蝕效果更嚴重。但是,當保持時間繼續延長,長到足以使鉻可以擴散到晶界區,并消除晶界區的局部貧鉻效果時,則晶間腐蝕現象也會隨之解除。見圖3-19。這種效果雖然存在,但是,靠這種方法改善奧氏體不銹鋼晶間腐蝕效果,在實際生產中很少采用。
五、奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼的(de)冷加工強化(hua)及去應力處理
奧氏體不(bu)銹鋼不(bu)能用熱處理方法強(qiang)化(hua),但可(ke)以通過冷加工變(bian)形得以強(qiang)化(hua)(冷作(zuo)硬化(hua)、形變(bian)強(qiang)化(hua)),會使強(qiang)度提高、塑性下降(jiang)。
1. 奧氏體不銹鋼冷加工強化的理論基(ji)礎和影響因(yin)素
奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼冷變形(xing)強(qiang)化(hua)的理論和(he)效果(guo)與馬(ma)氏(shi)體不銹(xiu)鋼及其他金(jin)屬相比(bi),有(you)其特殊性。
按一般(ban)的冷變(bian)形強(qiang)(qiang)化(hua)理論,許多(duo)金(jin)屬材料在冷加工變(bian)形過(guo)程中(zhong),會由于晶(jing)(jing)體產生(sheng)缺陷(xian)、點陣(zhen)畸變(bian)、位錯、亞(ya)結(jie)構等使晶(jing)(jing)體滑移(yi)受到(dao)阻力,從而使金(jin)屬得(de)到(dao)強(qiang)(qiang)化(hua)。
奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼在冷(leng)加(jia)(jia)工變(bian)形過程中,除了(le)產生如同其他(ta)金(jin)屬材料的冷(leng)加(jia)(jia)工強化現象外,還(huan)會因在形變(bian)過程中,有部(bu)分穩定性差的奧(ao)(ao)氏體(ti)轉變(bian)成為馬氏體(ti),而增加(jia)(jia)了(le)奧(ao)(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼的強化效(xiao)果。
如(ru)前所(suo)述,奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼由于(yu)Ms點低于(yu)室溫(wen),一般情況(kuang)下,其(qi)室溫(wen)組(zu)織為(wei)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti),不(bu)會發生向(xiang)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)變(bian)(bian)過程(cheng)。但是,受合金元素的(de)(de)(de)(de)影響,奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)程(cheng)度有(you)所(suo)不(bu)同,有(you)的(de)(de)(de)(de)很穩(wen)定(ding)(ding)(ding),有(you)的(de)(de)(de)(de)是相對不(bu)穩(wen)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de),稱其(qi)為(wei)亞穩(wen)定(ding)(ding)(ding)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性強的(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)在接受冷加(jia)工(gong)變(bian)(bian)形時(shi),仍保持奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)組(zu)織,而穩(wen)定(ding)(ding)(ding)性差的(de)(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)在冷加(jia)工(gong)變(bian)(bian)形過程(cheng)中(zhong),會有(you)一部(bu)分奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)發生向(xiang)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)變(bian)(bian)。這個由于(yu)冷加(jia)工(gong)變(bian)(bian)形引起亞穩(wen)定(ding)(ding)(ding)奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)向(xiang)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)開始溫(wen)度記Md,一些(xie)研究表明,Md高(gao)(gao)于(yu)Ms170~350℃,在室溫(wen)以上。Md點越高(gao)(gao),說明奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)向(xiang)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)(bian)越容易發生。影響Md點溫(wen)度,或者說影響奧(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼冷加(jia)工(gong)變(bian)(bian)形強化的(de)(de)(de)(de)因素很多,如(ru)鋼的(de)(de)(de)(de)化學成分、冷加(jia)工(gong)變(bian)(bian)形度、冷加(jia)工(gong)變(bian)(bian)形溫(wen)度等。下面重點說明化學成分和冷加(jia)工(gong)變(bian)(bian)形度的(de)(de)(de)(de)影響效果(guo)。
a. 化學(xue)成分的影響
合(he)金元素對(dui)奧氏體不銹鋼(gang)冷加(jia)工(gong)變形(xing)強(qiang)化的影響是復雜的,綜(zong)合(he)各方面的研究報(bao)道,基本觀(guan)點如(ru)下:
①. 對屈服強度的影響
奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼冷(leng)變形(xing)(xing)過程中,在發生(sheng)屈服前,由(you)于(yu)冷(leng)變形(xing)(xing)量(liang)不(bu)(bu)大(da),不(bu)(bu)至(zhi)于(yu)引(yin)起大(da)量(liang)奧氏(shi)體(ti)向馬氏(shi)體(ti)的(de)(de)轉變,此時,強(qiang)化(hua)效果(guo)主要是(shi)原來固(gu)溶于(yu)奧氏(shi)體(ti)中的(de)(de)合金(jin)元(yuan)素的(de)(de)固(gu)溶強(qiang)化(hua)作用結果(guo),所(suo)以,填隙型合金(jin)元(yuan)素,如碳、氮(dan)等作用較(jiao)大(da),亦即含碳、氮(dan)較(jiao)多的(de)(de)奧氏(shi)體(ti)不(bu)(bu)銹鋼的(de)(de)屈服強(qiang)度較(jiao)高。
②. 對破斷(抗拉)強度的影響
奧氏體(ti)不銹鋼在冷變形(xing)發(fa)生屈(qu)服后,變形(xing)量(liang)較大,強化(hua)效(xiao)果(guo)明顯了,此階段影響(xiang)奧氏體(ti)穩定性(xing)(xing)的(de)因素起主導作用,即降低(di)奧氏體(ti)穩定性(xing)(xing)的(de)合金元素影響(xiang)較大,如硅、鉬、鉻增(zeng)加(jia)冷變形(xing)強化(hua)效(xiao)果(guo)、提高抗拉強度,而鎳、銅則減小(xiao)冷變形(xing)強化(hua)的(de)效(xiao)果(guo),降低(di)抗拉強度。
實際(ji)上(shang),合金(jin)元素對(dui)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼冷(leng)(leng)加工(gong)變形的(de)強(qiang)化(hua)作(zuo)用(yong)(yong)是復雜(za)的(de),以碳為例(li),碳既有對(dui)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體固溶強(qiang)化(hua),從而(er)提高奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼冷(leng)(leng)加工(gong)變形強(qiang)化(hua)的(de)作(zuo)用(yong)(yong),也有穩定奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體,使奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體向馬氏(shi)(shi)體轉變發生困難,從而(er)降低(di)奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼冷(leng)(leng)加工(gong)變形強(qiang)化(hua)的(de)作(zuo)用(yong)(yong)。而(er)且,還(huan)會依碳含量的(de)不(bu)同,作(zuo)用(yong)(yong)程度也不(bu)同。圖3-5顯示(shi)了碳對(dui)兩(liang)種奧(ao)(ao)(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼冷(leng)(leng)加工(gong)強(qiang)化(hua)的(de)影響效果。
鉻和鎳的作用見圖 3-20 。
從圖3-20可見,當(dang)鉻(ge)量相同時,鎳的(de)硬(ying)化效果(guo)隨其含量的(de)增加而減小,這(zhe)是由于鎳穩(wen)定了(le)奧氏(shi)體(ti),影(ying)響了(le)奧氏(shi)體(ti)向馬氏(shi)體(ti)轉變的(de)結果(guo)。圖3-5含鉻(ge)相同而含鎳不同的(de)兩條曲線也驗證了(le)這(zhe)個結論。
在(zai)鎳(nie)≤12%的(de)范圍內,當鎳(nie)含(han)量(liang)(liang)相同(tong)時,鉻的(de)硬化效(xiao)果隨鉻含(han)量(liang)(liang)的(de)增加(jia)而減(jian)小,這(zhe)是因(yin)為(wei)鉻的(de)增加(jia)會使組(zu)織(zhi)中產生δ鐵素(su)體,從而使可向馬氏體轉變(bian)的(de)奧(ao)氏體比例(li)減(jian)少。同(tong)時,鉻作為(wei)合金元素(su),對奧(ao)氏體的(de)轉變(bian)點Md也產生一(yi)定的(de)降低作用,減(jian)弱(ruo)了發(fa)生轉變(bian)的(de)可能(neng)性(xing)。
在(zai)鎳≥14%的(de)范(fan)圍內(nei),鉻(ge)對(dui)硬化(hua)效(xiao)果的(de)作(zuo)用不明(ming)顯了,這可能(neng)是因為此時(shi)的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)已(yi)經很穩定(ding)了,冷(leng)加工變形(xing)已(yi)不再使奧(ao)氏(shi)體(ti)發生向馬(ma)氏(shi)體(ti)轉變,鉻(ge)只起(qi)到固溶(rong)強化(hua)的(de)作(zuo)用,隨(sui)鉻(ge)含量的(de)增(zeng)加,硬化(hua)效(xiao)果也略有增(zeng)加。
b. 冷加工變(bian)形(xing)度的影響
奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)(gong)變(bian)形(xing)強(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)效果(guo)與冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)(gong)變(bian)形(xing)度(du)(du)有(you)較大的(de)(de)關系(xi)。一般規(gui)律是隨(sui)冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)(gong)變(bian)形(xing)度(du)(du)的(de)(de)增加(jia)(jia),強(qiang)(qiang)化(hua)效果(guo)增大,即屈服強(qiang)(qiang)度(du)(du)、抗(kang)拉強(qiang)(qiang)度(du)(du)提(ti)高,而且屈強(qiang)(qiang)比也顯著提(ti)高,有(you)文獻(xian)報道(dao),固(gu)溶狀態奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼屈強(qiang)(qiang)比一般為30%~45%;而冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)(gong)變(bian)形(xing)強(qiang)(qiang)化(hua)后,依變(bian)形(xing)度(du)(du)不(bu)同(tong),屈強(qiang)(qiang)比最(zui)高可達(da)85%~90%,這在多年的(de)(de)生產實(shi)踐(jian)中也得到(dao)了證明,奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)(gong)變(bian)形(xing)度(du)(du)達(da)到(dao)10%~12%時,屈強(qiang)(qiang)比即可達(da)到(dao)70%~75%.當然,隨(sui)著強(qiang)(qiang)度(du)(du)的(de)(de)增加(jia)(jia),其塑性和沖擊韌性將有(you)明顯的(de)(de)降(jiang)低。圖3-21及表3-4均(jun)顯示(shi)出了奧氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹鋼隨(sui)冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)(gong)變(bian)形(xing)度(du)(du)的(de)(de)增加(jia)(jia)對力學(xue)性能(neng)的(de)(de)影響。
還有(you),隨(sui)著冷加(jia)工變形度的增加(jia),奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)的磁導(dao)率也(ye)明顯增加(jia),這(zhe)也(ye)說明,隨(sui)著冷加(jia)工變形度的增加(jia),奧氏(shi)體(ti)向馬氏(shi)體(ti)的轉變量增加(jia)了。
冷(leng)加(jia)工(gong)變形(xing)雖可(ke)使奧氏體不銹鋼強化,但(dan)需要(yao)對(dui)其(qi)進(jin)行大(da)的冷(leng)加(jia)工(gong)變形(xing),這對(dui)于截面較大(da)或形(xing)狀復(fu)雜(za)的零(ling)部件,在工(gong)藝上難以實現。
此外,由于冷加工變形后,鋼(gang)的(de)塑(su)性、韌性指標下(xia)降,又因(yin)有較大的(de)應(ying)(ying)力,會在(zai)應(ying)(ying)力腐蝕(shi)環境中增加應(ying)(ying)力腐蝕(shi)的(de)敏(min)感(gan)性,所(suo)以,在(zai)實際應(ying)(ying)用中受到一定(ding)的(de)限制(zhi)。
2. 冷加工變形(xing)強(qiang)化后的去應(ying)力處理(li)
奧氏體不(bu)銹鋼(gang)或制品(彈(dan)簧(huang),螺栓等)經冷(leng)加工(gong)變形強(qiang)(qiang)化后,存在(zai)(zai)較(jiao)大的(de)(de)(de)加工(gong)應(ying)力(li)(li),這種應(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)存在(zai)(zai)導致(zhi)在(zai)(zai)應(ying)力(li)(li)腐蝕環境中使用(yong)時,增(zeng)加了(le)應(ying)力(li)(li)腐蝕的(de)(de)(de)敏感性(xing),影響(xiang)尺寸的(de)(de)(de)穩定性(xing)。為減小應(ying)力(li)(li),可采用(yong)去(qu)應(ying)力(li)(li)處理(有的(de)(de)(de)叫應(ying)力(li)(li)松(song)弛處理)。一般是加熱(re)到280~400℃保(bao)持2~3h后空冷(leng)或緩冷(leng)。去(qu)應(ying)力(li)(li)處理不(bu)僅可減少(shao)制件的(de)(de)(de)應(ying)力(li)(li),還(huan)會在(zai)(zai)延(yan)伸(shen)率(lv)無大改變的(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)下,使硬度強(qiang)(qiang)度及彈(dan)性(xing)極限(xian)得到提高,見圖(tu)3-22和表3-5。