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。
固溶化處理(li)適合任何成分和牌(pai)號(hao)的奧氏體不銹鋼。
1. 固溶化處理加熱溫度的(de)選擇(ze)
奧氏體系(xi)列(lie)的(de)不(bu)(bu)銹鋼雖然化學成分、種類(lei)不(bu)(bu)同(tong),但固(gu)溶化處理加(jia)熱(re)溫度的(de)差別不(bu)(bu)大。常見牌號奧氏體不(bu)(bu)銹鋼固(gu)溶化加(jia)熱(re)推(tui)薦溫度范圍(wei)見表3-2.
奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)含鉻碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)和σ相的(de)(de)(de)分(fen)(fen)解(jie)、固(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)是隨加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)升高(gao)而增加(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)。在實際加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)條(tiao)件下,850℃左右(you)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)即(ji)開始分(fen)(fen)解(jie)、固(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong),但(dan)在這個溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)需要(yao)長時(shi)間保(bao)溫(wen)(wen)(wen)。提高(gao)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du),可(ke)減少保(bao)溫(wen)(wen)(wen)時(shi)間,即(ji)可(ke)使碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)充分(fen)(fen)分(fen)(fen)解(jie)和固(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)。有資料報道,0Cr18Ni9鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)入奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)中,在1000℃需要(yao)10min,在1065℃需要(yao)3min,在1176℃只需要(yao)1.5min.當(dang)(dang)然,加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)太高(gao)會(hui)帶來其(qi)(qi)他的(de)(de)(de)不(bu)(bu)利作用(yong)。所(suo)以(yi),0Cr18Ni9、1Cr18Ni9奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)生產(chan)中,固(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)采(cai)(cai)用(yong)1050℃左右(you)是適宜的(de)(de)(de);含鉬(mu)的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),因(yin)鉬(mu)會(hui)降低固(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)擴散速度(du)(du),其(qi)(qi)固(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)可(ke)提高(gao)一(yi)些,如(ru)采(cai)(cai)用(yong)1080℃左右(you);含穩(wen)定(ding)(ding)化(hua)(hua)(hua)元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),如(ru)果采(cai)(cai)用(yong)較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du),會(hui)使鈦或鈮的(de)(de)(de)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)過(guo)度(du)(du)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解(jie)而不(bu)(bu)利于發揮穩(wen)定(ding)(ding)化(hua)(hua)(hua)元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)作用(yong),所(suo)以(yi),含穩(wen)定(ding)(ding)化(hua)(hua)(hua)元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)固(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)可(ke)低一(yi)些,如(ru)1000℃左右(you)即(ji)可(ke);奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)化(hua)(hua)(hua)學成分(fen)(fen)中,當(dang)(dang)形成鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(以(yi)鉻當(dang)(dang)量計(ji))和形成奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)元(yuan)(yuan)素(su)(su)(以(yi)鎳當(dang)(dang)量計(ji))的(de)(de)(de)比例在Schaeffler圖(tu)(圖(tu)1-1)上位置接近出現鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)區界時(shi),此鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)固(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)處理加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)宜取較(jiao)低溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du);鑄(zhu)造(zao)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),因(yin)其(qi)(qi)組織成分(fen)(fen)不(bu)(bu)均勻性強,為(wei)保(bao)證(zheng)固(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)處理效果,固(gu)溶(rong)(rong)(rong)(rong)化(hua)(hua)(hua)加(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)比同(tong)牌號的(de)(de)(de)鍛材、軋材要(yao)偏高(gao)。
2. 加熱保溫時間
奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)含有(you)大量的(de)(de)合(he)(he)金元素(su),鉻的(de)(de)碳化物溶解固(gu)(gu)溶速度較慢,鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)導熱率低,所(suo)以,奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)固(gu)(gu)溶化處理的(de)(de)加熱保溫時(shi)間比一(yi)般合(he)(he)金鋼(gang)(gang)(gang)要(yao)加長20%~30%.以保證內部均溫和鉻及(ji)碳化物的(de)(de)充分固(gu)(gu)溶。
3. 固溶(rong)化處(chu)理的冷卻
經固(gu)(gu)溶(rong)加熱、保溫的(de)(de)奧氏體不銹鋼在冷卻時,如(ru)果冷卻速度不足,則已固(gu)(gu)溶(rong)于奧氏體中(zhong)的(de)(de)合金碳化物或σ相還可能析出,所以,固(gu)(gu)溶(rong)化處理(li)的(de)(de)冷卻速度很重要。
從(cong)理論(lun)上講,固溶化冷(leng)卻(que)速度(du)越快(kuai)越好,但在(zai)具體(ti)生產中會(hui)存在(zai)零件變形和殘留應(ying)力的問(wen)題。在(zai)我(wo)國(guo)和其他一些(xie)國(guo)家的標準中,將奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)的冷(leng)卻(que)方式標注(zhu)為“快(kuai)冷(leng)”,在(zai)許多情(qing)況下,對“快(kuai)冷(leng)”的理解(jie)可(ke)能不(bu)同,“快(kuai)”的程度(du)不(bu)好界(jie)定。
綜合不(bu)(bu)同(tong)文獻資料介紹的情況(kuang),奧氏體不(bu)(bu)銹鋼固溶化冷卻方式可按以下原(yuan)則掌握。
含鉻(ge)量大于(yu)22%,且(qie)含鎳(nie)較高的(de)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang);含碳量大于(yu)0.08%的(de)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang);含碳量小于(yu)或等(deng)于(yu)0.08%,但有(you)效尺寸大于(yu)3mm的(de)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang),應選水冷。
含碳(tan)量小(xiao)于或等于0.08%,但有效尺寸小(xiao)于3mm的奧氏體不銹鋼(gang),可用(yong)風冷。
有(you)效尺寸為0.5mm以(yi)下的(de)薄板(ban)件可空冷。
截面(mian)尺寸大的(de)(de)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)零(ling)部(bu)(bu)件毛坯即使水冷(leng),其心部(bu)(bu)或(huo)接近(jin)心部(bu)(bu)處的(de)(de)冷(leng)卻速度也未必滿足(zu)要求,一(yi)旦(dan)加工(gong)(gong)成(cheng)(cheng)零(ling)件后,這部(bu)(bu)分成(cheng)(cheng)為接觸(chu)介質的(de)(de)表面(mian),就(jiu)會影(ying)響(xiang)該部(bu)(bu)分的(de)(de)耐(nai)腐蝕(shi)性能(neng),在這種情況下,可先加工(gong)(gong),使工(gong)(gong)作面(mian)能(neng)盡量(liang)地(di)接近(jin)固溶(rong)化冷(leng)卻介質,保證較快地(di)冷(leng)卻。或(huo)者選用(yong)含穩(wen)定化元素(su)的(de)(de)奧氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang),并在固溶(rong)化處理后進行穩(wen)定化退火處理。
二、穩定化退火
穩定化退火(huo)是對(dui)含(han)穩定化元素鈦或(huo)鈮的(de)(de)奧氏體不銹鋼采(cai)用的(de)(de)熱處理方法。采(cai)用這種(zhong)方法的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是利用鈦、鈮與(yu)碳的(de)(de)強結合特性、穩定碳、使(shi)其盡量不與(yu)鉻(ge)結合,最終達到穩定鉻(ge)的(de)(de)目(mu)的(de)(de),提高(gao)整在奧氏體中的(de)(de)穩定性,避免從(cong)晶界析出,確保材料的(de)(de)耐腐蝕性。
1. 穩定化處理加熱溫度的選擇(ze)
為了達到(dao)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼穩定化處理的(de)目的(de),使鋼中的(de)碳盡量形成TiC或(huo)NbC,穩定化處理加熱溫度(du)的(de)選擇(ze)很重要(yao)。這個溫度(du)的(de)選擇(ze)原則應(ying)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,。
含鈮的奧氏體(ti)不(bu)銹鋼穩定化處理加熱(re)溫(wen)度取(qu)推薦(jian)溫(wen)度區間的中(zhong)上限(xian)即(ji)可。
2. 保溫時間(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. 冷卻方(fang)式
奧氏體(ti)不銹鋼穩(wen)定化處(chu)理(li)的冷卻(que)(que)(que)方式(shi)和(he)冷卻(que)(que)(que)速度(du)(du)對穩(wen)定化效(xiao)果(guo)(guo)沒有(you)多(duo)大影響,所(suo)以,為了防止形(xing)狀復雜工件(jian)的變(bian)形(xing)或為保證(zheng)工件(jian)的應力最小,可采(cai)用較小的冷卻(que)(que)(que)速度(du)(du),如空冷或爐冷。根據試(shi)驗研(yan)究(jiu)結(jie)果(guo)(guo),含(han)鈦的奧氏體(ti)不銹鋼,從穩(wen)定化溫度(du)(du)900℃冷卻(que)(que)(que)到200℃的過程中(zhong),冷卻(que)(que)(que)速度(du)(du)為0.9℃/min與15.6℃/min的試(shi)件(jian)相比,在金(jin)相組織(zhi)、硬度(du)(du)及耐晶間腐蝕方面沒有(you)不同。
三、消(xiao)除應力處(chu)理
確定奧氏(shi)體不銹鋼消除(chu)應力(li)處理工藝方法,應根據(ju)材質(zhi)類型、使用環境、消除(chu)應力(li)目的及工件形(xing)狀(zhuang)尺寸等情況,注意掌(zhang)握以下原則。
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(bu)銹(xiu)鋼 , 316L不銹鋼 等。Ⅱ類-含穩定化元素的奧氏體不銹鋼,如321不銹(xiu)鋼 、347H不銹(xiu)鋼 等。Ⅲ類-除Ⅰ、Ⅱ類外的標準型奧氏體不銹鋼。
a. Ⅰ類奧(ao)(ao)(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼的(de)含碳(tan)量低于敏化(hua)溫度下(xia)奧(ao)(ao)(ao)氏體固溶(rong)碳(tan)量,Ⅱ類奧(ao)(ao)(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼由于穩定化(hua)元素的(de)作用,使它們在(zai)固溶(rong)化(hua)加熱溫度以下(xia)的(de)任何溫度區間加熱和冷卻(que),都基本上在(zai)保證消(xiao)(xiao)除一(yi)定應(ying)力的(de)同(tong)時,不(bu)產生其(qi)他(ta)不(bu)利(li)作用。所以,它們消(xiao)(xiao)除應(ying)力處理工(gong)藝的(de)選擇范(fan)圍寬,不(bu)受更(geng)多限制。
b. Ⅲ類奧氏體不銹鋼為防(fang)止含鉻合金碳化物的析出,不可(ke)在480~950℃范圍加(jia)(jia)熱,可(ke)以在固溶化溫度加(jia)(jia)熱后(hou)(hou)(hou)快冷(leng),也可(ke)以在480℃以下的溫度加(jia)(jia)熱后(hou)(hou)(hou)緩慢冷(leng)卻(que),從(cong)消除(chu)應力(li)的效果(guo)看,前者(zhe)效果(guo)好于(yu)后(hou)(hou)(hou)者(zhe)。
2. 使用環境(jing)
a. 產生(sheng)嚴重的(de)應力腐(fu)蝕環境。在選材上,最(zui)好采用(yong)Ⅰ類(lei)(lei)或Ⅱ類(lei)(lei)奧氏體(ti)不銹鋼,并在900~1100℃之間(jian)加熱(re)后緩慢冷卻(que),可(ke)以較徹底地(di)消除應力。如(ru)果采用(yong)皿類(lei)(lei)奧氏體(ti)不銹鋼,應在固溶化溫(wen)度加熱(re)并快冷,此(ci)時可(ke)消除原先的(de)應力,但(dan)由(you)于(yu)采用(yong)急冷方式,還(huan)會產生(sheng)一些新(xin)的(de)應力。為(wei)此(ci),還(huan)可(ke)補充(chong)一次低溫(wen)去(qu)應力處(chu)理。
b. 產生晶間腐(fu)蝕(shi)環境。可(ke)加熱(re)到固溶化溫度,Ⅰ類、Ⅱ類奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼可(ke)緩慢冷(leng)卻,Ⅱ類奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹鋼必須(xu)快冷(leng)。
如果在(zai)工件生(sheng)產(chan)中(zhong)有產(chan)生(sheng)敏化(hua)(hua)(hua)的可能而又(you)在(zai)產(chan)生(sheng)晶間腐蝕的環境(jing)中(zhong)工作,則(ze)應采用I類奧氏體不銹(xiu)鋼(gang),加(jia)熱到(dao)固溶化(hua)(hua)(hua)溫(wen)度(du)后快冷,或(huo)采用Ⅱ類奧氏體不銹(xiu)鋼(gang),加(jia)熱到(dao)穩(wen)定(ding)化(hua)(hua)(hua)溫(wen)度(du)后緩慢冷卻。
3. 工件(jian)形(xing)狀
工件(jian)形(xing)狀復雜(za)、易變形(xing),應采用(yong)(yong)較低的(de)加熱溫度和(he)緩慢(man)的(de)冷卻速(su)度,Ⅱ類奧氏(shi)體不銹鋼可以采用(yong)(yong)穩定(ding)化處理加熱溫度和(he)緩慢(man)的(de)冷卻方式。
4. 去(qu)應(ying)力的主要目的
a. 去除加(jia)工過程中(zhong)產生的(de)應(ying)力或去除加(jia)工后的(de)殘留(liu)應(ying)力。可采用固(gu)溶化處理加(jia)熱溫(wen)度并快冷,Ⅰ類、Ⅱ類奧氏體(ti)不銹鋼可采用較緩慢(man)的(de)冷卻(que)方式(shi)。
b. 為保證工件最(zui)終尺寸的穩(wen)定(ding)性。可采用(yong)低的加熱溫度(du)和緩(huan)慢的冷卻(que)速度(du)。
c. 為消(xiao)除(chu)很大的殘(can)留應力(li)。消(xiao)除(chu)在工作環(huan)境中可能(neng)產生新應力(li)的工件的殘(can)留應力(li)或為消(xiao)除(chu)大截面焊(han)接件的焊(han)接應力(li),應采用(yong)固(gu)溶(rong)化加熱溫(wen)度,Ⅲ類(lei)(lei)奧氏體不銹鋼(gang)必須快(kuai)冷。這(zhe)種情況最(zui)好選用(yong)Ⅰ類(lei)(lei)或Ⅱ類(lei)(lei)奧氏體不銹鋼(gang),加熱后緩慢冷卻,消(xiao)除(chu)應力(li)的效果更好。
d. 為消除只能采(cai)用局部加熱(re)方式(shi)(shi)工件的殘留應力。應采(cai)取低溫度加熱(re)并緩慢冷卻的方式(shi)(shi)。
表3-3是(shi)推(tui)薦的奧氏(shi)體不銹鋼(gang)消除應力的處理(li)方(fang)法和應用條件。
說(shuo)明(ming):表中方法順(shun)序(xu)為優先選擇順(shun)序(xu)。
A: 1010~1120℃加熱保溫(wen)后緩慢冷卻。
B: 850~900℃加熱保溫后緩慢冷(leng)卻。
C: 1010~1120℃加(jia)熱(re)保溫后快(kuai)速(su)冷卻(que)。
D: 480~650℃加熱(re)保溫后緩慢(man)冷卻。
E: 430~480℃加(jia)熱保溫后緩慢冷卻。
F: 200~480℃加(jia)熱(re)保溫后(hou)緩慢冷(leng)卻。
保溫(wen)時間,按(an)每25mm,保溫(wen)1~4h,較低溫(wen)度(du)時采用較長保溫(wen)時間。
注:①. 在較強應力腐(fu)蝕環(huan)境工作的(de)工件(jian),最好選用I類鋼進(jin)行(xing)A處理或II類鋼進(jin)行(xing)B處理。
②. 件在制造過程中(zhong),產生敏化情(qing)況下應用。
③. 如果工件在最終加工后進行C處理時(shi)(shi),此時(shi)(shi)可采用A或B處理。
表3-3中推薦的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼消(xiao)除應力的(de)熱(re)處(chu)(chu)理方(fang)法(fa)中,有些是與奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼固溶化處(chu)(chu)理和穩(wen)定化退(tui)火(huo)方(fang)法(fa)一致的(de),可合(he)并進行。
四、敏(min)化處(chu)理
敏化處理(li)實際上不屬于奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)或其(qi)制(zhi)品在(zai)生產制(zhi)造過程中應該(gai)采(cai)用的(de)熱處理(li)方法。而是作(zuo)為在(zai)檢(jian)驗奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)抗(kang)晶(jing)間腐蝕能力進行試(shi)驗時所采(cai)用的(de)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。
在我國有關的(de)(de)不銹(xiu)鋼(gang)耐晶間腐(fu)蝕(shi)傾向試驗方法中,一(yi)般規定為含(han)C≤0.03%或(huo)含(han)有穩定化(hua)元素的(de)(de)奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)敏化(hua)處理制度為加(jia)熱到650℃,鍛材、軋材試片保溫2h空冷,鑄材試片保溫1h空冷。
對于(yu)一(yi)些(xie)特殊使(shi)用場合,為更嚴格地考核(he)材料的(de)(de)抗晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)能力,在(zai)某些(xie)標準中,對奧(ao)氏體不(bu)銹鋼的(de)(de)敏(min)(min)化制度(du)規定得更為苛刻,依據工件將(jiang)來使(shi)用的(de)(de)溫度(du)及材料的(de)(de)含碳量以及是否(fou)含鉬元素(su)等因(yin)素(su)而采用不(bu)同的(de)(de)敏(min)(min)化制度(du)。有的(de)(de)還對敏(min)(min)化處理的(de)(de)升、降(jiang)溫速度(du)加以控制。所以,在(zai)判定奧(ao)氏體不(bu)銹鋼晶(jing)間(jian)腐蝕(shi)傾向(xiang)性大(da)小時,應(ying)注意采用的(de)(de)敏(min)(min)化制度(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)氏體(ti)不(bu)銹鋼的冷(leng)加工強化及去應力(li)處理(li)
奧氏體不(bu)銹鋼不(bu)能用(yong)熱(re)處理方法強化(hua),但(dan)可(ke)以通過冷(leng)加工變(bian)形得以強化(hua)(冷(leng)作(zuo)硬化(hua)、形變(bian)強化(hua)),會使強度(du)提(ti)高、塑性下降。
1. 奧氏(shi)體不銹鋼(gang)冷加工強化的理論(lun)基礎和(he)影(ying)響因(yin)素
奧氏體不銹鋼冷(leng)變形(xing)強化的(de)理論(lun)和效果與馬氏體不銹鋼及(ji)其他金屬相比,有(you)其特殊性。
按(an)一般的(de)冷變(bian)(bian)形強化(hua)理論(lun),許(xu)多金屬材料在冷加工(gong)變(bian)(bian)形過(guo)程中,會由于晶(jing)體(ti)產生缺陷、點陣畸(ji)變(bian)(bian)、位錯、亞結構等使(shi)(shi)晶(jing)體(ti)滑移受到(dao)阻力,從(cong)而使(shi)(shi)金屬得到(dao)強化(hua)。
奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼在(zai)冷(leng)加工(gong)變(bian)形過程(cheng)中,除了產生如同其他金屬材料(liao)的冷(leng)加工(gong)強化現象外,還(huan)會因(yin)在(zai)形變(bian)過程(cheng)中,有部分穩(wen)定(ding)性差的奧(ao)氏(shi)體轉變(bian)成為馬氏(shi)體,而增加了奧(ao)氏(shi)體不(bu)銹鋼的強化效果。
如前所述,奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)由于(yu)Ms點(dian)低于(yu)室溫(wen),一般情況下(xia),其室溫(wen)組織為奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti),不(bu)會發生向馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)轉變過程。但是,受合金元素(su)(su)的(de)影(ying)(ying)響(xiang),奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)穩(wen)定(ding)程度(du)(du)有(you)所不(bu)同,有(you)的(de)很穩(wen)定(ding),有(you)的(de)是相(xiang)對不(bu)穩(wen)定(ding)的(de),稱其為亞穩(wen)定(ding)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)。穩(wen)定(ding)性(xing)強的(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)在(zai)接受冷(leng)加工(gong)(gong)(gong)(gong)變形(xing)(xing)時,仍保持奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)組織,而(er)穩(wen)定(ding)性(xing)差的(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)在(zai)冷(leng)加工(gong)(gong)(gong)(gong)變形(xing)(xing)過程中,會有(you)一部分(fen)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)發生向馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)轉變。這(zhe)個由于(yu)冷(leng)加工(gong)(gong)(gong)(gong)變形(xing)(xing)引(yin)起亞穩(wen)定(ding)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)向馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)轉變的(de)開始(shi)溫(wen)度(du)(du)記(ji)Md,一些研究表(biao)明,Md高于(yu)Ms170~350℃,在(zai)室溫(wen)以上。Md點(dian)越(yue)高,說(shuo)明奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)向馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)轉變越(yue)容易發生。影(ying)(ying)響(xiang)Md點(dian)溫(wen)度(du)(du),或(huo)者說(shuo)影(ying)(ying)響(xiang)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)冷(leng)加工(gong)(gong)(gong)(gong)變形(xing)(xing)強化的(de)因素(su)(su)很多,如鋼(gang)的(de)化學(xue)成分(fen)、冷(leng)加工(gong)(gong)(gong)(gong)變形(xing)(xing)度(du)(du)、冷(leng)加工(gong)(gong)(gong)(gong)變形(xing)(xing)溫(wen)度(du)(du)等。下(xia)面重點(dian)說(shuo)明化學(xue)成分(fen)和(he)冷(leng)加工(gong)(gong)(gong)(gong)變形(xing)(xing)度(du)(du)的(de)影(ying)(ying)響(xiang)效(xiao)果。
a. 化學成分的影響
合金(jin)元素對奧(ao)氏體不(bu)銹鋼(gang)冷(leng)加工變(bian)形(xing)強化的(de)影響是復雜的(de),綜合各方面的(de)研究報道,基(ji)本觀點(dian)如下:
①. 對屈(qu)服(fu)強度的影響
奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼(gang)冷(leng)變(bian)形(xing)過程中(zhong),在發(fa)生屈服(fu)前,由于冷(leng)變(bian)形(xing)量不大,不至于引起大量奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)向(xiang)馬氏(shi)(shi)體(ti)的轉變(bian),此(ci)時(shi),強化效(xiao)果主要是原來固溶(rong)于奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)中(zhong)的合(he)金(jin)元素的固溶(rong)強化作用結(jie)果,所以,填隙型合(he)金(jin)元素,如(ru)碳(tan)、氮等作用較(jiao)大,亦即(ji)含碳(tan)、氮較(jiao)多的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼(gang)的屈服(fu)強度較(jiao)高。
②. 對破斷(抗拉)強度的(de)影響(xiang)
奧(ao)氏(shi)(shi)體不銹鋼在冷(leng)(leng)變(bian)形(xing)發生屈服后,變(bian)形(xing)量較大,強化(hua)效(xiao)果(guo)明顯了,此階段影響奧(ao)氏(shi)(shi)體穩定性的因素起主導作用,即降低奧(ao)氏(shi)(shi)體穩定性的合金元素影響較大,如硅(gui)、鉬、鉻增加冷(leng)(leng)變(bian)形(xing)強化(hua)效(xiao)果(guo)、提(ti)高抗拉(la)強度,而鎳、銅則減小冷(leng)(leng)變(bian)形(xing)強化(hua)的效(xiao)果(guo),降低抗拉(la)強度。
實際上(shang),合(he)金(jin)元(yuan)素對奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼冷(leng)(leng)加工(gong)變(bian)形的強(qiang)化(hua)作用(yong)(yong)是復雜的,以碳(tan)為(wei)例,碳(tan)既有對奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)固溶強(qiang)化(hua),從而提高奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼冷(leng)(leng)加工(gong)變(bian)形強(qiang)化(hua)的作用(yong)(yong),也有穩定奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti),使奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)向(xiang)馬氏(shi)體(ti)(ti)轉(zhuan)變(bian)發生(sheng)困難(nan),從而降低奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼冷(leng)(leng)加工(gong)變(bian)形強(qiang)化(hua)的作用(yong)(yong)。而且(qie),還會依碳(tan)含量的不(bu)(bu)同,作用(yong)(yong)程度也不(bu)(bu)同。圖(tu)3-5顯示了碳(tan)對兩種奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不(bu)(bu)銹鋼冷(leng)(leng)加工(gong)強(qiang)化(hua)的影(ying)響效果。
鉻(ge)和鎳的作用見圖 3-20 。
從(cong)圖3-20可見,當(dang)鉻量相同(tong)(tong)時,鎳(nie)的硬化效果隨其含(han)(han)量的增加而(er)減小(xiao),這(zhe)是由(you)于鎳(nie)穩(wen)定了(le)(le)奧氏(shi)體,影響了(le)(le)奧氏(shi)體向馬氏(shi)體轉變的結果。圖3-5含(han)(han)鉻相同(tong)(tong)而(er)含(han)(han)鎳(nie)不(bu)同(tong)(tong)的兩條曲線也驗證了(le)(le)這(zhe)個(ge)結論。
在鎳≤12%的(de)(de)范圍(wei)內,當(dang)鎳含量相同時,鉻的(de)(de)硬化效果隨鉻含量的(de)(de)增(zeng)加而減小,這是因為鉻的(de)(de)增(zeng)加會使(shi)組織(zhi)中產生δ鐵素體(ti),從(cong)而使(shi)可(ke)向馬氏(shi)體(ti)轉變(bian)(bian)的(de)(de)奧氏(shi)體(ti)比例減少(shao)。同時,鉻作為合金元素,對奧氏(shi)體(ti)的(de)(de)轉變(bian)(bian)點Md也產生一定的(de)(de)降低作用,減弱了發生轉變(bian)(bian)的(de)(de)可(ke)能性。
在鎳≥14%的(de)范圍內,鉻(ge)對硬(ying)(ying)化(hua)效(xiao)果的(de)作用不(bu)明顯(xian)了,這(zhe)可(ke)能(neng)是因(yin)為(wei)此時(shi)的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)已經(jing)很穩定了,冷加工變(bian)形已不(bu)再使奧(ao)氏(shi)體(ti)發生向(xiang)馬氏(shi)體(ti)轉變(bian),鉻(ge)只起到(dao)固溶(rong)強化(hua)的(de)作用,隨鉻(ge)含量(liang)的(de)增加,硬(ying)(ying)化(hua)效(xiao)果也略有增加。
b. 冷加工變(bian)形度的影響
奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)冷加(jia)(jia)工(gong)變(bian)(bian)形(xing)強(qiang)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)效果(guo)與冷加(jia)(jia)工(gong)變(bian)(bian)形(xing)度(du)(du)(du)(du)有(you)較大的(de)(de)(de)關系(xi)。一(yi)般規律是隨冷加(jia)(jia)工(gong)變(bian)(bian)形(xing)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)增加(jia)(jia),強(qiang)化(hua)(hua)效果(guo)增大,即屈服強(qiang)度(du)(du)(du)(du)、抗拉(la)強(qiang)度(du)(du)(du)(du)提(ti)高,而(er)且屈強(qiang)比也顯著提(ti)高,有(you)文獻(xian)報(bao)道,固(gu)溶狀態奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)屈強(qiang)比一(yi)般為30%~45%;而(er)冷加(jia)(jia)工(gong)變(bian)(bian)形(xing)強(qiang)化(hua)(hua)后,依(yi)變(bian)(bian)形(xing)度(du)(du)(du)(du)不同(tong),屈強(qiang)比最高可(ke)達85%~90%,這在多年的(de)(de)(de)生產實踐中也得到了(le)證(zheng)明,奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)冷加(jia)(jia)工(gong)變(bian)(bian)形(xing)度(du)(du)(du)(du)達到10%~12%時(shi),屈強(qiang)比即可(ke)達到70%~75%.當(dang)然,隨著強(qiang)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)增加(jia)(jia),其(qi)塑性和沖擊韌(ren)性將有(you)明顯的(de)(de)(de)降低。圖3-21及表3-4均顯示出了(le)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體不銹鋼(gang)(gang)隨冷加(jia)(jia)工(gong)變(bian)(bian)形(xing)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)增加(jia)(jia)對力學性能的(de)(de)(de)影響。
還有,隨著冷(leng)加工變形(xing)度的增(zeng)加,奧氏體不銹鋼的磁導率也明(ming)顯增(zeng)加,這(zhe)也說明(ming),隨著冷(leng)加工變形(xing)度的增(zeng)加,奧氏體向馬氏體的轉變量增(zeng)加了(le)。
冷加工(gong)變(bian)形(xing)(xing)雖可(ke)使奧氏體不(bu)銹鋼強化,但(dan)需要對其進行大(da)的冷加工(gong)變(bian)形(xing)(xing),這對于截面較大(da)或(huo)形(xing)(xing)狀(zhuang)復雜(za)的零部(bu)件,在工(gong)藝(yi)上難以實(shi)現。
此(ci)外,由于(yu)冷加工變形后,鋼的(de)塑性(xing)、韌性(xing)指標(biao)下降(jiang),又因有較大(da)的(de)應(ying)力(li),會在(zai)應(ying)力(li)腐(fu)蝕環境中增加應(ying)力(li)腐(fu)蝕的(de)敏(min)感(gan)性(xing),所以,在(zai)實際應(ying)用中受到一定的(de)限制。
2. 冷加工(gong)變形強化后的去應力(li)處理(li)
奧氏體不(bu)銹鋼或制品(彈(dan)簧(huang),螺栓等)經冷加(jia)(jia)工(gong)變形強化后(hou)(hou),存在(zai)(zai)較大的(de)加(jia)(jia)工(gong)應力(li)(li)(li),這種(zhong)應力(li)(li)(li)的(de)存在(zai)(zai)導致在(zai)(zai)應力(li)(li)(li)腐蝕(shi)環境中(zhong)使(shi)用(yong)時,增加(jia)(jia)了應力(li)(li)(li)腐蝕(shi)的(de)敏(min)感性(xing)(xing),影響尺寸(cun)的(de)穩定(ding)性(xing)(xing)。為(wei)減小應力(li)(li)(li),可采用(yong)去應力(li)(li)(li)處(chu)理(有的(de)叫應力(li)(li)(li)松弛處(chu)理)。一般是加(jia)(jia)熱到(dao)280~400℃保(bao)持2~3h后(hou)(hou)空(kong)冷或緩冷。去應力(li)(li)(li)處(chu)理不(bu)僅可減少制件的(de)應力(li)(li)(li),還(huan)會在(zai)(zai)延伸率(lv)無(wu)大改變的(de)情況下,使(shi)硬度(du)強度(du)及彈(dan)性(xing)(xing)極限得到(dao)提高,見圖3-22和表3-5。