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　　不鏽鋼的熱處理特點及工藝製度

　　不鏽鋼從(cong) 20世紀初發明至今不足百年的時間，但其發展和應用的勢頭卻異常迅猛。 特別是從(cong) 20世紀60年代末以來，全世界不鏽鋼的產(chan) 量基本保持年均 4%的增長率，不鏽鋼的應用範圍逐步擴大到了國民經濟的各個(ge) 領域。不鏽鋼之所以能得到如此迅猛的發 展，一個(ge) 重要的因素是其具有耐蝕、耐熱性。不鏽鋼熱處理工藝的優(you) 劣對不鏽鋼的耐蝕、 耐熱性有很大影響，而且對不鏽鋼的加工性能起著決(jue) 定性的作用。因此，不鏽鋼的熱處 理工藝在不鏽鋼的生產(chan) 過程中一直處於(yu) 十分重要的地位。

　　1.不鏽鋼熱處理的特點

　　不鏽鋼的熱處理是為(wei) 了改變其物理性能、力學性能、殘餘(yu) 應力及恢複由於(yu) 預先加工和加熱受到嚴(yan) 重影響的抗腐蝕能力，以便得到不鏽鋼的最佳使用性能或者使不鏽鋼能夠 進行進一步的冷、熱加工。所謂的熱處理就是針對不同組織、不同類型的不鏽鋼進行相 應的退火、淬火與(yu) 回火、正火等處理。

　　不鏽鋼是一種特殊的鋼種，鋼中的鎳、鉻含量很高，由於(yu) 鎳、鉻等合金化元素的存 在，其熱處理具有普通鋼熱處理所不具備的特點：

　　加熱溫度較高，加熱時間也相對較長。

　　不鏽鋼的導熱率低，在低溫時溫度均勻性差。

　　奧氏體(ti) 型不鏽鋼高溫膨脹較嚴(yan) 重。

　　爐內(nei) 氣氛控製很重要，要防止出現滲碳、滲氮及脫碳和過氧化現象。

　　不鏽鋼的表麵光澤對產(chan) 品的使用及價(jia) 格有決(jue) 定性的影響，熱處理時產(chan) 生的氧化 鐵皮，將嚴(yan) 重影響表麵光澤。

　　要確保避免不鏽鋼表麵的劃傷(shang) 及防 II：熱處理時產(chan) 生變形。不鏽鋼按其組織可 以分為(wei) 奧氏體(ti) 、馬氏體(ti) 和鐵素體(ti) 三類(此外還有沉澱硬化型、鐵素體(ti) 奧氏體(ti) 型 等)，這三類不鏽鋼的熱處理無論是處理方法還是目的都不盡相同。

　　① 奧氏體(ti) 型不鏽鋼

　　這類不鏽鋼應用最廣泛，使用量也最大。其特點是在常溫下為(wei) 奧氏體(ti) 組織，不發生相變，不能通過熱處理使其硬化，但可以用冷加工進行硬化。常用熱處理方法是固溶處理。

　　② 鐵素體(ti) 型不鏽鋼

　　這類不鏽鋼一般沒有 ν-α 轉變，在高溫和常溫下都是鐵素體(ti) 組織，沒有相變。但是當鋼中含有一定量的碳、氮等奧氏體(ti) 形成元素時，在高溫下也能形成奧氏體(ti) 組織，此類鋼不能通過熱處理使之強化，隻能進行退火處理，消除內(nei) 應力，便於(yu) 進一步加工。

　　③ 馬氏體(ti) 型不鏽鋼

　　這類不鏽鋼有明顯的相變點，在高溫下為(wei) 奧氏體(ti) 組織，冷卻時可以發生馬氏體(ti) 相變，轉變為(wei) 馬氏體(ti) 組織而硬化。因為(wei) 其含鉻高，淬透性好，可以采用淬火、回火等多種熱處 理方法。

　　本文就應用較為(wei) 廣泛的三類不鏽鋼分別論述其熱處理方法及特點。

　　2.奧氏體(ti) 不鏽鋼

　　奧氏體(ti) 不鏽鋼的代表鋼種是 18-8 鋼(304)，因為(wei) 是奧氏體(ti) 組織，所以具有無磁性 且沒有淬硬性等特點。由於(yu) 該鋼種不發生相變，其熱處理就是加熱到高溫(一般在1000℃以上)，奧氏體(ti) 再結晶的同時，使在加工中產(chan) 生的碳化物和。相分解物固溶到奧 氏體(ti) 中，然後快速冷卻，使碳呈固溶狀態的奧氏體(ti) 保持到常溫，這―處理過程即為(wei) 固溶 處理。表 1 為(wei) 奧氏體(ti) 不鏽鋼的參考退火溫度。

　　表 1：奧氏體(ti) 不鏽鋼參考退火溫度

　　奧氏體(ti) 不鏽鋼加熱溫度主要是依據碳化物的固熔速度而確定的，有資料指出像 304鋼的碳化物在 1065℃時固溶需要 3 分鍾，在 1176℃需要 1.5 分鍾，在 1000℃則需要 長達 10 分鍾。從(cong) 這個(ge) 角度而言，加熱溫度越高越好，但加熱溫度偏高同時又可能引起 晶粒過分長大、氧化鐵皮增厚等缺陷。因為(wei) 奧氏體(ti) 型不鏽鋼無法通過相變來細化晶粒， 如果晶粒過大，會(hui) 使材料的抗拉強度明顯下降。

　　就加熱時間而言，不鏽鋼的導熱率低(特別是在低溫時)，升到高溫後(700―800℃) 導熱率才有提高。所以，對於(yu) 斷麵大的奧氏體(ti) 不鏽鋼都需要預熱到 700～800℃，然後 再快速升溫，對於(yu) 斷麵小的奧氏體(ti) 不鏽鋼(如帶鋼)如果升溫速度過慢，碳化物會(hui) 充分析出，就會(hui) 導致固溶時間過長，美國阿姆科公司曾製定過一個(ge) 經典的加熱時間表(見表2、表 3)。 由於(yu) 不鏽鋼中的鉻形成的鉻基氧化物在酸洗中較難去除，因此在熱處理時要控製鉻基氧化物的形成，對於(yu) 有特殊要求的不鏽鋼，可采用光亮退火形式進行熱處理。

　　表 2：奧氏體(ti) 不鏽鋼固溶處理保溫時間

　　表 3：奧氏體(ti) 不鏽鋼固溶處理加熱時間

　　為(wei) 防止已固溶的碳化物析出，冷卻速度也很重要，特別是在 600～700℃時，碳化物析出較多而發生敏化，所以必須進行快速冷卻。由於(yu) 奧氏體(ti) 不鏽鋼導熱率低，對於(yu) 斷 麵較大的材料，無論怎樣快冷，中心部位的冷卻程度仍然很慢，往往因碳化物析出較多 而發生敏化。所以在實際生產(chan) 中，斷麵較大的材料一般考慮采用加入 Ti、Nb 等元素的 穩定化奧氏體(ti) 不鏽鋼，因為(wei) Ti、Nb 等元素對碳親(qin) 和力較大，這類穩定化奧氏體(ti) 不鏽鋼(如 321、347 等)可以不需要水淬或其它快速冷卻措施進行快冷。

　　3.鐵素體(ti) 不鏽鋼

　　鐵素體(ti) 不鏽鋼是以鉻為(wei) 主要合金元素，其含量為(wei) 12%～30%Cr。此類鋼為(wei) 單相組 織，沒有相變，具有強磁性。其典型的代表鋼種是 430。美國在 6 0 年代以降低不鏽鋼 成本為(wei) 目標開發的廉價(jia) 不鏽鋼種 409，廣泛地應用於(yu) 汽車、摩托車的消音器和下水管道 等，也是屬於(yu) 鐵素體(ti) 刁;鏽鋼這一類。

　　該鋼種無淬透性，同奧氏體(ti) 鋼一樣不能通過熱處理使其硬化，而且由於(yu) 加熱引起的 晶粒長大比奧氏體(ti) 鋼既快且晶粒度又大。因此在熱處理時為(wei) 避免晶粒長大以及發生奧氏體(ti) 相變，加熱溫度不宜過高，―般退火最高加熱溫度不超過 850℃。表 4 為(wei) 鐵素體(ti) 不鏽鋼的參考退火溫度。

　　表 4：鐵素鐵不鏽鋼的參考退火溫度

　　鐵素體(ti) 不鏽鋼在退火處理時，一定要縮短在 370～550℃溫度範圍內(nei) 的停留時間，特別是對於(yu) 高鉻的鐵素體(ti) 不鏽鋼。材料如果在此溫度範圍內(nei) 停留時間過長，很容易發生475℃脆性現象，即硬度增高，延伸率大幅下降，甚至為(wei) 零，同時材料的耐蝕性也降低。 有實驗表明：27Cr 鋼在 475℃加熱 100 小時後，材料在常溫時的抗拉強度增加 50%， 屈服強度增加 l50%，而延伸率為(wei) 零。此外該鋼種的焊接性能差(焊縫熱影響區晶粒粗 大且脆)。

　　4.馬氏體(ti) 不鏽鋼

　　馬氏體(ti) 不鏽鋼同前兩(liang) 種不鏽鋼的特性明顯不同，顧名思義(yi) ，就是從(cong) 高溫奧氏體(ti) 狀態快冷(淬火)轉變成馬氏體(ti) 組織而成的。這類不鏽鋼有明顯的相變點，可以通過淬火而 硬化。而且因其含鉻高，淬透性好，回火時可以在較大範圍內(nei) 調整其強度和韌性，因此， 馬氏體(ti) 不鏽鋼既可以作結構鋼用，也可以作工具鋼用。

　　馬氏體(ti) 不鏽鋼作為(wei) 工具鋼用時，處於(yu) 淬火狀態。為(wei) 進行淬火，必須加熱升溫到臨(lin) 界 點以上，以便碳化物固溶到奧氏體(ti) 中。在升溫使碳化物固溶時，因碳擴散速度較慢，為(wei) 得到均勻的奧氏體(ti) 組織，力口熱溫度一般要比臨(lin) 界點溫度高 50℃以上，而且還必須有 一定的保溫時間，以便使碳化物充分、均勻溶解。當然，加熱時間過長、加熱溫度過高 會(hui) 造成馬氏體(ti) 組織不均勻，殘餘(yu) 奧氏體(ti) 組織增多，從(cong) 而使材料內(nei) 部因膨脹差而產(chan) 生內(nei) 應力。

　　馬氏體(ti) 鋼是熱裂紋敏感性鋼種，該鋼種在低溫時導熱率低，快速加熱時極易產(chan) 生裂 紋，因此在處理大斷麵材料時，應該先預熱，然後再快速升溫。表 5 為(wei) 馬氏體(ti) 不鏽鋼的 參考退火溫度。

　　表 5：馬氏體(ti) 不鏽鋼的參考退火溫度

　　在作結構鋼用時，應在淬火的基礎上進行回火(調質狀態)。馬氏體(ti) 不鏽鋼有回火脆性，回火溫度一般不應低於(yu) 580℃。從(cong) 回火溫度冷卻時，為(wei) 避免回火脆性一般采用油 冷;有時為(wei) 了得到較高的屈服極限，也可以采用空冷，但這時結構鋼的一個(ge) 重要力學指 標衝(chong) 擊值會(hui) 下降。需注意的是馬氏體(ti) 不鏽鋼在淬火後，應盡快回火，如不能盡快回火， 材料易產(chan) 生裂紋。

　　5.沉澱硬化型不鏽鋼

　　奧氏體(ti) 、鐵素體(ti) 、馬氏體(ti) 三類不鏽鋼雖然應用麵較廣，但作為(wei) 結構鋼使用，還存在著一些難以克服的缺陷。奧氏體(ti) 型不鏽鋼屈服強度較低，隻有 200N/mm2 左右，不宜作 為(wei) 結構鋼使用;而馬氏體(ti) 不鏽鋼雖然可以通過淬火、回火等熱處理形式獲得較高的屈服 強度，但其耐蝕性較差。對於(yu) 那些要求最佳抗蝕性能與(yu) 最大強度的用途，開發出了新型 的 Cr-Ni 不鏽鋼——沉澱硬化型不鏽鋼(也稱 PH 不鏽鋼)。

　　這種新型不鏽鋼的熱處理包括均勻化、完全退火、固溶熱處理、時效處理和轉變冷 卻。其特點是：

　　完全退火狀態較軟，易於(yu) 再加工。

　　通過適當的時效處理可獲得要求的力學性能。

　　具有與(yu) 同類不鏽鋼一樣的耐蝕性，提高了抗應力腐蝕斷裂的性能。

　　轉變冷卻適用於(yu) 低於(yu) 某溫度的冷卻。常用的沉澱硬化型不鏽鋼是馬氏體(ti) 型，其 代表鋼種是 631(0Crl7Ni7A1)。該鋼種的熱處理是先進行固溶處理，在材料 加熱到 1000～1100℃後快冷，然後根據不同的力學性能要求，在不同溫度下 進行時效處理，如 621℃、565℃、510℃時效。

　　結束語

　　從(cong) 以上分析可以看出，不鏽鋼的熱處理是比較複雜的，要根據不同鋼種的特點，采取不同的熱處理方式，才能夠滿足用戶不同的要求。