【正文】 氏體中，然后快速冷卻，使碳呈固溶狀態(tài)的奧氏體保持到常溫，這―處理過(guò)程即為固溶處理。不銹鋼是一種特殊的鋼種，鋼中的鎳、鉻含量很高，由于鎳、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(diǎn)：加熱溫度較高，加熱時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)；不銹鋼的導(dǎo)熱率低，在低溫時(shí)溫度均勻性差；奧氏體型不銹鋼高溫膨脹較嚴(yán)重； 爐內(nèi)氣氛控制很重要，要防止出現(xiàn)滲碳、滲氮及脫碳和過(guò)氧化現(xiàn)象；不銹鋼的表面光澤對(duì)產(chǎn)品的使用及價(jià)格有決定性的影響，熱處理時(shí)產(chǎn)生的氧化鐵皮，將嚴(yán)重影響表面光澤；要確保避免不銹鋼表面的劃傷：熱處理時(shí)產(chǎn)生變形。不銹鋼熱處理工藝的優(yōu)劣對(duì)不銹鋼的耐蝕、耐熱性有很大影響，而且對(duì)不銹鋼的加工性能起著決定性的作用。含鉻不銹鋼還集機(jī)械強(qiáng)度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可滿(mǎn)足建筑師和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的需要。這類(lèi)鋼是在淬火、回火處理后使用的。與奧氏體不銹鋼相比，強(qiáng)度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。這類(lèi)鋼中含有大量的Ni和Cr，使鋼在室溫下呈奧氏體狀態(tài)。奧氏體不銹鋼：含鉻大于18%，還含有 8%左右的鎳及少量鉬、鈦、氮等元素。鐵素體不銹鋼：含鉻12%～30%。不銹鋼的耐蝕性取決于鋼中所含的合金元素。高硬度的馬氏體表面層對(duì)不銹鋼軸承、工具和齒輪很有利；而高強(qiáng)度和韌性的奧氏體表面層可提高不銹鋼件(如液流機(jī)械中的泵和閥門(mén)等)的耐空氣和液體的腐蝕性。因此滲氮層淺一直是滲氮工藝中存在的問(wèn)題。傳統(tǒng)的不銹鋼滲氮工藝，一般采用的溫度為500～ 6OO℃。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。21 結(jié)果與討論20 試驗(yàn)材料及方法193 滲氮溫度對(duì)奧氏體不銹鋼性能的影響16 X射線(xiàn)分析14 顯微硬度10 沉淀硬化型不銹鋼7 不銹鋼的主要作用奧氏體不銹鋼的高塑性、高耐蝕性、良好的焊接性能、韌性和和低溫韌性、無(wú)磁性、易加工的優(yōu)點(diǎn),使其在石油、化工、耐磨性較差,使用受到一定的限制。特別是從20世紀(jì)60年代末以來(lái)，全世界不銹鋼的產(chǎn)量基本保持年均4％的增長(zhǎng)率，不銹鋼的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。不銹鋼之所以能得到如此迅猛的發(fā)展，一個(gè)重要的因素是其具有耐蝕、耐熱性。為了提高奧氏體不銹鋼的硬度和耐磨性,應(yīng)用較多的是對(duì)奧氏體不銹鋼表面進(jìn)行氮化處理。6 不銹鋼的分類(lèi)10 馬氏體不銹鋼19 試驗(yàn)結(jié)論20 試樣表征214 不銹鋼固溶滲氮275 滲氮溫度對(duì)3Cr13不銹鋼表面滲氮層組織和性能的影響27 試樣制備與試驗(yàn)方法固溶滲氮是1993年在Wiesbaden的熱處理學(xué)術(shù)研討會(huì)上作為不銹鋼表面改性新工藝提出來(lái)的。保溫時(shí)間為25—50 h，～ mm。而固溶滲氮很好地解決了這一問(wèn)題，在1 100—1150℃ mm。1．1 不銹鋼材料簡(jiǎn)介不銹鋼（Stainless Steel）指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼，又稱(chēng)不銹耐酸鋼。不銹鋼基本合金元素還有鎳、鉬、鈦、鈮、銅、氮等，以滿(mǎn)足各種用途對(duì)不銹鋼組織和性能的要求。其耐蝕性、韌性和可焊性隨含鉻量的增加而提高，耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)于其他種類(lèi)不銹鋼。綜合性能好，可耐多種介質(zhì)腐蝕。這類(lèi)鋼具有良好的塑性、韌性、焊接性和耐蝕性能，在氧化性和還原性介質(zhì)中耐蝕性均較好，用來(lái)制作耐酸設(shè)備，如耐蝕容器及設(shè)備襯里、輸送管道、耐硝酸的設(shè)備零件等。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。 不銹鋼的主要作用不銹鋼不易產(chǎn)生腐蝕、點(diǎn)蝕、銹蝕或磨損。 不銹鋼從20世紀(jì)初發(fā)明至今不足百年的時(shí)間，但其發(fā)展和應(yīng)用的勢(shì)頭卻異常迅猛。因此，不銹鋼的熱處理工藝在不銹鋼的生產(chǎn)過(guò)程中一直處于十分重要的地位。不銹鋼按其組織可以分為奧氏體、馬氏體和鐵素體三類(lèi)（此外還有沉淀硬化型、鐵素體奧氏體型等），這三類(lèi)不銹鋼的熱處理無(wú)論是處理方法還是目的都不盡相同。奧氏體不銹鋼加熱溫度主要是依據(jù)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(shí)固溶需要3分鐘，在1176℃，在1000℃則需要長(zhǎng)達(dá)10分鐘。所以，對(duì)于斷面大的奧氏體不銹鋼都需要預(yù)熱到700～800℃，然后再快速升溫，對(duì)于斷面小的奧氏體不銹鋼（如帶鋼）如果升溫速度過(guò)慢，碳化物會(huì)充分析出，就會(huì)導(dǎo)致固溶時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，美國(guó)阿姆科公司曾制定過(guò)一個(gè)經(jīng)典的加熱時(shí)間表（見(jiàn)表3表32）。 鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼是以鉻為主要合金元素，其含量為12％～30％Cr。該鋼種無(wú)淬透性，同奧氏體鋼一樣不能通過(guò)熱處理使其硬化，而且由于加熱引起的晶粒長(zhǎng)大比奧氏體鋼既快且晶粒度又大。材料如果在此溫度范圍內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，很容易發(fā)生475℃脆性現(xiàn)象，即硬度增高，延伸率大幅下降，甚至為零，同時(shí)材料的耐蝕性也降低。這類(lèi)不銹鋼有明顯的相變點(diǎn)，可以通過(guò)淬火而硬化。在升溫使碳化物固溶時(shí)，因碳擴(kuò)散速度較慢，為得到均勻的奧氏體組織，力口熱溫度一般要比臨界點(diǎn)溫度高50℃以上，而且還必須有一定的保溫時(shí)間，以便使碳化物充分、均勻溶解。馬氏體不銹鋼有回火脆性，回火溫度一般不應(yīng)低于580℃。奧氏體型不銹鋼屈服強(qiáng)度較低，只有200N/mm2左右，不宜作為結(jié)構(gòu)鋼使用；而馬氏體不銹鋼雖然可以通過(guò)淬火、回火等熱處理形式獲得較高的屈服強(qiáng)度，但其耐蝕性較差。 通過(guò)適當(dāng)?shù)臅r(shí)效處理可獲得要求的力學(xué)性能。該鋼種的熱處理是先進(jìn)行固溶處理，在材料加熱到1000～1100℃后快冷，然后根據(jù)不同的力學(xué)性能要求，在不同溫度下進(jìn)行時(shí)效處理，如621℃、565℃、510℃時(shí)效。 2 奧氏體不銹鋼固溶滲氮奧氏體不銹鋼的高塑性、高耐蝕性、良好的焊接性能、韌性和和低溫韌性、無(wú)磁性、易加工的優(yōu)點(diǎn)，使其在石油、化工、食品及醫(yī)藥等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，但由于奧氏體不銹鋼的硬度偏低(HV200—250)、耐磨性較差，使用受到一定的限制．為了提高輿氏體不銹鋼的硬度和耐磨性，應(yīng)用較多的是對(duì)奧氏體不銹鋼表面進(jìn)行氮化處理。 試驗(yàn)方法固溶滲氮實(shí)驗(yàn)在圖41所示的裝置中進(jìn)行。工作電極即待研究試樣，輔助電極為超純鉑片，參比電極為飽和甘汞電極，實(shí)驗(yàn)所得電位均相對(duì)于飽和甘汞電極電位(SCE)，綜合腐蝕測(cè)試儀的電位量程為一2000 mV～+2000 mV。滲氮后爐冷試樣滲氮層有大量的氮化物在晶界上析出(如圖43b)，這是由于隨爐緩冷條件下，氮在奧氏體中的溶解度下降，氮化物在奧氏體晶界擇優(yōu)生長(zhǎng)。結(jié)果表明氮化后試樣的顯微硬度從表面至心部逐漸降低。從圖中可以看出，滲氮溫度在900℃至1150℃變化時(shí)。圖45(c)為滲氮溫度為1050℃、保溫時(shí)間4h時(shí)，不同氮?dú)鈮毫ο碌牡獫舛确植记€(xiàn)．從圖45(c)中可以看到，～，試樣表面氮含量隨氮?dú)鈮毫Φ脑龃蠖黾?，％，滲氮壓力為1MPa時(shí)，％，％．隨氮?dú)鈮毫Φ脑龃鬂B氮層深度變化不大，其氮濃度分布曲線(xiàn)也比較接近。氮化試樣的鈍態(tài)電流密度明顯低于未氮化試樣，由于金屬腐蝕速率與其腐蝕電流密度成正比，因此，可用腐蝕電流密度來(lái)表示腐蝕速度的大小。圖47 304奧氏體不銹鋼在1mol/L的硫酸溶液中的陽(yáng)極極化曲線(xiàn) 試驗(yàn)結(jié)論，滲氮溫度在900℃～1 150℃之間、保溫時(shí)間在2h～16h之間、滲氮壓力在0．1MPa一2MPa之間變化時(shí)。，表面將形成單相奧氏體；而在爐冷條件下，除了奧氏體相外，表面還析出了CrN相。通過(guò)離子滲氮提高不銹鋼的表面強(qiáng)度，從而提高其耐磨性能來(lái)延長(zhǎng)使用壽命是一種有效的方法奧氏體不銹鋼不能通過(guò)相變進(jìn)行強(qiáng)化，而且常規(guī)離子滲氮由于滲氮溫度高(500℃以上)，滲層中有Cr 的氮化物析出，使基體貧鉻，在表面硬度顯著提高的同時(shí)表面耐腐蝕性能?chē)?yán)重惡化，失去了不銹鋼的特性。測(cè)溫系統(tǒng)由紅外測(cè)溫儀IT8 測(cè)量。兩組實(shí)驗(yàn)條件均為：在試樣加熱到保溫溫度前采用高電壓低氣壓，加強(qiáng)離子濺射，去除不銹鋼表面的鈍化層；保溫時(shí)氣壓為250～300 Pa，電壓為650～750V，占空比根據(jù)溫度調(diào)整，保溫時(shí)間均為4 h，保溫結(jié)束后繼續(xù)通NH3抽真空保護(hù)，自然冷卻到室溫后開(kāi)爐，取出試樣。由于所得到的滲層比較薄，試驗(yàn)用小的載荷測(cè)量準(zhǔn)確，采用50g 載荷， 載荷時(shí)間為15s。圖52為試樣橫截面滲層金相圖，其中圖52(a)為試樣S1的橫截面滲層金相圖，圖52(b)為S2的橫截面滲層金相圖，其滲層深度為65μm。其原因是滲氮溫度低，活性[N]離子少，[N]離子擴(kuò)散系數(shù)關(guān)系式為：D=D0EQ/RT。從圖52的滲氮層微觀組織來(lái)看，試樣S1的滲氮層經(jīng)腐蝕液腐蝕后呈白亮色，沒(méi)有看到明顯的滲氮層；而試樣S2的滲氮層經(jīng)腐蝕液腐蝕后呈黑灰色。由圖53可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)滲氮處理的奧氏體不銹鋼其耐磨性能比未處理時(shí)提高了4～5 倍。從腐蝕液中取出試樣吹干后用分析天平稱(chēng)出它們的質(zhì)量， 與浸泡前的質(zhì)量相比，未經(jīng)滲氮處理、10102 102 mg/mm2，其耐磨性能提高4～5倍，而耐腐蝕性基本保持不變；常規(guī)滲氮溫度下離子滲氮，雖然耐磨性能也提高4～5倍，但由于奧氏體不銹鋼表面有鉻的氮化物析出，使其耐腐蝕性能大幅度下降。但提高溫度，滲氮速度加快，又會(huì)使表面層的硬度有所下降。然而根據(jù)合金的成分，淬火后也能得到高強(qiáng)度的奧氏體表面層。固溶滲氮工藝至少可改變表面層性能。隨溫度的升高．氮的溶解度增大：隨PN的增加，氮的溶解度增大；而合金元素與氮的吸引力增強(qiáng)可提高氮的溶解度。不銹鋼最適于固溶滲氮。由于N和cr之間強(qiáng)的吸引力，與純鐵相比，不銹鋼中氮的擴(kuò)散將受到阻礙。唯一晶粒細(xì)化的方法是在低于TN下遇火后接著加工硬化。心部為鐵素體／馬氏體或馬氏體與表面層為馬氏體的組合可用于不銹鋼軸承、工具、齒輪等