【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，加熱時間也相對較長；不銹鋼的導(dǎo)熱率低，在低溫時溫度均勻性差；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、滲氮及脫碳和過氧化現(xiàn)象；不銹鋼的表面光澤對產(chǎn)品的使用及價格有決定性的影響，熱處理時產(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：熱處理時產(chǎn)生變形。不銹鋼熱處理工藝的優(yōu)劣對不銹鋼的耐蝕、耐熱性有很大影響，而且對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，可滿足建筑師和結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的需要。這類鋼是在淬火、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 試驗材料及方法193 滲氮溫度對奧氏體不銹鋼性能的影響16 X射線分析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，全世界不銹鋼的產(chǎn)量基本保持年均4％的增長率，不銹鋼的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大到了國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。不銹鋼之所以能得到如此迅猛的發(fā)展，一個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)用較多的是對奧氏體不銹鋼表面進(jìn)行氮化處理。6 不銹鋼的分類10 馬氏體不銹鋼19 試驗結(jié)論20 試樣表征214 不銹鋼固溶滲氮275 滲氮溫度對3Cr13不銹鋼表面滲氮層組織和性能的影響27 試樣制備與試驗方法固溶滲氮是1993年在Wiesbaden的熱處理學(xué)術(shù)研討會上作為不銹鋼表面改性新工藝提出來的。保溫時間為25—50 h，～ mm。而固溶滲氮很好地解決了這一問題，在1 100—1150℃ mm。1．1 不銹鋼材料簡介不銹鋼（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，以滿足各種用途對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)于其他種類不銹鋼。綜合性能好，可耐多種介質(zhì)腐蝕。這類鋼具有良好的塑性、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間，但其發(fā)展和應(yīng)用的勢頭卻異常迅猛。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（此外還有沉淀硬化型、鐵素體奧氏體型等），這三類不銹鋼的熱處理無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℃時固溶需要3分鐘，在1176℃，在1000℃則需要長達(dá)10分鐘。所以，對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，對于斷面小的奧氏體不銹鋼（如帶鋼）如果升溫速度過慢，碳化物會充分析出，就會導(dǎo)致固溶時間過長，美國阿姆科公司曾制定過一個經(jīng)典的加熱時間表（見表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。該鋼種無淬透性，同奧氏體鋼一樣不能通過熱處理使其硬化，而且由于加熱引起的晶粒長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)停留時間過長，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，同時材料的耐蝕性也降低。這類不銹鋼有明顯的相變點(diǎn)，可以通過淬火而硬化。在升溫使碳化物固溶時，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。 通過適當(dāng)?shù)臅r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)行時效處理，如621℃、565℃、510℃時效。 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)用較多的是對奧氏體不銹鋼表面進(jìn)行氮化處理。 試驗方法固溶滲氮實驗在圖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，實驗所得電位均相對于飽和甘汞電極電位(SCE)，綜合腐蝕測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。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。圖45(c)為滲氮溫度為1050℃、保溫時間4h時，不同氮?dú)鈮毫ο碌牡獫舛确植记€．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，％，％．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的硫酸溶液中的陽極極化曲線 試驗結(jié)論，滲氮溫度在900℃～1 150℃之間、保溫時間在2h～16h之間、滲氮壓力在0．1MPa一2MPa之間變化時。，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延長使用壽命是一種有效的方法奧氏體不銹鋼不能通過相變進(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表面耐腐蝕性能嚴(yán)重惡化，失去了不銹鋼的特性。測溫系統(tǒng)由紅外測溫儀IT8 測量。兩組實驗條件均為：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爐，取出試樣。由于所得到的滲層比較薄，試驗用小的載荷測量準(zhǔn)確，采用50g 載荷， 載荷時間為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看，試樣S1的滲氮層經(jīng)腐蝕液腐蝕后呈白亮色，沒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，經(jīng)過滲氮處理的奧氏體不銹鋼其耐磨性能比未處理時提高了4～5 倍。從腐蝕液中取出試樣吹干后用分析天平稱出它們的質(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