【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 呈奧氏體狀態(tài)。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。奧氏體不銹鋼一般采用固溶處理，即將鋼加熱至1050～1150℃，然后水冷，以獲得單相奧氏體組織。奧氏體鐵素體雙相不銹鋼：兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點(diǎn)，并具有超塑性。奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類(lèi)鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無(wú)室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時(shí)還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點(diǎn)。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。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。 馬氏體不銹鋼：強(qiáng)度高，但塑性和可焊性較差。馬氏體不銹鋼的常用牌號(hào)有1Cr13Cr13等，因含碳較高，故具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但耐蝕性稍差，用于力學(xué)性能要求較高、耐蝕性能要求一般的一些零件上，如彈簧、汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥等。這類(lèi)鋼是在淬火、回火處理后使用的。 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。不銹鋼還是建筑用金屬材料中強(qiáng)度最高的材料之一。由于不銹鋼具有良好的耐腐蝕性，所以它能使結(jié)構(gòu)部件永久地保持工程設(shè)計(jì)的完整性。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。 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。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。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。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。不銹鋼的熱處理是為了改變其物理性能、力學(xué)性能、殘余應(yīng)力及恢復(fù)由于預(yù)先加工和加熱受到嚴(yán)重影響的抗腐蝕能力，以便得到不銹鋼的最佳使用性能或者使不銹鋼能夠進(jìn)行進(jìn)一步的冷、熱加工。所謂的熱處理就是針對(duì)不同組織、不同類(lèi)型的不銹鋼進(jìn)行相應(yīng)的退火、淬火與回火、正火等處理。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。 奧氏體不銹鋼的代表鋼種是188鋼（304），因?yàn)槭菉W氏體組織，所以具有無(wú)磁性且沒(méi)有淬硬性等特點(diǎn)。由于該鋼種不發(fā)生相變，其熱處理就是加熱到高溫（一般在1000℃以上），奧氏體再結(jié)晶的同時(shí)，使在加工中產(chǎn)生的碳化物。相分解物固溶到奧氏體中，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。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。從這個(gè)角度而言，加熱溫度越高越好，但加熱溫度偏高同時(shí)又可能引起晶粒過(guò)分長(zhǎng)大、氧化鐵皮增厚等缺陷。因?yàn)閵W氏體型不銹鋼無(wú)法通過(guò)相變來(lái)細(xì)化晶粒，如果晶粒過(guò)大，會(huì)使材料的抗拉強(qiáng)度明顯下降。就加熱時(shí)間而言，不銹鋼的導(dǎo)熱率低（特別是在低溫時(shí)），升到高溫后（700―800℃）導(dǎo)熱率才有提高。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）。 表31奧氏體不銹鋼固溶處理保溫時(shí)間厚度，mm＜＜＜＜＞保溫時(shí)間，min515306060表32奧氏體不銹鋼固溶處理加熱時(shí)間工作直徑或厚度，mm到固溶化的升溫時(shí)間在固溶化溫度的保溫時(shí)間1/2h10～20min3/4h511h51761h761001h為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(shí)，碳化物析出較多而發(fā)生敏化，所以必須進(jìn)行快速冷卻。由于奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱率低，對(duì)于斷面較大的材料，無(wú)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(fā)生敏化。所以在實(shí)際生產(chǎn)中，斷面較大的材料一般考慮采用加入Ti、Nb等元素的穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼，因?yàn)門(mén)i、Nb等元素對(duì)碳親和力較大，這類(lèi)穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼（如 32347等）可以不需要水淬或其它快速冷卻措施進(jìn)行快冷。 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。此類(lèi)鋼為單相組織，沒(méi)有相變，具有強(qiáng)磁性。其典型的代表鋼種是430。美國(guó)在60年代以降低不銹鋼成本為目標(biāo)開(kāi)發(fā)的廉價(jià)不銹鋼種409，廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)、摩托車(chē)的消音器和下水管道等，也是屬于鐵素體鋼。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。因此在熱處理時(shí)為避免晶粒長(zhǎng)大以及發(fā)生奧氏體相變，加熱溫度不宜過(guò)高，―般退火最高加熱溫度不超過(guò)850℃。表33為鐵素體不銹鋼的參考退火溫度。表33鐵素鐵不銹鋼的參考退火溫度中國(guó) GB 4237美國(guó) AISI ASTM日本 JISG 4303退火溫度，℃1Cr17430SUS 430750～85000Cr12410LSUS 410L700～8200Cr13Al405SUS 405780～8301Cr15429SUS 429780～8501Cr17Mo434SUS 434780～850鐵素體不銹鋼在退火處理時(shí)，一定要縮短在370～550℃溫度范圍內(nèi)的停留時(shí)間，特別是對(duì)于高鉻的鐵素體不銹鋼。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。有實(shí)驗(yàn)表明：27Cr鋼在475℃加熱 100小時(shí)后，材料在常溫時(shí)的抗拉強(qiáng)度增加50％，屈服強(qiáng)度增加l50％，而延伸率為零。此外該鋼種的焊接性能差（焊縫熱影響區(qū)晶粒粗大且脆）。 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼同前兩種不銹鋼的特性明顯不同，顧名思義，就是從高溫奧氏體狀態(tài)快冷（淬火）轉(zhuǎn)變成馬氏體組織而成的。這類(lèi)不銹鋼有明顯的相變點(diǎn)，可以通過(guò)淬火而硬化。而且因其含鉻高，淬透性好，回火時(shí)可以在較大范圍內(nèi)調(diào)整其強(qiáng)度和韌性，因此，馬氏體不銹鋼既可以作結(jié)構(gòu)鋼用，也可以作工具鋼。馬氏體不銹鋼作為工具鋼用時(shí)，處于淬火狀態(tài)。為進(jìn)行淬火，必須加熱升溫到臨界點(diǎn)以上，以便碳化物固溶到奧氏體中。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。當(dāng)然，加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、加熱溫度過(guò)高會(huì)造成馬氏體組織不均勻，殘余奧氏體組織增多，從而使材料內(nèi)部因膨脹差而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。馬氏體鋼是熱裂紋敏感性鋼種，該鋼種在低溫時(shí)導(dǎo)熱率低，快速加熱時(shí)極易產(chǎn)生裂紋，因此在處理大斷面材料時(shí)，應(yīng)該先預(yù)熱，然后再快速升溫。在作結(jié)構(gòu)鋼用時(shí)，應(yīng)在淬火的基礎(chǔ)上進(jìn)行回火（調(diào)質(zhì)狀態(tài)）。馬氏體不銹鋼有回火脆性，回火溫度一般不應(yīng)低于580℃。從回火溫度冷卻時(shí)，為避免回火脆性一般采用油冷；有時(shí)為了得到較高的屈服極限，也可以采用空冷，但這時(shí)結(jié)構(gòu)鋼的一個(gè)重要力學(xué)指標(biāo)沖擊值會(huì)下降。需注意的是馬氏體不銹鋼在淬火后，應(yīng)盡快回火，如不能盡快回火，材料易產(chǎn)生裂紋。奧氏體、鐵素體、馬氏體三類(lèi)不銹鋼雖然應(yīng)用面較廣，但作為結(jié)構(gòu)鋼使用，還存在著一些難以克服的缺陷。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。對(duì)于那些要求最佳抗蝕性能與最大強(qiáng)度的用途，開(kāi)發(fā)出了新型的Cr－Ni不銹鋼——沉淀硬化型不銹鋼（也稱(chēng)PH不銹鋼）。這種新型不銹鋼的熱處理包括均勻化、完全退火、固溶熱處理、時(shí)效處理和轉(zhuǎn)變冷卻。其特點(diǎn)是：完全退火狀態(tài)較軟，易于再加工。 通過(guò)適當(dāng)?shù)臅r(shí)效處理可獲得要求的力學(xué)性能。 具有與同類(lèi)不銹鋼一樣的耐蝕性，提高了抗應(yīng)力腐蝕斷裂的性能。 轉(zhuǎn)變冷卻適用于低于某溫度的冷卻。常用的沉淀硬化型不銹鋼是馬氏體型，其代表鋼種是631（0Crl7Ni7A1）。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。 論文的目的和意義不銹鋼的固溶滲氮技術(shù)在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。這篇論文主要是通過(guò)各個(gè)方面對(duì)不銹鋼的固溶滲氮處理作了充分的闡述，能夠使大家充分了解到不銹鋼的固溶滲氮遠(yuǎn)離以及應(yīng)用。使之能在正常的生產(chǎn)中運(yùn)行，也為該項(xiàng)技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 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。傳統(tǒng)的不銹鋼氮化工藝雖然提高了不銹鋼的硬度，卻在氮化層中析出了氮化物，由于氮化物在奧氏體晶界擇優(yōu)生長(zhǎng)，消耗了鉻，導(dǎo)致奧氏體基體中的鉻減少，結(jié)果使不銹鋼的耐蝕性下降 。采用固溶滲氮工藝不但提高了奧氏體不銹鋼的硬度和耐磨性，而且提高了其耐蝕性能。 試驗(yàn)材料及方法 試驗(yàn)材料304奧氏體不銹鋼和904 L奧氏體不銹鋼化學(xué)成分見(jiàn)表1．從304 板材上切取尺寸為30mm x 10mm x 4 mm的試樣作為滲氮試樣，從9O4 L棒材上切取尺寸為直徑lO mm10 mm的試樣作為滲氮試樣．由于奧氏體不銹鋼的表面有一層致密的具有保護(hù)護(hù)性的鈍化膜（Cr2O3，NiO2等），阻礙了氮原子的滲入，因此，氮化前將試樣表面磨至500砂紙，以去除鈍化膜。 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。將磨制好的試樣放入一端焊接密封好的不銹鋼管中，鋼管的另一端連接純氮?dú)馄?。將鋼管的密封端伸入到管式電阻爐中，利用插入爐中的熱電偶測(cè)定固溶滲氮溫度。本文對(duì)固溶滲氮工藝進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，工藝參數(shù)的變化范圍為：固溶滲氮溫度900℃一1150℃，滲氮時(shí)間2h一16h．對(duì)試樣的冷卻方式采用水冷，為了觀察表面氮化物的析出情況，還對(duì)1000℃，1 MPa,8h氮化工藝下的試樣進(jìn)行了隨爐冷卻．將氮化試樣的橫截面用砂紙依次磨1200 ，拋光后，用王水腐蝕．在型號(hào)為JSM一6360LV的掃描電鏡下觀察試樣橫截面的金相組織．用HX1型顯微硬度計(jì)測(cè)定試樣橫截面的顯微硬度，實(shí)驗(yàn)載荷為0．98 N．從表面至心部每隔100μm打三個(gè)點(diǎn)取其平均值．部分試樣用D／Max38型x射線(xiàn)衍射儀進(jìn)行物相分析．采用EPMA1600型電子探針在橫截面上從表面向內(nèi)部逐點(diǎn)分析氮含量(電子束直徑為5μm，兩點(diǎn)間距離為50 μm～200μm)．圖41 固溶滲氮裝置采用CP5—1綜合腐蝕測(cè)試儀與三電極體系對(duì)氮化后的試樣進(jìn)行耐蝕性的測(cè)量，所用溶液為1 mol／L的稀硫酸。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。以60 mV／min的速度進(jìn)行陽(yáng)極極化掃描．為了比較氮化前后的耐蝕性能，切取氮化前后面積相同的試樣進(jìn)行耐蝕試驗(yàn)．為了避免縫隙腐蝕發(fā)生，采用圖42所示的封樣方法。試樣均