【正文】 溫度的試樣均有嚴重的晶界腐蝕，其原因是由于加熱溫度過低時(Cr，F(xiàn)e)23C6沒有溶解在奧氏體中，反而從奧氏體中析出于晶界上，造成晶內(nèi)貧鉻現(xiàn)象，加熱溫度過高時，雖熱碳化物都溶解于奧氏體中，即使用快冷的方法得到全部奧氏體，碳化物沒有析出，但在敏化溫度650℃1小時時，由于第一節(jié)中所述的原因，(Cr，F(xiàn)e)23C6仍將析出于晶界造成貧鉻，導致晶界腐蝕。 奧氏體不銹鋼晶間貧鉻現(xiàn)象最后對已經(jīng)過1070℃固溶處理的毛坯再在920℃保溫3小時(穩(wěn)定化處理)，此正好處于T1與T2之間，℃從而達到了使(Cr，F(xiàn)e)23C6溶解于奧氏體中，幾乎所有的C與Ti化合成TiC析出，不可能產(chǎn)生貧鉻現(xiàn)象，也就不可能產(chǎn)生晶界腐蝕傾向。經(jīng)上海鋼鐵研究所鑒定無晶界腐蝕傾向。還有一些不銹鋼毛坯是否一定要經(jīng)1070℃固溶處理后再920 ℃穩(wěn)定化處理，因為經(jīng)1070℃固溶處理后的晶粒度明顯長大，達4級，這就給機械性能特別有塑性、韌性指標帶來不利的影響。把其它毛坯直接在920℃保溫3小時后敏化處理(650℃1小時)，再做24小時腐蝕試驗，經(jīng)彎曲試驗及金相觀察，結(jié)果表明:直接在920 ℃穩(wěn)定化處理同樣可避免晶界腐蝕傾向，而且其晶粒度明顯提高(7級)。其機理同樣是由于穩(wěn)定化溫度時C與Ti化合成TiC析出，而Cr被穩(wěn)定在奧氏體內(nèi)，避免了在以后的敏化處理時有(Cr，F(xiàn)e)23C6析出一于晶界上。由此可見直洲920℃穩(wěn)定化處理除了同樣具有抗晶界腐蝕傾向之外，還有如下幾個優(yōu)點： a不需要高溫箱式爐，只要在中溫爐中加熱即可，降低了對設(shè)備的要求及延長設(shè)備壽命。 b節(jié)約能源 c晶粒沒有長大，從而可避免機械性能因晶粒長大而降低。 Ti與（Cr，F(xiàn)e）23C6在奧氏體里的溶解度曲線結(jié)論貧鉻現(xiàn)象是奧氏體不銹鋼產(chǎn)生腐蝕傾向的機理，含Ti奧氏體不銹鋼的抗晶界腐蝕傾向應(yīng)該以850℃950℃的穩(wěn)定化處理進行，才能避免貧鉻現(xiàn)象的產(chǎn)生。其具體溫度應(yīng)隨含碳量的升高而取高值，穩(wěn)定化處理之前不必進行1070℃的固溶處理，以免因晶粒長大而引起機械性能下降[13]。 奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的化學熱處理188型鎳鉻奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti是國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的鋼種，其優(yōu)點是具有較高的耐酸、耐磨和精美外觀等優(yōu)良特性，缺點是硬度較低，容易產(chǎn)生品間腐蝕。要使不銹鋼具有更好的耐磨(或硬度)、耐腐蝕及抗晶間腐蝕性能就必須按照一定的工藝，采用一定的軟氮化和氧化鹽浴進行熱處理，這是提高不銹鋼性能的一個很有效的方法。離了滲氮、離了滲碳可以提高它的耐磨性，但由于不銹鋼表面的氧化膜及鉻是強氧化物的形成元素，且普遍認為1Cr18Ni9Ti是難滲氮材料[z]，因此選用580℃士10℃的軟氮化鹽浴處理，此時氮的活性較高，而鉻的活性相對較低，不可能有CrN相大量析出。這種熱處理不會影響不銹鋼1Cr18Ni9Ti中C的含量(18% )，并能在不銹鋼表面形成氮化層，從而提高不銹鋼的表面耐磨(或硬度)、耐腐蝕及抗品間腐蝕性能。本文卞要研究該處理工藝在提高材料力學性能的同時，顯著提高不銹鋼表面抗腐蝕及晶間腐蝕性能的機理。a實驗過程利用箱式空氣爐對3種樣品(1號、2號、3號)在1 040℃士10℃做2h的固溶處理，其日的是使試樣內(nèi)的碳化物溶入奧氏體中，并使試樣奧氏體均勻化；做清潔拋光處理后，將1號、2號樣品放在580℃士10℃的軟氮化鹽浴中保溫3 h(這一過程是對固溶處理試樣作氮碳共滲)，然后將2號樣品放在水中直接冷卻，1號樣品在350℃士10℃的氧化鹽浴中保溫15 min后水冷。最后，再將3種樣品放在600℃士10℃的空氣爐中做2h敏化處理[14]。用X射線衍射儀對熱處理過的1號、2號樣品做表面組成相確定，并對處理過的3種樣品做耐磨試驗、金相觀察、顯微硬度試驗以及腐蝕試驗。通過這些試驗分別對這3種樣品的各種性能作全面的檢驗，特別是檢驗抗品間腐蝕性能。（1）試樣表面組成相的確定X射線衍射條件：CoKa、40kV、20mA、ω=2﹪min分別對1號、2號樣品作X衍射分析，獲得的譜線基本一致，這表明2種樣品表面成分相同。由X譜線圖利用2dsin θ=kλ（k=1，2，3……、衍射角λ= nm) ，可得到發(fā)生衍射的面間距d。由以上數(shù)據(jù)查卡片可得到下列相：ε相Fe3N；Υ′相CrN、Υ相ΥFe和Fe3O4。（2）耐磨試驗、顯微硬度試驗及金相觀察對樣品做耐磨試驗，試驗條件為：500號砂紙十磨，轉(zhuǎn)速為123 r/ min，(圖中失重量為:最初重量WO磨損后重量Wt /磨損截面S , mg/ cm178。) o可以明顯看出1號、2號、3號樣品的耐磨性能依次降低，1號、2號樣品的耐磨性能明顯優(yōu)于3號樣品，這說明氮化和氧化鹽浴處理對提高不銹鋼的耐磨性有明顯效果。用631型顯微硬度計分別測定3種樣品表面不同位置的硬度，、2號樣品的硬度隨距離變化曲線[15]。從3種樣品的顯微硬度曲線看，1號、2號樣品在靠近邊緣處硬度值突變，這是碳氮共滲處理產(chǎn)生氮化層的緣故，而在滲層以內(nèi)至心部的硬度值則很快降低，可見對1號、2號試樣的處理工藝都能提高奧氏體不銹鋼表面的硬度。 3種1Cr18Ni9Ti試樣耐磨曲線 2號樣品距表面不同距離處硬度曲線 2號樣品距表面不同距離處硬度曲線對3種試樣分別做金相觀察，首先將圓柱體樣品的端面磨去2mm厚，然后觀察金相，可看到1號、2號樣品邊緣附近有明顯亮帶，而3號樣品則沒有，這種亮帶就是氮化層[16]。對1Cr18Ni9Ti進行固溶處理卞要是分解試樣內(nèi)的碳化物和使試樣組織奧氏體化，加熱溫度為1040℃士10℃，冷卻方式為水冷。對固溶處理試樣進行氮碳共滲，加熱溫度為580℃士10℃，2號試樣直接進行水冷，1號試樣放入350℃士10℃氧化鹽浴中保溫2h后水中冷卻。由X射線衍射結(jié)果可知，1號、2號試樣表面均有ε、Υ′、Υ相生成，ε相為Fe3N。Υ′相為CrN, Υ相為Fe3O4。和ΥFe。這些物質(zhì)都具有穩(wěn)定致密的分了結(jié)構(gòu)，這也即氮化層具有較高的硬度和耐磨性的原因。 全腐蝕試驗在室溫下將試樣浸入5%的鹽酸水溶液220 h ( 3種試樣形狀大小基本相同)，以觀察處理后試樣的耐腐蝕性能。圖中縱坐標表示全腐蝕的失重率(I= W0W)/ W0，橫坐標表示全腐蝕時間?？梢钥闯?種不銹鋼試樣在相同條件下的腐蝕率 (h=dl/dt)基本一致，1號、2號試樣在開始一段時間內(nèi)的)離蝕失重率較大，這是由于熱處理過程中試樣表面形成的氧化皮等雜質(zhì)與鹽酸反應(yīng)所致[17]。在全腐蝕時間超過100 h后，3種試樣腐蝕曲線基本平行，即腐蝕率h基本相同。這說明對奧氏體不銹鋼進行軟氮化 及氧化鹽浴處理后不會降低其抗全腐蝕能力?？捎脭?shù)學式表示為：dw =W0dldt= W0hdt，即由于不銹鋼1Cr18Ni9Ti(約10% Ni，18% Cr)中鎳、鉻含量正處于Fe一Ni Cr合金對5%鹽酸抗蝕曲線中抗蝕性最好的臨界位置，既然軟氮化及氧化鹽浴處理沒有降低其抗全腐蝕能力，說明不銹鋼中的鎳、鉻沒有因為熱處理而析出品界，由此可推斷這種處理不會降低原有試樣抗晶間腐蝕的性能。同時，由于試樣表面氮化層中的物質(zhì)，如Fe3N 、 CrN 、 Fe3O4等都具有致密的分了結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學性質(zhì)(它們的生成自由能都在2501 000J/mol左右，都比較低)，兒乎都不與弱酸發(fā)生化學反應(yīng)；另外，氧化鹽浴處理還能起到氧化封孔的作用，使試樣恢復在機械加工過程中被影響了的抗蝕性[18]。所以，處理后的試樣還是具有較好的耐蝕性。這種方法對提高1Cr18Ni9Ti不銹鋼的強度是很有效的。 3種1 Cr18 Ni 9Ti試樣腐蝕曲線 晶間腐蝕試驗先用醋酸(10%)+蒸溜水(適量)在室溫浸蝕24 h,再用1 % NaF+ 20% HNO3水溶液室溫浸蝕2h，然后用堿性赤血鹽溶液沸煮3 min染色觀察其金相，可見除3號試樣外兒乎看不到晶界變粗的晶間腐蝕現(xiàn)象，一試樣再用10% min( 3 V，0. 8 A)，用堿性赤血鹽溶液沸煮3 min染色觀察其晶間腐蝕，即可看到如圖7所示的晶間腐蝕組織。從圖可明顯看出，1號試樣抗晶間腐蝕性能最好，2號試樣次之，3號試樣最差。因此可以看出，劉一1Cr18Ni9Ti不銹鋼進行軟氮化和氧化鹽浴處理，一方面，在軟氮化的過程中使得溶入Υ一Fe中的Ti析出，在Υ Fe的晶界處生成Ti的碳化物，避免了像Cr23C6這樣的物質(zhì)析出而使得晶界貧Cr，達到了防止晶問腐蝕的作用(這一過程叫穩(wěn)定化處理)，因此1號、2號樣品相劉一于3號樣品就沒有產(chǎn)生晶問腐蝕現(xiàn)象。另一方面,1號樣品在氧化鹽浴處理過程中，通過氧化作用使得試樣品界處的部分碳被氧化以氣體形式放出，降低了碳的含量。同時，在這一過程中還能起到消除品界應(yīng)力的作用。這兩方面的作用有效地提高了1號試樣的抗晶間腐蝕能力，使得1號樣品較之于2號、3號試樣具有更明顯的抗晶間腐蝕能力。因此，通過軟氮化和氧化鹽浴處理，對提高這種不銹鋼抗晶間腐蝕性能起到了明顯的效果，達到了對1Cr18Ni9Ti不銹鋼化學熱處理的目的。1號試樣晶間腐蝕后的組織 2號試樣晶間腐蝕后的組織3號試樣晶間腐蝕后的組織 不同型號試樣晶間腐蝕后的組織比較 (1)對1Cr18Ni9Ti不銹鋼的固溶熱處理卞要是使碳化物溶入奧氏體中，并使其組織奧氏體均勻化，固溶處理應(yīng)選在1 040℃士10℃保溫2h，冷卻方式為水冷。 (2)碳氮共滲溫度應(yīng)選在580℃士10℃保溫3 h,冷卻方式為水冷。這種處理可顯著提高1Cr18Ni9Ti不銹鋼表面的硬度和耐磨性以及抗品間腐蝕性能，而不影響其耐蝕性。 (3)碳氮共滲后再進行氧化鹽浴處理對提高1Cr18Ni9Ti不銹鋼表面的抗品間腐蝕性能有特別明顯的效果，并能提高其耐蝕性而不影響硬度和耐磨性。 3 奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的抗蝕性處理 造成不銹鋼腐蝕的原因及機理奧氏體不銹鋼同其它鋼種一樣，碳元素在金屬基體中的固溶度隨溫度的降低而減少，在900℃時析出速度明顯加快，奧氏體相中碳的固溶度在8000C時不超過0. 1%，在室溫碳的固溶度僅為0. 02%。這種材料在出廠前經(jīng)過固溶處理，如果在設(shè)備制造過程中再在450℃ 850℃受熱時，例如焊接過程，固溶碳將與鉻、鐵等元素形成（Cr，F(xiàn)e）23C 6沿品界析出，這種碳化物中的鉻的質(zhì)量分數(shù)高達70%78%。它所耗用的鉻需要從基體中吸取，但是由于碳從基體(品粒)中析出速度遠遠高于鉻向品界的打一散速度，所以品界鉻的碳化物所耗用的鉻量基本上是吸取了品界附近的鉻形成的。這樣，品界附近的鉻的質(zhì)量分數(shù)將降至不銹鋼中鉻的質(zhì)量分數(shù)的界限值11. 7%以下。特別是該碳化物的界面處的鉻濃度僅為2. 2% ，這樣的材料在特定的介質(zhì)中品粒與品界形成微電池，品界作為陽極而受到加速腐蝕，即發(fā)生品間腐蝕[19]。根據(jù)相關(guān)理論，造成奧氏體不銹鋼腐蝕的原因卞要是由于在不銹和耐蝕用途中的一些條件下(比如焊接或經(jīng)450℃ 850℃加熱時)，碳與鋼中的鉻形成高鉻的Cr23C。型碳化物，從而導致局部鉻的貧化，使鋼的耐蝕性特別是耐品間腐蝕性能下降，從而導致不銹鋼發(fā)生不均勻腐蝕，造成鋼件失效。而1Cr18Ni9Ti的成分設(shè)計中加入欽作為穩(wěn)定化元素，由于欽與碳的親和力大于鉻，因此向奧氏體不銹鋼中加入欽作為穩(wěn)定碳的元素，優(yōu)先于鉻與碳形成T iC，防止或減少Cr23C6形成，從而達到防止敏化態(tài)晶間腐蝕的目的。欽元素的加入量卞要由T iC的原了量比確定。據(jù)粗略計算，將奧氏體中的碳全部固定為T iC所需的欽為（47. 9/ 12）倍的碳含量。但是欽元素的加入量的確定是比較復雜的。鈦不僅與鋼中的碳化合成T iC，而且與鋼中的氮有更強的親合力，它在凝固過程中優(yōu)先于T iC形成T iN，它所消耗的欽量與鋼中的氮量有直接關(guān)系。 奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti鉻分布模型目前標準中規(guī)定18Cr 8Ni奧氏體不銹鋼中欽的質(zhì)量分數(shù)為5(％) %或5（%），其中C為鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)，%%。 在不銹鋼生產(chǎn)中，多以控制鋼中Tic比來保證18Cr8Ni不銹鋼的敏化態(tài)耐蝕性能。(EPR)所取得的實驗結(jié)果，圖2中的1r/Ia為材料的再活化率，該值越高，品間腐蝕傾向越大。，控制鋼的Ti/C≧，品間腐蝕傾向很小。為了提高鋼中的欽碳比加欽，隨欽含量的增加會直接造成半成品和成品表面質(zhì)量下降，為此生產(chǎn)中Ti/。 Ti/C對1Cr18Ni9Ti晶間腐蝕傾向的影響 奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti常用的抗蝕熱處理方式為了防止奧氏體不銹鋼產(chǎn)生敏化態(tài)晶間腐蝕，上述的成分控制為其創(chuàng)造了根本條件，但是還需要正確的熱處理工藝予以保證，兩者缺一不可。對于加欽穩(wěn)定的不銹鋼，為了使鋼中的欽和碳充分形成T iC金屬間化合物，熱處理溫度和時間起著決定性作用[20]。 1Cr18Ni9Ti不銹鋼常規(guī)采用的熱處理工藝為固溶處理，即通過加熱使鋼中第一相全部溶解，快速冷卻獲得單一固溶體的過程。但在許多資料中介紹，為保證最佳耐蝕性能，采用的熱處理工藝為先固溶處理再進行穩(wěn)定化處理。圖3為含鈦不銹鋼熱處理溫度對T iC形成的影響。，T iC從約800℃開始形成，約在900℃形成速度最快，隨后T iC逐漸減少，其固溶鈦量呈相反的變化。在850℃ 900℃有利于T iC形成的溫度下保持足夠時間，使鈦與碳充分結(jié)合，這種熱處理工藝就是所謂的穩(wěn)定化處理。對1Cr18Ni9Ti鋼其最佳熱處理制度為900℃ 950℃保溫，在此溫度下，Cr不但不形成碳化物，而目Cr的碳化物還分解固溶，其冷卻方式采用爐冷、水冷、空冷均可。通過穩(wěn)定化處理，含有的碳就和穩(wěn)定化元素形成碳化物，最大限度地形成T iC，固溶碳量相對最少。 鈦不銹鋼熱處理溫度對T iC形成的影響 固溶處理與穩(wěn)定化處理對耐蝕性能的影響為了對比兩熱處理工藝差別，選Ti/C值不同的10爐鋼進行工藝試驗，按G B4237 92中表(硫酸一硫酸銅法、敏化處理)的要求進行腐蝕檢驗。每爐鋼取2塊試樣，先全部固溶處理，再將其中1塊試樣采用穩(wěn)定化處理，對比處理后的腐蝕性能。固溶處理工藝為溫度1 000℃1050℃，時間為3min/ mm，水淬；穩(wěn)定化處理工