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    不锈钢的热处理特点及工艺制度

    来源:本站 作者:匿名 发布:2018/4/14
    不锈钢从20世纪初发明至今不足百年的时间,但其发展和应用的势头却异常迅猛。 特别是从20世纪60年代末以来,全世界不锈钢的产量基本保持年均 4%的增长率,不锈钢的应用范围逐步扩大到了国民经济的各个领域。不锈钢之所以能得到如此迅猛的发 展,一个重要的因素是其具有耐蚀、耐热性。不锈钢热处理工艺的优劣对不锈钢的耐蚀、 耐热性有很大影响,而且对不锈钢的加工性能起着决定性的作用。因此,不锈钢的热处 理工艺在不锈钢的生产过程中一直处于十分重要的地位。 1. 不锈钢热处理的特点 不锈钢的热处理是为了改变其物理性能、力学性能、残余应力及恢复由于预先加工和加热受到严重影响的抗腐蚀能力,以便得到不锈钢的最佳使用性能或者使不锈钢能够 进行进一步的冷、热加工。所谓的热处理就是针对不同组织、不同类型的不锈钢进行相 应的退火、淬火与回火、正火等处理。 不锈钢是一种特殊的钢种,钢中的镍、铬含量很高,由于镍、铬等合金化元素的存 在,其热处理具有普通钢热处理所不具备的特点: 加热温度较高,加热时间也相对较长。 不锈钢的导热率低,在低温时温度均匀性差。 奥氏体型不锈钢高温膨胀较严重。 炉内气氛控制很重要,要防止出现渗碳、渗氮及脱碳和过氧化现象。 不锈钢的表面光泽对产品的使用及价格有决定性的影响,热处理时产生的氧化 铁皮,将严重影响表面光泽。 要确保避免不锈钢表面的划伤及防 II:热处理时产生变形。不锈钢按其组织可 以分为奥氏体、马氏体和铁素体三类(此外还有沉淀硬化型、铁素体奥氏体型 等),这三类不锈钢的热处理无论是处理方法还是目的都不尽相同。 ① 奥氏体型不锈钢 这类不锈钢应用最广泛,使用量也最大。其特点是在常温下为奥氏体组织,不发生相变,不能通过热处理使其硬化,但可以用冷加工进行硬化。常用热处理方法是固溶处理。 ② 铁素体型不锈钢 这类不锈钢一般没有 ν-α 转变,在高温和常温下都是铁素体组织,没有相变。但是当钢中含有一定量的碳、氮等奥氏体形成元素时,在高温下也能形成奥氏体组织,此类钢不能通过热处理使之强化,只能进行退火处理,消除内应力,便于进一步加工。 ③ 马氏体型不锈钢 这类不锈钢有明显的相变点,在高温下为奥氏体组织,冷却时可以发生马氏体相变,转变为马氏体组织而硬化。因为其含铬高,淬透性好,可以采用淬火、回火等多种热处 理方法。 本文就应用较为广泛的三类不锈钢分别论述其热处理方法及特点。 2. 奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢的代表钢种是 18-8 钢(304),因为是奥氏体组织,所以具有无磁性 且没有淬硬性等特点。由于该钢种不发生相变,其热处理就是加热到高温(一般在1000℃以上),奥氏体再结晶的同时,使在加工中产生的碳化物和。相分解物固溶到奥 氏体中,然后快速冷却,使碳呈固溶状态的奥氏体保持到常温,这―处理过程即为固溶 处理。表 1 为奥氏体不锈钢的参考退火温度。 表 1:奥氏体不锈钢参考退火温度 1.png 奥氏体不锈钢加热温度主要是依据碳化物的固熔速度而确定的,有资料指出像 304钢的碳化物在 1065℃时固溶需要 3 分钟,在 1176℃需要 1.5 分钟,在 1000℃则需要 长达 10 分钟。从这个角度而言,加热温度越高越好,但加热温度偏高同时又可能引起 晶粒过分长大、氧化铁皮增厚等缺陷。因为奥氏体型不锈钢无法通过相变来细化晶粒, 如果晶粒过大,会使材料的抗拉强度明显下降。 就加热时间而言,不锈钢的导热率低(特别是在低温时),升到高温后(700―800℃) 导热率才有提高。所以,对于断面大的奥氏体不锈钢都需要预热到 700~800℃,然后 再快速升温,对于断面小的奥氏体不锈钢(如带钢)如果升温速度过慢,碳化物会充分析出,就会导致固溶时间过长,美国阿姆科公司曾制定过一个经典的加热时间表(见表2、表 3)。 由于不锈钢中的铬形成的铬基氧化物在酸洗中较难去除,因此在热处理时要控制铬基氧化物的形成,对于有特殊要求的不锈钢,可采用光亮退火形式进行热处理。 表 2:奥氏体不锈钢固溶处理保温时间 2.png 表 3:奥氏体不锈钢固溶处理加热时间 3.png 为防止已固溶的碳化物析出,冷却速度也很重要,特别是在 600~700℃时,碳化物析出较多而发生敏化,所以必须进行快速冷却。由于奥氏体不锈钢导热率低,对于断 面较大的材料,无论怎样快冷,中心部位的冷却程度仍然很慢,往往因碳化物析出较多 而发生敏化。所以在实际生产中,断面较大的材料一般考虑采用加入 Ti、Nb 等元素的 稳定化奥氏体不锈钢,因为 Ti、Nb 等元素对碳亲和力较大,这类稳定化奥氏体不锈钢(如 321、347 等)可以不需要水淬或其它快速冷却措施进行快冷。 3. 铁素体不锈钢 铁素体不锈钢是以铬为主要合金元素,其含量为 12%~30%Cr。此类钢为单相组 织,没有相变,具有强磁性。其典型的代表钢种是 430。美国在 6 0 年代以降低不锈钢 成本为目标开发的廉价不锈钢种 409,广泛地应用于汽车、摩托车的消音器和下水管道 等,也是属于铁素体刁;锈钢这一类。 该钢种无淬透性,同奥氏体钢一样不能通过热处理使其硬化,而且由于加热引起的 晶粒长大比奥氏体钢既快且晶粒度又大。因此在热处理时为避免晶粒长大以及发生奥氏体相变,加热温度不宜过高,―般退火最高加热温度不超过 850℃。表 4 为铁素体不锈钢的参考退火温度。 表 4:铁素铁不锈钢的参考退火温度 4.png 铁素体不锈钢在退火处理时,一定要缩短在 370~550℃温度范围内的停留时间,特别是对于高铬的铁素体不锈钢。材料如果在此温度范围内停留时间过长,很容易发生475℃脆性现象,即硬度增高,延伸率大幅下降,甚至为零,同时材料的耐蚀性也降低。 有实验表明:27Cr 钢在 475℃加热 100 小时后,材料在常温时的抗拉强度增加 50%, 屈服强度增加 l50%,而延伸率为零。此外该钢种的焊接性能差(焊缝热影响区晶粒粗 大且脆)。 4. 马氏体不锈钢 马氏体不锈钢同前两种不锈钢的特性明显不同,顾名思义,就是从高温奥氏体状态快冷(淬火)转变成马氏体组织而成的。这类不锈钢有明显的相变点,可以通过淬火而 硬化。而且因其含铬高,淬透性好,回火时可以在较大范围内调整其强度和韧性,因此, 马氏体不锈钢既可以作结构钢用,也可以作工具钢用。 马氏体不锈钢作为工具钢用时,处于淬火状态。为进行淬火,必须加热升温到临界 点以上,以便碳化物固溶到奥氏体中。在升温使碳化物固溶时,因碳扩散速度较慢,为 得到均匀的奥氏体组织,力口热温度一般要比临界点温度高 50℃以上,而且还必须有 一定的保温时间,以便使碳化物充分、均匀溶解。当然,加热时间过长、加热温度过高 会造成马氏体组织不均匀,残余奥氏体组织增多,从而使材料内部因膨胀差而产生内应力。 马氏体钢是热裂纹敏感性钢种,该钢种在低温时导热率低,快速加热时极易产生裂 纹,因此在处理大断面材料时,应该先预热,然后再快速升温。表 5 为马氏体不锈钢的 参考退火温度。 表 5:马氏体不锈钢的参考退火温度 5.png 在作结构钢用时,应在淬火的基础上进行回火(调质状态)。马氏体不锈钢有回火脆性,回火温度一般不应低于 580℃。从回火温度冷却时,为避免回火脆性一般采用油 冷;有时为了得到较高的屈服极限,也可以采用空冷,但这时结构钢的一个重要力学指 标冲击值会下降。需注意的是马氏体不锈钢在淬火后,应尽快回火,如不能尽快回火, 材料易产生裂纹。 5. 沉淀硬化型不锈钢 奥氏体、铁素体、马氏体三类不锈钢虽然应用面较广,但作为结构钢使用,还存在着一些难以克服的缺陷。奥氏体型不锈钢屈服强度较低,只有 200N/mm2 左右,不宜作 为结构钢使用;而马氏体不锈钢虽然可以通过淬火、回火等热处理形式获得较高的屈服 强度,但其耐蚀性较差。对于那些要求最佳抗蚀性能与最大强度的用途,开发出了新型 的 Cr-Ni 不锈钢——沉淀硬化型不锈钢(也称 PH 不锈钢)。 这种新型不锈钢的热处理包括均匀化、完全退火、固溶热处理、时效处理和转变冷 却。其特点是: 完全退火状态较软,易于再加工。 通过适当的时效处理可获得要求的力学性能。 具有与同类不锈钢一样的耐蚀性,提高了抗应力腐蚀断裂的性能。 转变冷却适用于低于某温度的冷却。常用的沉淀硬化型不锈钢是马氏体型,其 代表钢种是 631(0Crl7Ni7A1)。该钢种的热处理是先进行固溶处理,在材料 加热到 1000~1100℃后快冷,然后根据不同的力学性能要求,在不同温度下 进行时效处理,如 621℃、565℃、510℃时效。 结束语 从以上分析可以看出,不锈钢的热处理是比较复杂的,要根据不同钢种的特点,采取不同的热处理方式,才能够满足用户不同的要求。窗固通常用不锈钢410+热处理做自攻钉和自攻自钻钉,以解决门窗幕墙行业对螺钉的硬度要求。
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