不锈钢的热处理

2022-03-11 15:01:36 作者：每天学点热处理来源：每天学点热处理分享至：

1. 马氏体不锈钢热处理特点是什么？

答：马氏体型不锈钢有Cr13型（低碳和中碳）、Cr17Ni型（低碳）、Cr18型（高碳），其热处理工艺包括退火、淬火+回火，去应力等。

（1）Cr13型不锈钢：从相图（图8-1）中可以看到，Cr≥12%的合金即具有不锈钢的性能又能淬火强化。奥氏体化组织中存在铁素体组织，淬火之后保留下来， Cr含量太高，加热就会形成单相铁素体，就不能淬火强化处理。

1）退火

软化退火对于切削加工可以满足要求，在锻后热处理已经能防止锻件开裂，对于挤压变形就需要完全退火来处理。

退火工件中存在大量碳化铬，固溶体中铬含量降低，同时这些碳化铬颗粒与基体构成许多微电池，加速钢件的腐蚀。

对于1Cr13的淬火硬度与含碳量的关系比较大，含碳量≥0.13%、铬含量≥12.75%时，硬度＞46，碳对含碳量影响大，铬影响较小。5HRC。2Cr13的淬火硬度50HRC左右。3Crl3和4Crl3钢淬火以后的硬度为51～56HRC，

2）淬火以后的回火：

1Cr13淬火常用温度是1000～1050℃，2Cr13一般采用980～1000℃，1Cr13和2Cr13的回火温度一般在600～700℃。

对于1Cr13的设计技术要求尽量不要选在40～43HRC（401HB）的硬度范围，在这个硬度范围时，淬火之后的回火温度和时间难以控制，可以见图8-2，如果必须选在在这个硬度范围时，其热处理淬火温度应该相应降低，但是实际生产中的控制难度还是比较大，

其二，降低奥氏体加热温度会影响碳化物的固溶，冲击性能也比较低，见图8-3。

第三，回火温度在500～600℃下，组织中析出弥散度很高的碳化物，不仅耐腐蚀性低，冲击韧性也低。

3Cr13和4Cr13在实际生产中淬火温度1000～1020℃，低温200～300℃，耐腐蚀性好，回火硬度3Cr13≥48HRC, 4Cr13≥50HRC。高温回火一般在600～750℃。

对于Cr13型钢淬火以后需要在8h以内回火，防止开裂。

（2）Cr17Ni型不锈钢：这个钢种是在1Cr17铁素体不锈钢基础上添加2%Ni发展的。高温淬火加热时是奥氏体+铁素体，淬火一般采用油冷，淬火组织是：马氏体+铁素体+少量参与奥氏体。这种锻后容易产生白点，需要进行锻后去除白点处理。

在热处理技术要求中往往有铁素体含量≤15%指标要求，但是由于含碳量的细小波动，就会造成铁素体含量的超标。一般需要含碳量≥0.15%，Cr在16%～17.5%，Ni在2%～2.5%。

淬火加热温度一般在980～1020℃，回火温度275～350℃和550～700℃，回火后采用空冷，回火次数有时需要两次，目的是消除参与奥氏体组织。回火温度350～550℃区间耐腐蚀性能已经冲击韧性都比较低，不建议使用。

（3）热处理加热时建议采用保护气氛炉，防止氧化脱碳。

1. 常用马氏体钢的热处理工艺是什么？

答：常用马氏体钢的热处理工艺包括退火、去应力、淬火和回火，热处理加热保温系数见表8-1。

表8-1不锈钢加热保温时间计算表（工件的有效尺寸的选择可以按照结构钢）。

表8-2:不锈钢退火、回火以及正火热处理规范。

2. 奥氏体不锈钢热处理工艺方法是什么？

答：1Cr18Ni9Ti是典型的（18—8型）铬镍奥氏体不锈钢，由于18—8不锈钢在固态下基本上保持着单一的奥氏体组织，在加热和冷却过程中不存在a→γ的同素异构转变，所以除了沉淀硬化型奥氏体不锈钢外，是不能用热处理方法使钢强化的。一般的18—8奥氏体钢只能通过冷变形来达到强化的目的。

18—8钢常用的热处理有除应力处理、固溶处理、敏化处理、稳定化处理及消除σ相的热处理。

1）去应力退火

为了消除冷加工应力，可加热到300～350℃，保温1～2h，空冷。消除焊接应力时，一般采用850～950℃加热，保温1～3h，空冷或水冷。

2）固溶处理

固溶处理工艺与淬火工艺类似，只是钢中不发生相变，因此处理后的室温组织是过饱和的γ一Fe固溶体而不是过饱和的α一Fe固溶体。固溶处理的主要目的是使奥氏体型不锈钢具有优良的耐蚀性。

固溶处理的加热温度，常用的是1050～1100℃。含碳量高时取上限温度，含碳量低时取下限温度。在空气炉中的热处理加热保温系数见表8-1。处理后应快冷，一般情况采用水冷，薄壁件可采用空气冷却。

这类钢应在中性或弱氧化性气氛中加热，为此常采用空气炉作为加热设备并以氨分解气氛等作为加热介质。因氯化盐会使钢遭受腐蚀，故不宜使用盐浴加热。为保证加热质量，处理前须将零件表面清洗干净。

3）敏化处理

在400～800℃温度范围内加热，用以检验钢的耐晶间腐蚀能力，称为敏化处理。这个温度范围则称为敏化温度。

除特殊情况外，应尽可能避免使钢在敏化温度范围加热。固溶处理是使析出的碳化铬重新固溶于奥氏体中，可以用固溶处理工序来消除敏化处理的影响。

4）稳定化处理

金属遭受腐蚀的形式有多种。有一种腐蚀是沿着金属表面的晶界进行，叫做晶间腐蚀。奥氏体型不锈钢中加入钛、铌等合金元素就是为了防止晶间腐蚀。稳定化处理仅用于含钛或铌的铬镍奥氏体不锈钢。

固溶处理后，因碳化铬沿晶界析出，使钢的晶间腐蚀倾向增加。因此，固溶处理后应再进行一次稳定化处理，以便将碳化铬中的碳原子转移到碳化钛或碳化铌中，从而提高钢抗晶间腐蚀的能力。稳定化处理的工艺是：加热到850～900℃，保温2～6h，空冷或水冷。

5）消除σ相的热处理

σ相是一种硬而脆的FeCr金属间化合物，它的存在使钢的韧性、耐腐蚀性和抗氧化性均降低。σ相最易在高铬铁素体中出现。在奥氏体一铁素体钢及奥氏体钢中也可能出现。

σ相在高温下可溶解于奥氏体中，它在钢中得以存在的温度为820℃。消除σ相的热处理就是在高于其存在的上限温度进行加热。对于1Crl8Ni9Nb来说，在850℃加热后，σ相即会消失。随钢成分的不同，σ相存在的上限温度也不相同，因此具体的加热温度应通过试验确定。

3. 铁素体-奥氏体不锈钢热处理工艺是什么？

答：常用铁素体-奥氏体不锈钢热有：0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr18Ni11Si4AlTi、00Cr18Ni5Mo3Si、00Cr25Ni5Mo2。

0Cr17Mn13Mo2N热处理工艺是1050～1080℃℃加热，水冷，组织是奥氏体+20～30%的δ铁素体。

1Cr18Mn10Ni5Mo3N热处理工艺1100～1150℃加热，水冷。

0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti热处理工艺950～1050℃加热，水冷或空冷处理。

1Cr18Ni11Si4AlTi热处理工艺950～1050℃加热，水冷。

00Cr18Ni5Mo3Si、00Cr25Ni5Mo2热处理工艺950～1000℃加热，水冷。

4. 18-8型奥氏体不锈钢产品容易腐蚀的原因是什么？防止腐蚀的办法是什么？

答：金属的腐蚀类型有：连续腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀等。在18-8型奥氏体不锈钢产品热处理过程中需要防止出现的缺陷是连续腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀。

1）腐蚀原因：

不锈钢的腐蚀是由于碳化物的存在或析出以及晶间贫铬等原因所致，晶界区贫铬的理论认为，奥氏体不锈钢的晶间腐蚀是由于在时效过程中，沿晶界析出 Cr23C6，引起晶界附近的奥氏体贫Cr，使固溶体中铬含量降至钝化所需极限含量以下引起的。

2）防止措施：

（1）采用固溶处理，使基体中碳化物不析出或少析出；

（2）在固溶处理之后，采用敏化处理，加热温度400～800℃，处理时间从几十小时到1000小时以上，延长敏化处理时间目的是使析出碳化物造成的贫铬区域借助扩散作用从富铬区中获得铬的补偿，恢复耐腐蚀性能。

（3） 18-8型含Ti或含Nb奥氏体不锈钢，在固溶处理之后增加稳定化处理。稳定化工艺：850～900℃，保温2～4h，空冷。

5. 怎样消除18-8型奥氏体不锈钢的σ相？

答：在18-8型铬镍奥氏体不诱钢中有时会出现σ相。当 18-8 型钢中含有钛、铌、钼、硅等形成铁素体元素时，因为铁素体富铬，促使σ相从富铬的铁素体中形成。σ相的形成必须有一定的温度与时间。

纯奥氏体组织的18-8 钢没有发现σ相，而铸态18-8加钛钢中常可发现σ相，这可能与铸件的成分偏析有关。即局部σ相，这可能与铸件的成分偏析有关部铁素体中富集了较多的铬，使σ相容易生核长大。σ相的生成导致钢的脆性，同时也降低σ相在高温下可溶解于铁素体，在铁铬合金中这个上限温度约为820℃，故对σ相引起的脆性可通过820℃ 以上的加热或固溶处理予以消除。

由于钢的成分不同，σ相的上限溶解温度也有变化，因此具体的温度可由试验确定。如 1Crl8Ni11Nb钢， 800℃时，σ相已开始溶解，850℃加热σ相即可消失。

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