不銹鋼之熱處理

不銹鋼之熱處理第1頁/共44頁2023/3/302隨著冶金技術(shù)的發(fā)展，各類優(yōu)質(zhì)不銹鋼不斷出現(xiàn)。盡管冶金行業(yè)可以不斷研發(fā)優(yōu)質(zhì)鋼種，但是需要正確的熱處理才能更好的發(fā)揮不銹鋼的功能。不同鋼種的不銹鋼加熱冷卻過程中，基體組織轉(zhuǎn)變不同，碳、氮化物以及金屬間化合物生成轉(zhuǎn)變不同，對不銹鋼的性能影響不同。因此，在不銹鋼熱處理過程中應(yīng)根據(jù)鋼種和使用目的選擇合適的熱處理工藝。前言、不銹鋼熱處理第2頁/共44頁2023/3/303一、奧氏體不銹鋼熱處理二、鐵素體不銹鋼熱處理三、馬氏體不銹鋼熱處理四、析出硬化不銹鋼熱處理目錄第3頁/共44頁2023/3/3041.奧氏體不銹鋼熱處理目的(1)奧氏體不銹鋼基體組織為奧氏體，在加熱和冷卻過程中不發(fā)生馬氏體相變，沒有淬硬性。(2)奧氏體熱處理的目的是提高耐蝕性，消除第二相帶來的不利影響，消除應(yīng)力，或使已經(jīng)加工硬化的材料得到軟化。一、奧氏體不銹鋼熱處理第4頁/共44頁2023/3/305析出物生成溫度2.熱處理的理論基礎(chǔ)1000800600400200Cr23C6析出溫度范圍(約450~870℃)σ相析出溫度范圍(約620~840℃)Ti安定化處理溫度范圍(約870~950℃)固溶化熱處理溫度范圍(約950~1100℃)δ-Fe生成溫度范圍(約1100℃以上)一、奧氏體不銹鋼熱處理第5頁/共44頁2023/3/306合金碳化物的析出與溶解2.熱處理的理論基礎(chǔ)18Cr-8Ni1)碳溶解度304(18Cr-8Ni)，1200℃碳的溶解度0.34%，1000℃碳的溶解度0.18%。600℃碳的溶解度0.03%。304碳含量不大于0.08%，1000℃以上碳固溶于奧氏體中，由于碳原子半徑小，所以溫度降低時碳原子沿著晶界析出。0.34%0.18%0.03%一、奧氏體不銹鋼熱處理第6頁/共44頁2023/3/307合金碳化物的析出與溶解2)晶間貧鉻碳溶解度：溫度降低，溶解度降低。碳原子半徑：原子半徑小，溶解度降低，沿晶界析出。穩(wěn)定性：析出碳原子不穩(wěn)定，與Cr、Fe生產(chǎn)穩(wěn)定的Cr23C6或(FeCr)23C6

。原子擴(kuò)散速率：碳原子半徑小，擴(kuò)散速率較大。鉻原子半徑大，擴(kuò)散速率較小。貧鉻區(qū)固溶化處理一、奧氏體不銹鋼熱處理第7頁/共44頁2023/3/308σ相2.熱處理的理論基礎(chǔ)σ相1）產(chǎn)生條件620~840℃溫區(qū)，長時間加熱加入鐵素體形成元素，如Ti、Nd等。采用形成鐵素體形成元素高的焊條焊縫中。以Mn、N代Ni的奧氏體中。2）不利影響1）產(chǎn)生條件降低塑性，特別是沖擊韌性。σ相是富金屬間化合物，形成時易導(dǎo)致晶間腐蝕，Cl-介質(zhì)中點蝕。一、奧氏體不銹鋼熱處理第8頁/共44頁2023/3/309δ-鐵素體2.熱處理的理論基礎(chǔ)δ-鐵素體1）產(chǎn)生條件鑄造的鉻-鎳奧氏體不銹鋼，鑄態(tài)化學(xué)成份不均勻，鐵素體形成元素偏聚區(qū)。一些奧氏體不銹鋼的焊縫組織中。2）有利影響1）產(chǎn)生條件含5-20%δ-鐵素體，減少晶間腐蝕。提高屈服強(qiáng)度。在低應(yīng)力條件下可降低應(yīng)力腐蝕的敏感性。焊接時，減少焊接熱裂紋形成的可能性3）不利影響壓力加工時易形成裂紋(兩種組織變形能力不同)。一、奧氏體不銹鋼熱處理第9頁/共44頁2023/3/30103.熱處理工藝(1)固溶化處理1)固溶化處理溫度：950-1150℃2)保溫時間：比一般合金鋼長20-30%。3)冷卻：碳化物形成溫度區(qū)間(450-850℃)需快冷，冷卻方式有以下原則鉻含量大于22%，且鎳含量較高；碳含量大于0.08%；碳含量不大于0.08%但有效尺寸大于3mm的不銹鋼，選用水冷。碳含量不大于0.08%，有效尺寸小于3mm的不銹鋼，選用風(fēng)冷。有效尺寸小于0.5mm的薄件可空冷。一、奧氏體不銹鋼熱處理第10頁/共44頁2023/3/3011(1)固溶化處理一、奧氏體不銹鋼熱處理第11頁/共44頁2023/3/30123.熱處理工藝(2)安定化處理安定化處理溫度：高于鉻的碳化物溶解溫度(450-870℃)低于或略高于TiC和NbC的溶解溫度（750-1120℃）。一般推薦為870-950℃。2)保溫時間：2-4小時(依工件形狀，合金元素等）。厚度或直徑為25mm的保溫時間2小時，超過的加計1小時。3)冷卻：較小的冷卻速度，如空冷或爐冷。安定化處理是含Nd或Ti的奧氏體不銹鋼采用的熱處理方法。一、奧氏體不銹鋼熱處理第12頁/共44頁2023/3/30133.熱處理工藝(3)去應(yīng)力退火奧氏體不銹鋼的去應(yīng)力退火工藝，應(yīng)根據(jù)奧氏體不銹鋼的材質(zhì)、使用環(huán)境、消除應(yīng)力的目的及工件形狀尺寸等情況選擇。去應(yīng)力退火的目的去除殘余應(yīng)力，降低應(yīng)力腐蝕破裂。保證工件最終尺寸的穩(wěn)定性。一、奧氏體不銹鋼熱處理第13頁/共44頁2023/3/30143)應(yīng)力腐蝕破壞一、奧氏體不銹鋼熱處理第14頁/共44頁2023/3/30福欣特殊鋼專案組組內(nèi)教育訓(xùn)練15(3)去應(yīng)力退火方法說明：表中方法順序為優(yōu)先選擇順序A：1010-1120℃加熱保溫后緩慢冷卻。B：850-900℃加熱保溫后緩慢冷卻。

C：1010-1120℃加熱保溫后快速冷卻。

D：480-650℃加熱保溫后緩慢冷卻。

E：430-480℃加熱保溫后緩慢冷卻。F：200-480℃加熱保溫后緩慢冷卻保溫時間：按每25mm，保溫1-4h，較低溫度時采用較長保溫時間。注：在較強(qiáng)應(yīng)力腐蝕環(huán)境工作，最好選用Ⅰ類鋼A處理，或Ⅱ類鋼B處理。工件在制作過程中，產(chǎn)生敏化情況下應(yīng)用。如果工件在最終加工后進(jìn)行C處理時，此時可采用A或B處理。一、奧氏體不銹鋼熱處理第15頁/共44頁2023/3/30161.鐵素體不銹鋼熱處理目的(1)鐵素體不銹鋼一般情況下是穩(wěn)定的單相鐵素體組織，加熱冷卻過程中不發(fā)生馬氏體相變，不能淬硬化。(2)鐵素體不銹鋼熱處理的目的是消除或減弱在生產(chǎn)工序中可能產(chǎn)生的第二相及其帶來的不利影響。σ相脆性：540-815℃長期停留，σ相硬而脆的，降低鋼的塑性和耐蝕性。475℃脆性：400-500℃長期停留，形成富Cr相與母相共格引起點陣畸變和內(nèi)應(yīng)力。強(qiáng)度升高，韌性降低、耐蝕性降低。高溫脆性：含有一定量的C、N等間隙元素，加熱到950℃以上再冷卻下來時，形成鉻的碳、氮化物，降低鋼的韌性和耐蝕性。二、鐵素體不銹鋼熱處理第16頁/共44頁2023/3/30172.鐵素體不銹鋼熱處理工藝(1)退火退火溫度：700-800℃保溫時間：30min+厚度×1min/mm405650-815℃空冷或水冷430705-790℃815-900℃空冷或爐冷爐冷到600（5-10℃/h）然后空冷430F705-790℃空冷或水冷442760-830℃空冷或水冷446760-830℃空冷或水冷備注：保溫時間一般為1-2h薄物（厚度2-3mm）3-5min二、鐵素體不銹鋼熱處理第17頁/共44頁2023/3/3018二、鐵素體不銹鋼熱處理2.鐵素體不銹鋼熱處理工藝(2)去應(yīng)力退火退火溫度：700-760℃或者230-370℃保溫時間：1.5-2h冷卻：先以50℃/min冷卻到600℃，然后空冷。第18頁/共44頁2023/3/30192.鐵素體不銹鋼熱處理工藝(2)去應(yīng)力退火退火溫度：700-760℃或者230-370℃保溫時間：1.5-2h冷卻：先以50℃/min冷卻到600℃，然后空冷。(3)高純鐵素體退火退火溫度：900-1050℃保溫時間：1-2h。冷卻：快冷。二、鐵素體不銹鋼熱處理第19頁/共44頁2023/3/30201.馬氏體不銹鋼熱處理目的馬氏體不銹鋼加熱冷卻過程中發(fā)生馬氏體相變，具有淬硬性，通過調(diào)整碳、鉻、鉬等合金元素的含量和應(yīng)用熱處理的方法獲得所需要的力學(xué)性能，滿足不同的使用要求。三、馬氏體不銹鋼熱處理第20頁/共44頁2023/3/30212.馬氏體不銹鋼熱處理理論基礎(chǔ)(1)加熱轉(zhuǎn)變通過淬火可以硬化的鋼，鋼的奧氏體體化是一個重要的過程。奧氏體化過程中碳原子的擴(kuò)散是關(guān)鍵。合金元素的含量和種類對碳原子的影響，使奧氏體形成和均勻化過程復(fù)雜化。如，Cr使共析點左移、與C形成碳化物影響擴(kuò)散，影響奧氏體的形成。三、馬氏體不銹鋼熱處理第21頁/共44頁2023/3/30222.馬氏體不銹鋼熱處理理論基礎(chǔ)(2)冷卻轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時，發(fā)生珠光體型轉(zhuǎn)變、貝氏體型轉(zhuǎn)變和馬氏體體轉(zhuǎn)變。合金元素對Ms點的影響，Cr、Ni等降低Ms點，增強(qiáng)奧氏體穩(wěn)定性，為其獲得馬氏體組織提供有利條件。淬火馬氏體高強(qiáng)度原因：碳和合金元素固溶強(qiáng)化、馬氏體條片周界及馬氏體內(nèi)位錯密度的綜合影響。馬氏體較低韌性的原因：碳對馬氏體形態(tài)（板條狀和針狀為主）以及亞結(jié)構(gòu)（位錯和孿晶）的影響。三、馬氏體不銹鋼熱處理第22頁/共44頁2023/3/30232.馬氏體不銹鋼熱處理理論基礎(chǔ)(3)淬火回火轉(zhuǎn)變淬火鋼脆性較大，一般需經(jīng)過回火后才能應(yīng)用于工程中。馬氏體不銹鋼回火也遵循四個階段的規(guī)律。但是要獲得與碳含量相同的碳鋼同樣的強(qiáng)度和硬度，需提高回火溫度和延長保溫時間。淬火馬氏體分解：(0-250℃)鋼中過飽和碳析出，結(jié)構(gòu)大致為FeXC。鋼的基體組織為回火馬氏體+FeXC。殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變：(230-280℃),分解產(chǎn)物為低碳馬氏體和ε型碳化物。出現(xiàn)明顯的硬化相像。(Cr、Ni等合金元素會抑制殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變)χ、θ碳化物形成：χ碳化物(Fe5C2)在260-360℃析出，隨著加熱溫度升高轉(zhuǎn)化成θ碳化物(Fe3C)，同時ε型碳化物也轉(zhuǎn)變成θ碳化物。此階段易導(dǎo)致第一類回火脆性，合金元素會抑制碳化物的析出和轉(zhuǎn)變。碳化物的聚集長大：大約從300℃開始。研究表明550℃以上獲得顆粒狀碳化物，加熱溫度提高，碳化物顆粒粗化變大。合金元素在鐵素體和碳化物間進(jìn)行重分配。三、馬氏體不銹鋼熱處理第23頁/共44頁2023/3/30242.馬氏體不銹鋼熱處理理論基礎(chǔ)(4)回火脆性第一類回火脆性：250-400℃，更高溫度加熱可消除之后再在脆性溫區(qū)回火時不再產(chǎn)生脆性，為不可逆回火脆性。第二類回火脆性：450-700℃，更高溫度加熱可消除，但是再次在該脆性溫區(qū)回火人回產(chǎn)生脆性，為可逆回火脆性?；鼗鸫嘈缘脑颍何龀隼碚摚禾蓟?、氮化物、固溶體中的溶質(zhì)沿晶界析出，促進(jìn)裂紋的生產(chǎn)。碳化物轉(zhuǎn)變理論：溫度升高合金元素擴(kuò)散增強(qiáng)，碳化物的成分和分布形態(tài)改變而引起脆性。雜志元素晶界偏析理論：雜志元素晶界偏聚，降低晶面間的結(jié)合力，為裂紋提供成核和擴(kuò)展的機(jī)會。三、馬氏體不銹鋼熱處理第24頁/共44頁2023/3/30253.馬氏體不銹鋼熱處理工藝馬氏體不銹鋼熱處理方法主要是退化或退火后再淬火、回火。(1)退火三、馬氏體不銹鋼熱處理第25頁/共44頁2023/3/30263.馬氏體不銹鋼熱處理工藝馬氏體不銹鋼熱處理方法主要是退化或退火后再淬火、回火。(2)淬火、回火三、馬氏體不銹鋼熱處理第26頁/共44頁2023/3/30273.馬氏體不銹鋼熱處理工藝(3)預(yù)熱馬氏體在925-1065℃加熱后快冷可得到所需硬度，但是易導(dǎo)致破裂，因此需要預(yù)熱處理。預(yù)熱場合薄物、薄物和厚物同時存在、銳角或有陷入角度、大的物件有較深的刻入的機(jī)械部位、硬化的試樣再熱處理，這些需要預(yù)熱處理。預(yù)熱工藝

加熱溫度760-790℃。重量物時預(yù)熱溫度760℃時500-760℃需要緩慢加熱。而且高碳含量的馬氏體414、431、420等也需要預(yù)熱處理。三、馬氏體不銹鋼熱處理第27頁/共44頁2023/3/30281.析出硬化不銹鋼熱處理目的析出硬化不銹鋼具有近似奧氏體體不銹鋼的耐腐蝕性，又具有類同于馬氏體不銹鋼可通過熱處理方法調(diào)整機(jī)械性能的特征。析出硬化不銹鋼強(qiáng)度適量的添加元素(Al、Cu、Mo、W、Co、Ti、Nb、N、B等)，這些元素的化合物的析出的熱處理因元素的種類和含量有所差別。四、析出硬化不銹鋼熱處理第28頁/共44頁2023/3/30292.析出硬化不銹鋼熱處理理論基礎(chǔ)(1)分類常用的析出硬化不銹鋼常冠以“PH”標(biāo)志，析出硬化不銹鋼四個種類：馬氏體型析出硬化不銹鋼：0Cr17Ni4Cu4Nb(PH17-4，630)是典型鋼號，主要的析出硬化元素是銅、鈮、鋁等。半奧氏體型析出硬化不銹鋼：0Cr17Ni7Al是典型鋼號，以Al或Mo作為析出硬化元素。奧氏體型析出硬化不銹鋼：主要依靠第二相析出使材料得到硬化，含有大量的鋁、鈮、磷、鉬等析出硬化元素。無磁性，強(qiáng)化效果低于馬氏體型和半奧氏體型析出硬化不銹鋼。奧氏體-鐵素體型析出硬化不銹鋼：較多的加入了硅、鉬元素。四、析出硬化不銹鋼熱處理第29頁/共44頁2023/3/30302.析出硬化不銹鋼熱處理理論基礎(chǔ)(2)析出硬化析出硬化不銹鋼強(qiáng)化主要是依靠第二相從基體組織中沉淀析出實現(xiàn)的，強(qiáng)化是依靠沉沉相在基體中造成的應(yīng)力場，應(yīng)力場和運動位錯之間的交互作用。析出硬化不銹鋼熱處理主要兩個過程：獲得穩(wěn)定的基體組織和第二相析出。析出硬化不銹鋼熱處理方式：固溶處理(A處理)、調(diào)整處理(T處理)

、冷變形處理（C處理）、冷處理（R處理）、時效處理(H處理)和均勻化處理以及焊后熱處理。四、析出硬化不銹鋼熱處理第30頁/共44頁2023/3/30313.析出硬化不銹鋼熱處理工藝(1)

馬氏體型析出硬化不銹鋼熱處理馬氏體型析出硬化不銹鋼熱處理一般含有固溶處理和時效處理。以PH17-4為例子PH17-4四、析出硬化不銹鋼熱處理第31頁/共44頁2023/3/30323.析出硬化不銹鋼熱處理工藝(1)馬氏體型析出硬化不銹鋼熱處理PH17-4四、析出硬化不銹鋼熱處理第32頁/共44頁2023/3/30333.析出硬化不銹鋼熱處理工藝(1)馬氏體型析出硬化不銹鋼熱處理四、析出硬化不銹鋼熱處理第33頁/共44頁2023/3/30343.析出硬化不銹鋼熱處理工藝(1)馬氏體型析出硬化不銹鋼熱處理四、析出硬化不銹鋼熱處理第34頁/共44頁2023/3/30353.析出硬化不銹鋼熱處理工藝(1)馬氏體型析出硬化不銹鋼熱處理四、析出硬化不銹鋼熱處理第35頁/共44頁2023/3/30363.析出硬化不銹鋼熱處理工藝(1)馬氏體型析出硬化不銹鋼熱處理四、析出硬化不銹鋼熱處理第36頁/共44頁2023/3/30373.析出硬化不銹鋼熱處理工藝(2)半奧氏體型析出硬化不銹鋼熱處理半奧氏體析出硬化不銹鋼熱處理常包含調(diào)整處理、冷變形處理和冷處理。以PH17-7為例。四、析出硬化不銹鋼熱處理第37頁/共44頁2023/3/30383.析出硬化不銹鋼熱處理工藝(2)半奧氏體型析出硬化不銹鋼熱處理四、析出硬化不銹鋼熱處理第38頁/共44頁2023/3/30393.析出硬化不銹鋼熱處理工藝(2)半奧氏體型析出硬化不銹鋼熱處理處理條件機(jī)械性質(zhì)ATTH950TH1050CCH900RH950抗拉強(qiáng)度kgf/mm291.4101.9141.6140.6151175.7161.8降伏強(qiáng)度kgf/mm22870.3140.6130130168.7152.0伸長率%39.09.06.09.0----7.2洛氏硬度B85C31C43C43C43C49C46PH17-7常溫機(jī)械性質(zhì)四、析出硬化不銹鋼熱處理第39頁/共44頁2023/3/3040(2)半奧氏體型析出硬化不銹鋼熱處理處理條件機(jī)械性質(zhì)20℃150℃260℃320℃370℃430℃480℃TH950TH1050CH900抗拉強(qiáng)度kgf/mm213912718413712117412811416012110136117105------14589.5152.0128TH950TH1050CH9000.2%降伏強(qiáng)度kgf/mm212610517212010216412096.315011493.014210789.0------12378.571.7100TH950TH1050CH900伸長率%11.511.55.05.08.54.04.06.03.05.06.03.06.0------6.0