奧氏體不銹鋼的熱處理工藝相對(duì)于馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼是較簡(jiǎn)單的。但在實(shí)際生產(chǎn)中,也應(yīng)注意一些問(wèn)題。
一、奧氏體不銹鋼固溶化處理加熱溫度的合理選擇
在奧氏體不銹鋼的材料標(biāo)準(zhǔn)中,規(guī)定的固溶化加熱溫度范圍較寬,實(shí)際熱處理生產(chǎn)時(shí),可考慮鋼的具體成分、含量、使用環(huán)境、可能失效形式等因素,合理地選擇最佳加熱溫度。但是,要注意防止固溶化加熱溫度太高,因?yàn)楣倘芑幚砑訜釡囟忍?,可能使?jīng)過(guò)鍛軋已經(jīng)細(xì)化晶粒的材料晶粒長(zhǎng)大,見圖3-23和圖3-24。
晶粒的粗化會(huì)引起一些不良后果。
1. 晶間腐蝕敏感性增強(qiáng)
奧氏體不銹鋼晶粒粗化,使材料在一定的體積內(nèi)的晶界面積減小。在固定的敏化處理?xiàng)l件下,碳化物沉淀的量是一定的,因此,晶粒長(zhǎng)大晶界面積減小,使奧氏體晶界存在碳化物的密度增加了,這就引起對(duì)晶間腐蝕的敏感性增強(qiáng)了,見圖3-25。
2. 降低冷加工質(zhì)量
奧氏體不銹鋼在常溫條件下受力變形時(shí),由于晶界與晶粒位向不同,各個(gè)晶粒之間,一個(gè)晶粒的心部與晶界處之間,變形量是不同的,晶粒越粗,則這種變形量的不均勻性越強(qiáng),結(jié)果使奧氏體不銹鋼冷加工表面質(zhì)量變壞,特別是對(duì)奧氏體不銹鋼薄板深沖加工時(shí)會(huì)有更大的影響。
3. 引起強(qiáng)度下降
奧氏體不銹鋼因固溶溫度超高,引起晶粒粗大后,對(duì)機(jī)械性能的影響雖然不如高鉻鐵素體不銹鋼明顯,但也有使強(qiáng)度下降的趨勢(shì),見表3-6。
奧氏體不銹鋼固溶化加熱溫度過(guò)高的另一個(gè)影響是能引起δ鐵素體含量增加,這不僅使奧氏體不銹鋼熱加工性能變壞,也會(huì)引起組織中鉻分布的不平衡,甚至局部區(qū)域貧鉻,使鋼的晶間腐蝕敏感性增強(qiáng)。
所以,奧氏體不銹鋼固溶化熱處理時(shí),要適當(dāng)控制加熱溫度。
二、穩(wěn)定化處理對(duì)固溶狀態(tài)性能的影響
含穩(wěn)定化元素的奧氏體不銹鋼,固溶化熱處理后再經(jīng)穩(wěn)定化處理時(shí),會(huì)使機(jī)械性能有下降的趨勢(shì)。強(qiáng)度和塑性、韌性均有這個(gè)現(xiàn)象。
強(qiáng)度下降的原因,可能是穩(wěn)定化處理時(shí),強(qiáng)碳化物形成元素鈦與更多的碳結(jié)合成TiC,減少了碳在奧氏體固溶體中的強(qiáng)化程度,并且,TiC在加熱保溫過(guò)程中也會(huì)集聚長(zhǎng)大,這也會(huì)對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生影響。
塑性和韌性下降的原因,可能是由于穩(wěn)定化處理減少了(FeCr)23C6 的含量,增加了TiC的含量,TiC比(FeCr)23C6 硬度高,脆性大,這必然會(huì)引起塑性和韌性下降。
三、穩(wěn)定化處理加熱溫度不宜過(guò)高
在穩(wěn)定化熱處理工藝部分曾提到,加熱到825℃就基本上可以使(FeCr)23C6 全部溶解,而TiC的溶解溫度在750~1120℃,否可采用較高的溫度來(lái)加速穩(wěn)定化處理效果呢,經(jīng)研究證明,定化處理溫度宜取下限,一般在860~930℃更好些。特別是果零件以后會(huì)在敏化溫度區(qū)間加工或工作時(shí),更要注意這一,因?yàn)椋S著穩(wěn)定化溫度的提高,碳在奧氏體固溶體中的固溶度會(huì)提高,也就是碳在固溶體中的過(guò)飽和度提高,當(dāng)以后該零件在敏化溫度區(qū)間加工或工作時(shí),由于這個(gè)時(shí)候奧氏體中可溶含碳量要低于在較高溫度時(shí)奧氏體的含碳量,則多余部分的碳要析出,這部分析出的碳會(huì)與鉻形成(FeCr)23C6。存在于晶界處,必然會(huì)使材料的晶間腐蝕敏感性增強(qiáng)。所以,穩(wěn)定化加熱溫度一般選擇在850~930℃,不宜太高。
四、奧氏體不銹鋼不宜多次進(jìn)行固溶化處理
在重要產(chǎn)品的奧氏體不銹鋼零件生產(chǎn)時(shí),都明確規(guī)定奧氏體不銹鋼經(jīng)一次固溶化處理后,如因某些原因需要重新固溶化處理,則只允許進(jìn)行一次,即總共固溶化處理次數(shù)不能超過(guò)兩次。其原因也是重復(fù)、多次固溶加熱,會(huì)引起晶粒長(zhǎng)大,給材料性能帶來(lái)不利影響。
五、奧氏體不銹鋼的污染及其預(yù)防
奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的性能和特點(diǎn),使其越來(lái)越受到重視和應(yīng)用,特別是在核電設(shè)備的制造生產(chǎn)中,更是被應(yīng)用于制造重要、關(guān)鍵的零部件。制造這些零部件選用的奧氏體不銹鋼,不僅對(duì)其成分、顯微組織、雜質(zhì)元素有嚴(yán)格的控制,對(duì)力學(xué)性能、耐腐蝕性能、物理性能有高標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,對(duì)表面缺陷、內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)和評(píng)定有特殊的要求,也對(duì)加工、生產(chǎn)、制造、包裝、運(yùn)輸過(guò)程提出了明確的限制條件。這體現(xiàn)在對(duì)奧氏體不銹鋼的清潔度和防污染的要求,以絕對(duì)保證奧氏體不銹鋼的安全使用。
1. 奧氏體不銹鋼的污染源和污染物
為了保證奧氏體不銹鋼的清潔和不被污染,在自始至終的全過(guò)程中要遠(yuǎn)離和禁止接觸下列可能引起污染的材料。
(1) 高碳材料,包括碳鋼,鐵素體鋼和馬氏體不銹鋼。
(2) 可釋放出氯化物、氟化物的物品。
(3) 含氯0.25%以上的材料,如某些塑料、橡膠、石棉。
(4) 含鹵素25ppm以上的水或其他介質(zhì)。
(5) 硫及硫化物。
(6) 低熔點(diǎn)元素及其化合物,如Pb、Hg、P、Zn、Cd、Sn、Sb、Bi、As、Cu及稀土元素Ce、La等。
(7) 熱處理和焊接過(guò)程中容易在材料上形成合金和沉淀物的物品。
(8) 亞硝酸鹽。
(9) 鉻酸鹽、磷酸鹽。
(10) 增碳或增硫的液體、氣體介質(zhì)(含熱處理加熱爐氣)。
2. 熱處理及與熱處理相關(guān)工序的防污染措施
(1) 熱處理(包括其他熱加工)加熱時(shí)的爐內(nèi)氣氛應(yīng)是中性或弱氧化性氣氛和低硫氣氛,最好采用真空熱處理和保護(hù)氣氛熱處理。
在還原性,能增碳和增硫的氣氛中加熱會(huì)使奧氏體不銹鋼表面增碳、增硫,結(jié)果可能引起奧氏體不銹鋼表面脆化和降低耐腐蝕性能。
在強(qiáng)氧化性氣氛中加熱,會(huì)使奧氏體不銹鋼表面合金元素氧化,降低鋼的表面質(zhì)量和耐腐蝕性。
(2) 熱處理時(shí)采用的工裝,掛具等應(yīng)用同材質(zhì)材料制造,或者采用合格的材料將工件與工裝、掛具隔離,以防止奧氏體不銹鋼與其接觸處受污染,從而降低表面質(zhì)量和耐腐蝕性。
(3) 不銹鋼制造的全過(guò)程要防止與有污染可能的固體、液體、氣體相接觸(特殊工序采用的介質(zhì)除外)。
(4) 奧氏體不銹鋼制品在包裝、運(yùn)輸過(guò)程中也應(yīng)防止與可污染物接觸。
(5) 一旦受到污染,應(yīng)采取消除污染措施,如進(jìn)行酸洗、鈍化處理等。參見本書第七章第六節(jié)的相關(guān)內(nèi)容。