不锈钢之热处理

2020/3/251不锈钢之热处理报告人：XXXXXXXXXX有限公司2020/3/2521.随着冶金技术的发展，各类优质不锈钢不断出现。尽管冶金行业可以不断研发优质钢种，但是需要正确的热处理才能更好的发挥不锈钢的功能。2.不同钢种的不锈钢加热冷却过程中，基体组织转变不同，碳、氮化物以及金属间化合物生成转变不同，对不锈钢的性能影响不同。因此，在不锈钢热处理过程中应根据钢种和使用目的选择合适的热处理工艺。前言、不锈钢热处理2020/3/253一、奥氏体不锈钢热处理二、铁素体不锈钢热处理三、马氏体不锈钢热处理四、析出硬化不锈钢热处理目录2020/3/2541.奥氏体不锈钢热处理目的(1)奥氏体不锈钢基体组织为奥氏体，在加热和冷却过程中不发生马氏体相变，没有淬硬性。(2)奥氏体热处理的目的是提高耐蚀性，消除第二相带来的不利影响，消除应力，或使已经加工硬化的材料得到软化。一、奥氏体不锈钢热处理2020/3/255(1)析出物生成温度2.热处理的理论基础1000800600400200Cr23C6析出温度范围(约450~870℃)σ相析出温度范围(约620~840℃)Ti安定化处理温度范围(约870~950℃)固溶化热处理温度范围(约950~1100℃)δ-Fe生成温度范围(约1100℃以上)一、奥氏体不锈钢热处理2020/3/256(2)合金碳化物的析出与溶解2.热处理的理论基础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℃以上碳固溶于奥氏体中，由于碳原子半径小，所以温度降低时碳原子沿着晶界析出。0.34%0.18%0.03%一、奥氏体不锈钢热处理2020/3/257(2)合金碳化物的析出与溶解2)晶间贫铬碳溶解度：温度降低，溶解度降低。碳原子半径：原子半径小，溶解度降低，沿晶界析出。稳定性：析出碳原子不稳定，与Cr、Fe生产稳定的Cr23C6或(FeCr)23C6。原子扩散速率：碳原子半径小，扩散速率较大。铬原子半径大，扩散速率较小。贫铬区固溶化处理一、奥氏体不锈钢热处理2020/3/258(3)σ相2.热处理的理论基础σ相1）产生条件620~840℃温区，长时间加热加入铁素体形成元素，如Ti、Nd等。采用形成铁素体形成元素高的焊条焊缝中。以Mn、N代Ni的奥氏体中。2）不利影响1）产生条件降低塑性，特别是冲击韧性。σ相是富金属间化合物，形成时易导致晶间腐蚀，Cl-介质中点蚀。一、奥氏体不锈钢热处理2020/3/259(4)δ-铁素体2.热处理的理论基础δ-铁素体1）产生条件铸造的铬-镍奥氏体不锈钢，铸态化学成份不均匀，铁素体形成元素偏聚区。一些奥氏体不锈钢的焊缝组织中。2）有利影响1）产生条件含5-20%δ-铁素体，减少晶间腐蚀。提高屈服强度。在低应力条件下可降低应力腐蚀的敏感性。焊接时，减少焊接热裂纹形成的可能性3）不利影响压力加工时易形成裂纹(两种组织变形能力不同)。一、奥氏体不锈钢热处理2020/3/25103.热处理工艺(1)固溶化处理1)固溶化处理温度：950-1150℃2)保温时间：比一般合金钢长20-30%。3)冷却：碳化物形成温度区间(450-850℃)需快冷，冷却方式有以下原则铬含量大于22%，且镍含量较高；碳含量大于0.08%；碳含量不大于0.08%但有效尺寸大于3mm的不锈钢，选用水冷。碳含量不大于0.08%，有效尺寸小于3mm的不锈钢，选用风冷。有效尺寸小于0.5mm的薄件可空冷。一、奥氏体不锈钢热处理2020/3/2511(1)固溶化处理一、奥氏体不锈钢热处理2020/3/25123.热处理工艺(2)安定化处理1)安定化处理温度：高于铬的碳化物溶解温度(450-870℃)低于或略高于TiC和NbC的溶解温度（750-1120℃）。一般推荐为870-950℃。2)保温时间：2-4小时(依工件形状，合金元素等）。厚度或直径为25mm的保温时间2小时，超过的加计1小时。3)冷却：较小的冷却速度，如空冷或炉冷。安定化处理是含Nd或Ti的奥氏体不锈钢采用的热处理方法。一、奥氏体不锈钢热处理2020/3/25133.热处理工艺(3)去应力退火1)奥氏体不锈钢的去应力退火工艺，应根据奥氏体不锈钢的材质、使用环境、消除应力的目的及工件形状尺寸等情况选择。2)去应力退火的目的去除残余应力，降低应力腐蚀破裂。保证工件最终尺寸的稳定性。一、奥氏体不锈钢热处理2020/3/25143)应力腐蚀破坏一、奥氏体不锈钢热处理2020/3/25福欣特殊鋼專案組組內教育訓練15(3)去应力退火方法说明：表中方法顺序为优先选择顺序A：1010-1120℃加热保温后缓慢冷却。B：850-900℃加热保温后缓慢冷却。C：1010-1120℃加热保温后快速冷却。D：480-650℃加热保温后缓慢冷却。E：430-480℃加热保温后缓慢冷却。F：200-480℃加热保温后缓慢冷却保温时间：按每25mm，保温1-4h，较低温度时采用较长保温时间。注：•在较强应力腐蚀环境工作，最好选用Ⅰ类钢A处理，或Ⅱ类钢B处理。•工件在制作过程中，产生敏化情况下应用。•如果工件在最终加工后进行C处理时，此时可采用A或B处理。一、奥氏体不锈钢热处理2020/3/25161.铁素体不锈钢热处理目的(1)铁素体不锈钢一般情况下是稳定的单相铁素体组织，加热冷却过程中不发生马氏体相变，不能淬硬化。(2)铁素体不锈钢热处理的目的是消除或减弱在生产工序中可能产生的第二相及其带来的不利影响。1)σ相脆性：540-815℃长期停留，σ相硬而脆的，降低钢的塑性和耐蚀性。2)475℃脆性：400-500℃长期停留，形成富Cr相与母相共格引起点阵畸变和内应力。强度升高，韧性降低、耐蚀性降低。3)高温脆性：含有一定量的C、N等间隙元素，加热到950℃以上再冷却下来时，形成铬的碳、氮化物，降低钢的韧性和耐蚀性。二、铁素体不锈钢热处理2020/3/25172.铁素体不锈钢热处理工艺(1)退火1)退火温度：700-800℃2)保温时间：30min+厚度×1min/mm405650-815℃空冷或水冷430705-790℃815-900℃空冷或炉冷炉冷到600（5-10℃/h）然后空冷430F705-790℃空冷或水冷442760-830℃空冷或水冷446760-830℃空冷或水冷备注：保温时间一般为1-2h薄物（厚度2-3mm）3-5min二、铁素体不锈钢热处理2020/3/2518二、铁素体不锈钢热处理2.铁素体不锈钢热处理工艺(2)去应力退火1)退火温度：700-760℃或者230-370℃2)保温时间：1.5-2h3)冷却：先以50℃/min冷却到600℃，然后空冷。2020/3/25192.铁素体不锈钢热处理工艺(2)去应力退火1)退火温度：700-760℃或者230-370℃2)保温时间：1.5-2h3)冷却：先以50℃/min冷却到600℃，然后空冷。(3)高纯铁素体退火1)退火温度：900-1050℃2)保温时间：1-2h。3)冷却：快冷。二、铁素体不锈钢热处理2020/3/25201.马氏体不锈钢热处理目的马氏体不锈钢加热冷却过程中发生马氏体相变，具有淬硬性，通过调整碳、铬、钼等合金元素的含量和应用热处理的方法获得所需要的力学性能，满足不同的使用要求。三、马氏体不锈钢热处理2020/3/25212.马氏体不锈钢热处理理论基础(1)加热转变1)通过淬火可以硬化的钢，钢的奥氏体体化是一个重要的过程。2)奥氏体化过程中碳原子的扩散是关键。3)合金元素的含量和种类对碳原子的影响，使奥氏体形成和均匀化过程复杂化。如，Cr使共析点左移、与C形成碳化物影响扩散，影响奥氏体的形成。三、马氏体不锈钢热处理2020/3/25222.马氏体不锈钢热处理理论基础(2)冷却转变钢在冷却时，发生珠光体型转变、贝氏体型转变和马氏体体转变。1)合金元素对Ms点的影响，Cr、Ni等降低Ms点，增强奥氏体稳定性，为其获得马氏体组织提供有利条件。2)淬火马氏体高强度原因：碳和合金元素固溶强化、马氏体条片周界及马氏体内位错密度的综合影响。3)马氏体较低韧性的原因：碳对马氏体形态（板条状和针状为主）以及亚结构（位错和孪晶）的影响。三、马氏体不锈钢热处理2020/3/25232.马氏体不锈钢热处理理论基础(3)淬火回火转变淬火钢脆性较大，一般需经过回火后才能应用于工程中。马氏体不锈钢回火也遵循四个阶段的规律。但是要获得与碳含量相同的碳钢同样的强度和硬度，需提高回火温度和延长保温时间。1)淬火马氏体分解：(0-250℃)钢中过饱和碳析出，结构大致为FeXC。钢的基体组织为回火马氏体+FeXC。2)残留奥氏体的转变：(230-280℃),分解产物为低碳马氏体和ε型碳化物。出现明显的硬化相像。(Cr、Ni等合金元素会抑制残留奥氏体的转变)3)χ、θ碳化物形成：χ碳化物(Fe5C2)在260-360℃析出，随着加热温度升高转化成θ碳化物(Fe3C)，同时ε型碳化物也转变成θ碳化物。此阶段易导致第一类回火脆性，合金元素会抑制碳化物的析出和转变。4)碳化物的聚集长大：大约从300℃开始。研究表明550℃以上获得颗粒状碳化物，加热温度提高，碳化物颗粒粗化变大。合金元素在铁素体和碳化物间进行重分配。三、马氏体不锈钢热处理2020/3/25242.马氏体不锈钢热处理理论基础(4)回火脆性1)第一类回火脆性：250-400℃，更高温度加热可消除之后再在脆性温区回火时不再产生脆性，为不可逆回火脆性。2)第二类回火脆性：450-700℃，更高温度加热可消除，但是再次在该脆性温区回火人回产生脆性，为可逆回火脆性。3)回火脆性的原因：析出理论：碳化物、氮化物、固溶体中的溶质沿晶界析出，促进裂纹的生产。碳化物转变理论：温度升高合金元素扩散增强，碳化物的成分和分布形态改变而引起脆性。杂志元素晶界偏析理论：杂志元素晶界偏聚，降低晶面间的结合力，为裂纹提供成核和扩展的机会。三、马氏体不锈钢热处理2020/3/25253.马氏体不锈钢热处理工艺马氏体不锈钢热处理方法主要是退化或退火后再淬火、回火。(1)退火三、马氏体不锈钢热处理2020/3/25263.马氏体不锈钢热处理工艺马氏体不锈钢热处理方法主要是退化或退火后再淬火、回火。(2)淬火、回火三、马氏体不锈钢热处理2020/3/25273.马氏体不锈钢热处理工艺(3)预热马氏体在925-1065℃加热后快冷可得到所需硬度，但是易导致破裂，因此需要预热处理。1)预热场合薄物、薄物和厚物同时存在、锐角或有陷入角度、大的物件有较深的刻入的机械部位、硬化的试样再热处理，这些需要预热处理。2)预热工艺加热温度760-790℃。重量物时预热温度760℃时500-760℃需要缓慢加热。而且高碳含量的马氏体414、431、420等也需要预热处理。三、马氏体不锈钢热处理2020/3/25281.析出硬化不锈钢热处理目的析出硬化不锈钢具有近似奥氏体体不锈钢的耐腐蚀性，又具有类同于马氏体不锈钢可通过热处理方法调整机械性能的特征。析出硬化不锈钢强度适量的添加元素(Al、Cu、Mo、W、Co、Ti、Nb、N、B等)，这些元素的化合物的析出的热处理因元素的种类和含量有所差别。四、析出硬化不锈钢热处理2020/3/25292.析出硬化不锈钢热处理理论基础(1)分类常用的析出硬化不锈钢常冠以“PH”标志，析出硬化不锈钢四个种类：1)马氏体型析出硬化不锈钢：0Cr17Ni4Cu4Nb(PH17-4，630)是典型钢号，主要的析出硬化元素是铜、铌、铝等。2)半奥氏体型析出硬化不锈钢：0Cr17Ni7Al是典型钢号，以Al或Mo作为析出硬化元素。3)奥氏体型析出硬化不锈钢：主要依靠第二相析出使材料得到硬化，含有大量的铝、铌、磷、钼等析出硬化元素。无磁性，强化效果低于马氏体型和半奥氏体型析出硬化不锈钢。4)奥氏体-铁素体型析出硬化不锈钢：较多的