奥氏体系不锈钢和热处理工艺

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1、. . . . 学习好帮手 前言前言 随着经济建设的深入发展，不锈钢在石油工业、医用器械、国防工业和 民用工业等领域的应用逐渐扩大。随着改革开放以来国外先进技术的引进， 进口不锈钢牌号和种类日渐增多，因此要求有许多焊接材料，以及一些工艺、 新技术与之相应。对不锈钢焊接结构，如何保证焊接过程质量，是保证焊接 结构质量的核心。 本论文主要论述奥氏体系不锈钢及其热处理工艺分析；比较全面地论 述了奥氏体不锈钢化学成分及其合金化的原理，奥氏体不锈钢化学成分、合 金元素在奥氏体不锈钢中的作用，奥氏体不锈钢的主要优点；相应地分析了 金属的腐蚀及防护；腐蚀的现象及意义；化学腐蚀及保护膜。电化学腐蚀及 其防护，

2、腐蚀损坏的形式（均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、疲劳 腐蚀）及材料抗蚀性的评定，同时也分析奥氏体不锈钢焊缝热影响区的组织 及热处理奥氏体不锈钢的热处理工艺。 . . . . 学习好帮手 目目 录录 一、奥氏体不锈钢一、奥氏体不锈钢 .1 （一）奥氏体不锈钢成分.1 （二）奥氏体不锈钢合金化原理.2 （三）奥氏体不锈钢型号.3 （四）奥氏体不锈钢种类.5 （五）奥氏体不锈钢的特点.7 （六）奥氏体不锈钢优缺点.8 （七）奥氏体不锈钢生产工艺.8 二、金属的腐蚀二、金属的腐蚀.9 （一）金属的腐蚀及防护.9 （二）腐蚀的现象及意义.10 （三）化学腐蚀及保护膜.10 （四）电化学腐蚀及其防护

3、.12 （五）腐蚀损坏的形式及特点.16 （六）材料抗蚀性的评定.20 三、奥氏体不锈钢晶间腐蚀三、奥氏体不锈钢晶间腐蚀 22 （一）晶间腐蚀产生的机理.22 （二）不锈钢晶间腐蚀原因分析.23 （三）影响晶间腐蚀的因素24 （四）防止晶间腐蚀的措施.26 四、奥氏体不锈钢焊缝热影响区的组织分析四、奥氏体不锈钢焊缝热影响区的组织分析28 （一）焊缝凝固裂纹.28 （二）热影响区（液化）裂纹.31 （三）高温低塑性裂纹.30 五、奥氏体不锈钢的热处理工艺分析五、奥氏体不锈钢的热处理工艺分析 .31 （一）固溶化处理.31 （二）稳定化退火.31 （三）消除应力处理.32 （四）敏化处理.32 （

4、五）奥氏体不锈钢的冷加工强化及去应力处理42 （六）奥氏体不锈钢热处理应注意的一些问题 .43 6、奥氏体不锈钢工程热处理实例分析奥氏体不锈钢工程热处理实例分析43 （一）奥氏体不锈钢的发展方向.43 参考文献参考文献 44 致谢致谢45 . . . . 学习好帮手 摘摘 要要 奥氏体不锈钢 1913 年在德国问世，在不锈钢中一直扮演着最重要的角 色，其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的 70%。钢号也最多，奥氏 体不锈钢是不锈钢中应用最广泛、牌号种类最多的钢种，也是较重要的一类 不锈钢。当今我国常用奥氏体不锈钢的牌号就有 40 多个，最常见的就是 18-8 型。 本文首先简要介绍了奥氏体

5、不锈钢的成分特点，金属腐蚀形式及防护措 施，尤其是对奥氏体不锈钢的晶间腐蚀及奥氏体不锈钢焊缝热影响区的组织 作出重要分析，然后详细对奥氏体不锈钢热处理工艺及其应注意的若干问题 进行研究。 关键词: 金属腐蚀 晶间腐蚀 热影响区 热处理工艺 . . . . 学习好帮手 奥氏体系不锈钢及其热处理工艺奥氏体系不锈钢及其热处理工艺 一、奥氏体不锈钢一、奥氏体不锈钢 （一）奥氏体不锈钢成分（一）奥氏体不锈钢成分 奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含 Cr 约 18%、Ni 8%10%、C 约 0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢 包括著名的 18Cr-8Ni 钢和在此基

6、础上增加 Cr、Ni 含量并加入 Mo、Cu、Si、Nb、Ti 等元素发展起来的高 Cr-Ni 系列钢。奥氏体不锈钢无 磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能 通过冷加工进行强化，如加入 S，Ca，Se，Te 等元素，则具有良好的易切削 性。 奥氏体不锈钢在不锈钢中一直扮演着 最重要的角色，其生产量和使用 量 约占不 锈钢总产量及用量的 70%。由于奥氏体不锈钢具有优良的性能和 特点，使其越来越受 到重视和应用，特别是在核电设备的制造 生产中，更 是被应用于制造重要、关键的零部件。 此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外，如果含有 Mo、Cu 等元素还能耐硫酸、 磷酸以及甲酸

7、、醋酸、尿素等的腐蚀。此类钢中的含碳量若低于 0.03%或含 Ti、Ni，就可显著提高其耐晶间腐蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸具有 良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能，在各行各 业中获得了广泛的应用。以上是奥氏体不锈钢新旧牌号化学成份对照表 1 . . . . 学习好帮手 奥氏体不锈钢新旧牌号化学成份对照表 1 （二）奥氏体不锈钢合金化原理（二）奥氏体不锈钢合金化原理 提高钢耐蚀性的方法很多，如表面涂一层耐蚀金属、涂敷非金属层、电 化学保护和改变腐蚀环境介质等。但是利用合金化方法，提高材料本身的耐 蚀性是最有效的防止腐蚀破坏的措施之一，其原理及方法如下： 1.1.加入合

8、金元素，提高钢基体的电极电位，从而提高钢的抗电化学腐蚀加入合金元素，提高钢基体的电极电位，从而提高钢的抗电化学腐蚀 能力。能力。 一般钢中加入 Cr、Ni、Si 多元素均能提高其电极电位。由于 Ni 较缺， Si 的大量加入会使钢变脆，因此，只有 Cr 才是显著提高钢基体电极电位常 用的元素。 Cr 能提高钢(不锈钢)的电极电位，但不是呈线性关系。实验证明 钢的电极电位随合金元素的增加，存在着一个量变到质变的关系，遵循 1/8 规律。当 Cr 含量达到一定值时即 18 原子（l8、28、3/8）时， 电极电位将有一个突变。因此，几乎所有的不锈钢中，Cr 含量均在 12.%（原子）以上，即 11

9、.7%（质量）以上。 . . . . 学习好帮手 2.2.加入合金元素使钢加入合金元素使钢( (不锈钢不锈钢) )的表面形成一层稳定的、完整的与钢的基的表面形成一层稳定的、完整的与钢的基 体结合牢固的钝化膜。体结合牢固的钝化膜。 从而提高钢的耐化学腐蚀能力。如在钢中加入 Cr、Si、Al 等合金元素， 使钢的表层形成致密的 Cr2O3,SiO2,Al2O3 等氧化膜，就可提高钢(不锈钢) 的耐蚀性。 3.3.加入合金元素使钢加入合金元素使钢( (不锈钢不锈钢) )在常温时能以单相状态存在，减少微电池在常温时能以单相状态存在，减少微电池 数目从而提高钢的耐蚀性。数目从而提高钢的耐蚀性。 如加入足

10、够数量的 Cr 或 CrNi,使钢在室温下获得单相铁素体或单相 奥氏体。 4.4.加入加入 MoMo、CuCu 等元素，提高抗腐蚀的能力。等元素，提高抗腐蚀的能力。 5.5.加入加入 TiTi，NbNb 等元素，消除等元素，消除 CrCr 的晶间偏析，从而减轻了晶间腐蚀的晶间偏析，从而减轻了晶间腐蚀 倾向。倾向。 6.6.加入加入 MnMn、N N 等元素，代替部分等元素，代替部分 NiNi 获得单相奥氏体组织，同时能获得单相奥氏体组织，同时能 大大提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。大大提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。 随着医学界就环境中的微量元素对健康影响的深入研究，现已证实了许 多金属元素如

11、铬、镍、钼、镉、锰、钛等及其化合物对人体健康有着不同性 质，不同程度的危害。我国对于用不锈钢制成的厨具也已制订出卫生标准。 但是如果使用者缺乏这方面的知识，使用不当，不锈钢中的微量金属元素同 样会在人体内慢慢累积，当累积的数量达到某一限度，就会危害人体健康。 所以使用不锈钢厨具、食具必须注意如下几点： （1）切忌用不锈钢锅煲中药，因中药含有多种生物碱、有机酸等成分， 特别是在加热条件下，很难避免不与之发生化学反应，而使药物失效，甚至 生成某些毒性更大的络合物。 （2）切勿用强碱性或强氧化性的化学药剂如苏打、漂白粉、次氯酸钠 等进行洗涤。因为这些物质都是强电解质，同样会与不锈钢起电化学反应。 （

12、3）不可长时间盛放盐、酱油、醋、菜汤等，因这些食品中含有很多 电解质，如果长时间盛入，则不锈钢同样会像其他金属一样，与这些电解质 起电化学反应，使有毒的金属元素被溶解出来。 . . . . 学习好帮手 （三）奥氏体不锈钢型号（三）奥氏体不锈钢型号 1.1. 200200 系列：铬系列：铬- -镍镍- -锰锰 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 2.2. 300300 系列：铬系列：铬- -镍镍 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 -型号 301：延展性好，用于成型产品。也可通过机械加工使其迅 速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于 304 不锈钢，产品如：弹簧、 钢构、车轮盖。 -型号 302：耐腐蚀性同 304

13、，由于含碳相对要高因而强度更好。 -型号 303：通过添加少量的硫、磷使其较 304 更易切削加工。 -型号 304：通用型号；即 18/8 不锈钢。产品如：耐蚀容器、餐 具、家俱、栏杆、医疗器材。标准成分是 18 % 铬加 8 % 镍。为无磁性、 无法借由热处理方法来改变其金相组织结构的不锈钢。 -型号 304 L：与 304 相同特性，但低碳故更耐蚀、易热处理， 但机械性较差 适用焊接及不易热处理之产品。 -型号 304 N：与 304 相同特性，是一种含氮的不锈钢，加氮是 为了提高钢的强度。 -型号 309：较之 304 有更好的耐温性。 -型号 309 S：具多量铬、镍，故耐热、抗氧化

14、性佳，产品如： 热交换器、锅炉零组件、喷射引擎。 -型号 310 S：含最多量铬、镍，故耐热、抗氧化性最佳 热交换 器、锅炉零组件、电机设备。 -型号 316：继 304 之后，第二个得到最广泛应用的钢种，主要 用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结 构。由于较之 304 其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来 使用。SS316 则通常用于核燃料回收装置。18/10 级不锈钢通常也符合这个 应用级别。特用于化学、海边等易腐蚀环境、船舶装配、建材。 -型号 316 L：低碳故更耐蚀、易热处理，产品如：化学加工设 备、核能发电机、冷冻剂储糟。 -型号 321：除

15、了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险 . . . . 学习好帮手 之外其他性能类似 304，适于焊接 酿酒设备、蒸气管、航空零件。 -型号 347：添加安定化元素铌，适于焊接 航空器具零件及化学 设备。 严格意义上讲，由于 200 系列不锈钢中的锰在钢中电极电位起的作用 不大，形成的氧化膜的保护作用非常低，不能起到耐腐蚀作用，因此锰合 金化的奥氏体不锈钢，不能称之为真正的“不锈钢”。目前国内很多厂家 处于成本考虑，在不锈钢中降低了铬、镍，增加了锰的含量。专家认为， 不锈钢之所以能不锈，就是因为有铬和镍的存在，降低这两种成分的含量 会降低防锈性能。 4 以下是我国与发达工业国家（美国、日本、德国）的奥氏体不锈钢牌 号对比(表 2)： GB(中国) ASTM(美国) JIS(日本) DIN(德国) 1Cr17Ni7 301 SUS301 X12CrNi177 1Cr18Ni9 302 SUS302 X12CrNi1