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1、不锈钢热处理技术及最新动向信息来源：世界金属导报 时间:2015-11-30 15:04:35 不锈钢是 Cr 含量大于 10.5%、C 含量小于 1.2%的具有高耐蚀性的合金钢。根据钢的常温组织，不锈钢分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢、析出硬化型不锈钢等 5 大类别。以下根据日本 JIS G 4303 的规定对 5 类不锈钢的热处理进行介绍。1 奥氏体不锈钢的热处理1.1 固溶热处理固溶热处理是消除钢中的马氏体和钢中的应变，将碳化物固溶、使钢的组织成为单相奥氏体组织、提高钢的耐蚀性和加工性的热处理方法。表 1 是 JIS G 4303 规定的奥氏体不锈钢的热
2、处理条件。热处理温度大致分为 1010-1150、大于 900、1030-1180三大类别。奥氏体中的碳化物主要是 Cr 碳化物，需要用固溶热处理的方法将其分解。温度越高，钢中的固溶 C 量越大，碳化物越容易分解。所以，钢的 C 含量越高，越需要提高固溶热处理的温度。此外，Ti、Nb 与 C 有很强的亲和力，可与 C 形成稳定的碳化物。所以，含 Ti、Nb 钢的固溶 C 量远小于钢的 C 含量。因此，添加稳定化元素 Ti、Nb 的 SUS316I、SUS321、SUS347 等牌号奥氏体不锈钢，可以在 900左右进行固溶热处理。另一方面，含有较多 Cr、Ni 钢的固溶 C 量低，需要进行更高温
3、度的固溶热处理。所 以SUS310S、SUS321L、SUS836L 等牌号奥氏体不锈钢要进行高温固溶热处理。所有牌号奥氏体不锈钢固溶热处理后都要急冷。如果在 550-800温度范围内冷却速度小，大量 Cr 碳化物在晶界析出，Cr 碳化物周围形成了 Cr 浓度很小的贫 Cr 层，贫 Cr 层将成为腐蚀起点，使钢发生腐蚀，导致钢的耐蚀性显著下降。因此，在奥氏体不锈钢固溶热处理时，当 C 固溶后要进行急冷，不使 Cr 碳化物析出。1.2 稳定化热处理添加 Ti、Nb 的 SUS316I、SUS321、SUS347 等牌号奥氏体不锈钢，有时需要进行稳定化热处理。稳定化热处理是使与 C 的亲和力大于
4、Cr 的Ti、Nb 和固溶 C 发生反应，生成析出物、降低固溶 C 量，防止 Cr 碳化物晶界析出，从而提高抗晶界腐蚀性的热处理方法。稳定化热处理温度在 Cr 碳化物难于析出、TiC、NbC 可以充分析出的温度范围，即 850-930。由于固溶 C 量已经降低，所以，稳定化热处理后的冷却无须急冷。2 奥氏体-铁素体不锈钢的热处理奥氏体-铁素体不锈钢中的奥氏体相和铁素体相的比例（相比例）影响着钢的耐蚀性和力学性能。相比例因热处理温度的不同而不同。因此，奥氏体-铁素体不锈钢的固溶处理不仅要消除前工序生成的析出物和应变，还要获得适宜的相比例。表 2 是 JIS G 4303 规定的奥氏体-铁素体不锈
5、钢热处理条件。为了防止固溶处理后冷却过程中 相析出，降低钢耐蚀性和力学性能，奥氏体-铁素体不锈钢固溶处理后应进行急冷。3 铁素体不锈钢的热处理铁素体不锈钢退火的目的是消除前工序产生的应力和应变，使钢具有良好的耐蚀性和加工性。表 3 是 JIS G 4303 规定的铁素体不锈钢热处理条件。铁素体不锈钢的热处理温度有两类。一类是 SUS430 等钢的热处理温度上限小于 850。另一类是 SUS447J1、SUSXM27 等钢的热处理温度为 900-1050。SUS430 等钢在高温下会生成奥氏体相，所以要在铁素体区进行热处理。由于在热处理温度区域，C 的固溶度很小，所以钢的组织是含有大量 Cr 碳
6、化物的铁素体相。因此铁素体不锈钢退火后可以进行缓冷。在缓冷过程中，即使有碳化物析出，形成贫 Cr 层，由于铁素体中的 Cr 扩散很快，也会发生回复现象（贫 Cr 层消失现象），所以钢的耐蚀性不会下降。SUS447J1、SUSXM27 等钢是在高温下不形成奥氏体的钢，由于钢中的Cr 含量很大，再结晶温度高，所以退火温度也要提高。但为了防止晶粒粗大化，设定了温度上限。上述两类钢种的退火冷却都是急冷，以防止 相析出和 475脆性导致的脆化和耐蚀性下降。退火处理温度高，钢中的 TiC、NbC 开始分解，引起晶粒粗大和固溶 C 量增加，导致钢的脆化和耐蚀性下降。所以 SUS447J1、SUSXM27 等
7、钢的退火温度上限规定为 1050。由于 TiC、NbC 析出，钢中的固溶 C 量很少，所以退火后可以急冷。4 马氏体不锈钢的热处理 4.1 退火马氏体不锈钢退火热处理的目的是消除前工序产生的应变和组织不均匀性，软化钢质，使之适于冷加工和机械加工。表 4 是 JIS G 4303 规定的马氏体不锈钢的热处理条件。从 SUS430 到 SUS420F2 共有两种退火条件。一种是完全退火、一种是低温退火。完全退火是将钢加热到奥氏体开始转变温度（A1）以上 50-100的高温区使钢奥氏体化，通过扩散减轻凝固偏析，使组织均匀化的热处理方法。低温退火是将钢加热到 A1点之下的铁素体 碳化物区域，使钢发生再
8、结晶，回复加工性的热处理方法。低温退火适用于冷加工中的软化处理。完全退火对含Ni 的 SUS431 没有作用。淬火后要进行两级相变点之下的退火。4.2 淬火马氏体不锈钢的淬火是将钢加热、奥氏体化后，使之发生马氏体转变，获得要求的高强度的热处理方法。在对马氏体不锈钢进行淬火时，将钢加热到相变开始温度以上，使钢奥氏体化，使钢的成分均匀化。然后进行油冷，发生马氏体转变。马氏体不锈钢的淬火保温时间要足够长。这是因为，钢在加热过程中大量的 Cr 碳化物发生分解，扩散缓慢的 Cr 进行移动，使钢的成分均匀化需要较长时间。马氏体不锈钢的淬火温度越高，碳化物分解的越多，奥氏体中的固溶 C 量越多，淬火后钢的硬
9、度越大。但是淬火温度过高，奥氏体中的固溶 C 量过多，会引起马氏体开始转变温度下降，其结果是残余奥氏体量增加、硬度下降。残余奥氏体是不稳定组织，在室温下会逐渐转变为马氏体，导致产生放置裂纹和韧性下降。因此，为了减少残余奥氏体量有时要进行冷处理。冷处理的一般温度是-73。4.3 回火淬火状态的马氏体不锈钢硬度高，但很脆，所以要进行回火处理，牺牲一些硬度，以获得使用要求的韧性。马氏体不锈钢的低温回火主要是 100-250回火，通过低温回火缓解钢中的内应力、降低脆性。马氏体不锈钢低温回火适用于强调硬度的刀具等物品。马氏体不锈钢的高温回火主要是 600-750回火，适用于强调韧性的结构部件。当马氏体不
10、锈钢在 400-500的中间温度进行回火时，钢的韧性、耐蚀性下降。所以，原则上不进行该温度范围内的回火。5 析出硬化型不锈钢的热处理析出硬化型不锈钢是固溶处理后进行析出硬化处理，使微细第二相在基体上均匀弥散析出，获得要求硬度的不锈钢钢类。表 5 是 JIS G 4303 规定的析出硬化型不锈钢的热处理条件。SUS630 钢经固溶处理形成低 C 的软质马氏体，通过析出硬化处理，钢中析出富 Cu 相，提高钢的硬度。处理温度最低的 H900 析出硬化处理，可使钢获得最大强度。处理温度升高，钢的强度下降、韧性变好。SUS631 钢经固溶处理生成亚稳定的奥氏体，析出硬化处理对奥氏体的 Ms 点进行调整，使钢马氏体化，并在 510或 565的最终处理阶段析出 Ni-Al 金属间化合物，使钢硬化。
