不锈钢的热处理特点

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1、不锈钢的热处理特点不锈钢的热处理特点 不锈钢从 20 世纪初发明至今不足百年的时间， 但其发展和应用的势头却异常迅猛。特别是从 20 世纪 60 年代末以来，全世界不锈钢的产量基本保持年均 4的增长率，不锈钢的应用范围逐步扩大到了国民经济的各个领域。 不锈钢之所以能得到如此迅猛的发展， 一个重要的因素是其具有耐蚀、 耐热性。 不锈钢热处理工艺的优劣对不锈钢的耐蚀、耐热性有很大影响，而且对不锈钢的加工性能起着决定性的作用。因此，不锈钢的热处理工艺在不锈钢的生产过程中一直处于十分重要的地位。 1、不锈钢热处理的特点 不锈钢的热处理是为了改变其物理性能、力学性能、残余应力及恢复由于预先加工和加热受到

2、严重影响的抗腐蚀能力， 以便得到不锈钢的最佳使用性能或者使不锈钢能够进行进一步的冷、热加工。所谓的热处理就是针对不同组织、不同类型的不锈钢进行相应的退火、淬火与回火、正火等处理。 不锈钢是一种特殊的钢种，钢中的镍、铬含量很高，由于镍、铬等合金化元素的存在，其热处理具有普通钢热处理所不具备的特点： ? 加热温度较高，加热时间也相对较长。 ? 不锈钢的导热率低，在低温时温度均匀性差。 ? 奥氏体型不锈钢高温膨胀较严重。 ? 炉内气氛控制很重要，要防止出现渗碳、渗氮及脱碳和过氧化现象。 ? 不锈钢的表面光泽对产品的使用及价格有决定性的影响， 热处理时产生的氧化铁皮，将严重影响表面光泽。 ? 要确保避

3、免不锈钢表面的划伤及防 II：热处理时产生变形。不锈钢按其组织可以分为奥氏体、马氏体和铁素体三类（此外还有沉淀硬化型、铁素体奥氏体型等） ，这三类不锈钢的热处理无论是处理方法还是目的都不尽相同。 奥氏体型不锈钢 这类不锈钢应用最广泛，使用量也最大。其特点是在常温下为奥氏体组织，不发生相变，不能通过热处理使其硬化，但可以用冷加工进行硬化。常用热处理方法是固溶处理。 铁素体型不锈钢 这类不锈钢一般没有 - 转变，在高温和常温下都是铁素体组织，没有相变。但是当钢中含有一定量的碳、氮等奥氏体形成元素时，在高温下也能形成奥氏体组织，此类钢不能通过热处理使之强化，只能进行退火处理，消除内应力，便于进一步加

4、工。 马氏体型不锈钢 这类不锈钢有明显的相变点， 在高温下为奥氏体组织， 冷却时可以发生马氏体相变，转变为马氏体组织而硬化。因为其含铬高，淬透性好，可以采用淬火、回火等多种热处理方法。 本文就应用较为广泛的三类不锈钢分别论述其热处理方法及特点。 2、奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢的代表钢种是 18-8 钢（304） ，因为是奥氏体组织，所以具有无磁性且没有淬硬性等特点。由于该钢种不发生相变，其热处理就是加热到高温（一般在1000以上） ，奥氏体再结晶的同时，使在加工中产生的碳化物和。相分解物固溶到奥氏体中，然后快速冷却，使碳呈固溶状态的奥氏体保持到常温，这处理过程即为固溶处理。表 1 为奥氏体不锈

5、钢的参考退火温度。 表 1 奥氏体不锈钢参考退火温度 中国 GB 4237 美国 AISI ASTM 日本 JIS-G 4303 退火温度/ 0Cr18Ni9 304 SUS 304 1010-1120 00Cr18Ni9 304L SUS 304L 1010-1150 0Cr17Ni12Mo2 36 SUS 316 1010-1120 00Cr17Ni12Mo2 316L SUS 316L 1010-1150 Y1Cr18Ni9 303 SUS 303 1050-1150 0Cr18Ni11Ti 321 SUS 321 920-1170 奥氏体不锈钢加热温度主要是依据碳化物的固熔速度而确定的

6、，有资料指出像 304钢的碳化物在 1065时固溶需要 3 分钟，在 1176需要 15 分钟，在 1000则需要长达 10 分钟。从这个角度而言，加热温度越高越好，但加热温度偏高同时又可能引起晶粒过分长大、氧化铁皮增厚等缺陷。因为奥氏体型不锈钢无法通过相变来细化晶粒，如果晶粒过大，会使材料的抗拉强度明显下降。 就加热时间而言， 不锈钢的导热率低 （特别是在低温时） ， 升到高温后 （700800）导热率才有提高。所以，对于断面大的奥氏体不锈钢都需要预热到 700800，然后再快速升温，对于断面小的奥氏体不锈钢（如带钢）如果升温速度过慢，碳化物会充分析出，就会导致固溶时间过长，美国阿姆科公司曾

7、制定过一个经典的加热时间表（见表2、表 3） 。 由于不锈钢中的铬形成的铬基氧化物在酸洗中较难去除， 因此在热处理时要控制铬基氧化物的形成，对于有特殊要求的不锈钢，可采用光亮退火形式进行热处理。 表 2 奥氏体不锈钢固溶处理保温时间 厚度，mm 25.4 保温时间，min 5 15 30 60 60 表 3 奥氏体不锈钢固溶处理加热时间 工作直径或厚度，mm 到固溶化的升温时间 在固溶化温度的保温时间 6.35 1/2h 1020min 6.35-25.4 3/4h 0.5h 25.4-51 1.25h 0.5-1h 51-76 1.75h 0.5-1h 76-100 2.25h 0.5-1h

8、 为防止已固溶的碳化物析出，冷却速度也很重要，特别是在 600700时，碳化物析出较多而发生敏化，所以必须进行快速冷却。由于奥氏体不锈钢导热率低，对于断面较大的材料，无论怎样快冷，中心部位的冷却程度仍然很慢，往往因碳化物析出较多而发生敏化。所以在实际生产中，断面较大的材料一般考虑采用加入 Ti、Nb 等元素的稳定化奥氏体不锈钢，因为 Ti、Nb 等元素对碳亲和力较大，这类稳定化奥氏体不锈钢（如 321、347 等）可以不需要水淬或其它快速冷却措施进行快冷。 3、铁素体不锈钢 铁素体不锈钢是以铬为主要合金元素，其含量为 1230Cr。此类钢为单相组织，没有相变，具有强磁性。其典型的代表钢种是 4

9、30。美国在 6 0 年代以降低不锈钢成本为目标开发的廉价不锈钢种 409，广泛地应用于汽车、摩托车的消音器和下水管道等，也是属于铁素体刁；锈钢这一类。 该钢种无淬透性，同奥氏体钢一样不能通过热处理使其硬化，而且由于加热引起的晶粒长大比奥氏体钢既快且晶粒度又大。 因此在热处理时为避免晶粒长大以及发生奥氏体相变，加热温度不宜过高，般退火最高加热温度不超过 850。表 4 为铁素体不锈钢的参考退火温度。 表 4 铁素铁不锈钢的参考退火温度 中国 GB 4237 美国 AISI ASTM 日本 JIS-G 4303 退火温度， 1Cr17 430 SUS 430 750850 00Cr12 410L

10、 SUS 410L 700820 0Cr13Al 405 SUS 405 780830 1Cr15 429 SUS 429 780850 1Cr17Mo 434 SUS 434 780850 铁素体不锈钢在退火处理时，一定要缩短在 370550温度范围内的停留时间，特别是对于高铬的铁素体不锈钢。材料如果在此温度范围内停留时间过长，很容易发生475脆性现象，即硬度增高，延伸率大幅下降，甚至为零，同时材料的耐蚀性也降低。有实验表明：27Cr 钢在 475加热 100 小时后，材料在常温时的抗拉强度增加 50，屈服强度增加 l50，而延伸率为零。此外该钢种的焊接性能差（焊缝热影响区晶粒粗大且脆） 。

11、 4、 马氏体不锈钢 马氏体不锈钢同前两种不锈钢的特性明显不同，顾名思义，就是从高温奥氏体状态快冷（淬火）转变成马氏体组织而成的。这类不锈钢有明显的相变点，可以通过淬火而硬化。 而且因其含铬高， 淬透性好， 回火时可以在较大范围内调整其强度和韧性， 因此，马氏体不锈钢既可以作结构钢用，也可以作工具钢用。 马氏体不锈钢作为工具钢用时，处于淬火状态。为进行淬火，必须加热升温到临界点以上，以便碳化物固溶到奥氏体中。在升温使碳化物固溶时，因碳扩散速度较慢，为得到均匀的奥氏体组织，力口热温度一般要比临界点温度高 50以上，而且还必须有一定的保温时间，以便使碳化物充分、均匀溶解。当然，加热时间过长、加热温

12、度过高会造成马氏体组织不均匀，残余奥氏体组织增多，从而使材料内部因膨胀差而产生内应力。 马氏体钢是热裂纹敏感性钢种，该钢种在低温时导热率低，快速加热时极易产生裂纹，因此在处理大断面材料时，应该先预热，然后再快速升温。表 5 为马氏体不锈钢的参考退火温度。 表 5 马氏体不锈钢的参考退火温度 中国 GB 4237 美国 AISI ASTM 日本 JIS-G 4303 退火温度， 1Cr12 403 SUS 403 750900 1Cr13 410 SUS 410 750900 0Cr13 410S SUS 410S 750900 2Cr13 420J1 SUS 420 J1 750900 7Cr

13、17 440A SUS 440A 750900 在作结构钢用时，应在淬火的基础上进行回火（调质状态） 。马氏体不锈钢有回火脆性，回火温度一般不应低于 580。从回火温度冷却时，为避免回火脆性一般采用油冷；有时为了得到较高的屈服极限，也可以采用空冷，但这时结构钢的一个重要力学指标冲击值会下降。需注意的是马氏体不锈钢在淬火后，应尽快回火，如不能尽快回火，材料易产生裂纹。 5、沉淀硬化型不锈钢 奥氏体、铁素体、马氏体三类不锈钢虽然应用面较广，但作为结构钢使用，还存在着一些难以克服的缺陷。奥氏体型不锈钢屈服强度较低，只有 200N/mm2左右，不宜作为结构钢使用；而马氏体不锈钢虽然可以通过淬火、回火等

14、热处理形式获得较高的屈服强度，但其耐蚀性较差。对于那些要求最佳抗蚀性能与最大强度的用途，开发出了新型的 CrNi 不锈钢沉淀硬化型不锈钢（也称 PH 不锈钢） 。 这种新型不锈钢的热处理包括均匀化、完全退火、固溶热处理、时效处理和转变冷却。其特点是： ? 完全退火状态较软，易于再加工。 ? 通过适当的时效处理可获得要求的力学性能。 ? 具有与同类不锈钢一样的耐蚀性，提高了抗应力腐蚀断裂的性能。 ? 转变冷却适用于低于某温度的冷却。常用的沉淀硬化型不锈钢是马氏体型，其代表钢种是 631（0Crl7Ni7A1） 。该钢种的热处理是先进行固溶处理，在材料加热到 10001100后快冷，然后根据不同的力学性能要求，在不同温度下进行时效处理，如 621、565、510时效。 6、结束语 从以上分析可以看出，不锈钢的热处理是比较复杂的，要根据不同钢种的特点，采取不同的热处理方式，才能够满足用户不同的要求。