1Cr18Ni9Ti的热处理工艺与耐蚀性研究毕业论文.doc

毕业设计（论文）中文摘要摘要奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni8%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。本论文主要对奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti热处理过程及其耐蚀性的研究，包括锻造、预先热处理、固溶处理、稳定化处理等材料成型的完整的热处理过程的介绍。并且本文还对不锈钢1Cr18Ni9Ti耐蚀性的原因，怎样做才能使其更具耐蚀性等等问题都做了一些介绍。不锈钢热处理过程中所用到的真空热处理炉，其结构、特性相当复杂，本文也对真空热处理炉做了一些介绍，用真空热处理炉做的不锈钢，可以防止不锈钢氧化脱碳保证工件的表面质量和机械性能。本文还对不锈钢1Cr18Ni9Ti的化学热处理、表面处理进行了一些介绍，表出面处理使其性能有更大的提高。最后文章对不锈钢热处理后的检验也做了介绍，主要为金相、力学性能等方面的检验。关键词：奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9Ti 固溶处理 稳定化处理 耐蚀性毕业设计（论文）中文摘要Title:1Cr18Ni9Ti heat treatment process and corrosion resistance ofAbstract: Austenitic stainless steel at room temperature, refers to with austenite stainless steel. Steel containing Cr18%, Ni8%10%, C approximately 0.1%, with a stable austenite. Austenitic chromium nickel stainless steel including the prestigious 18Cr-8Ni steel and on the basis of increased Cr, Ni content and adding Mo, Cu, Si, Nb, Ti and other elements of development of high Cr-Ni series steel. Austenitic stainless steel non-magnetic and has high toughness and plasticity, but its strength is low, not possible through phase change to intensive, can only through the cold hardening, such as the accession to the S, Ca, Se, Te and other elements, it has good cutting performance. This thesis mainly on austenitic stainless steel 1Cr18Ni9Ti heat treatment process and corrosion resistance of the film, including the preliminary heat treatment, forging, solid solution treatment, stabilized material forming a complete heat treatment process are introduced. And this paper also stainless steel1Cr18Ni9Ti corrosion reason, what can I do to make it more corrosion resistance and so on have made some introduction. Stainless steel heat treatment process used in the vacuum heat treatment furnace, its structure, properties are complicated, this article also to the vacuum heat treatment furnace were introduced, with the vacuum heat treatment Keywords:Austenitic stainless stee 1Cr18Ni9Ti Solid solution treatment Stabilizing treatment Corrosion resistance常州机电职业技术学院毕业论文目 录1 绪论41.1 不锈钢的历史起源及分类51.1.1 铁素体不锈钢61.1.2 马氏体不锈钢61.1.3 奥氏体不锈钢61.2 不锈钢的应用及工作环境71.2.1 不锈钢在建筑业中的应用71.2.2 不锈钢在海洋装置上的应用81.3 国内外不锈钢的发展情况101.3.1 彩色不锈钢101.3.2 日本废不锈钢利用121.3.3 国内外不锈钢焊条使用现状121.4 本论文的目的与意义142. 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的热处理工艺过程152.1 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的冶炼研究及锻造处理152.1.1 1Cr18Ni9Ti的凝固行为152.1.2 1Cr18Ni9Ti的锻造处理192.2 奥氏体不锈钢热处理设备真空热处理炉202.2.1 真空热处理炉概述202.2.2 真空热处理炉设计232.3 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的固溶处理与稳定化处理272.3.1 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的固溶处理272.3.2 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的稳定化处理292.3.3 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的化学热处理332.3 全腐蚀试验362.4 晶间腐蚀试验373 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的抗蚀性处理393.1 造成不锈钢腐蚀的原因及机理393.2 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti常用的抗蚀热处理方式403.3 固溶处理与稳定化处理对耐蚀性能的影响413.4 讨论与结论434 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti热处理后检验444.1 试验方法与结果444.2 结果分析454.3 小结475结论48致谢49参考文献501 绪论奥氏体不锈钢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，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。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%、Ni8%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。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、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。奥氏体不锈钢生产工艺性能良好，特别是铬镍奥氏体不锈钢，采用生产特殊钢的常规手段可以顺利地生产出各种常用规格的板、管、带、丝、棒材以及锻件和铸件。由于合金元素(特别是铬)含量高而碳含量又低，多采用电弧炉加氩氧脱碳(AOD)或真空脱氧脱碳(VOD)法大批量生产这类不锈钢材，对于高级牌号的小批量产品可采用真空或非真空非感应炉冶炼，必要时加电渣重熔。 铬镍奥氏体不锈钢优良的热塑性使其易于施以锻造、轧制、热穿孔和挤压等热加工，钢锭加热温度为11501260，变形温度范围一般为9001150，含铜、氮以及用钛、铌稳定化的钢种偏靠低温，而高铬、钼钢种偏靠高温。由于导热差，保温时间应较长。热加工后工件空冷即可。铬锰奥氏体不。锈钢热裂纹敏感性较强，钢锭开坯时要小变形、多道次，锻件宜堆冷。可以进行冷轧、冷拔和旋压等冷加工工艺和冲压、弯曲、卷边与折叠等成形操作。铬镍奥氏体不锈钢加工硬化倾向较铬锰钢弱，一次退火后冷变形量可以达到70%90%，但铬锰奥氏体不锈钢由于变形抗力大，加工硬化倾向强，应增加中间软化退火次数。一般中间软化退火处理为10501100水冷。奥氏体不锈钢也可生产铸件。为了提高钢液的流动性，改善铸造性能，铸造钢种合金成分应有所调整：提高硅含量，放宽铬、镍含量的区间，并提高杂质元素硫的含量上限。奥氏体不锈钢使用前应进行固溶处理，以便最大限度地将钢中的碳化物等各种析出相固溶到奥氏体基体中，同时也使组织均匀化及消除应力，从而保证优良的耐蚀性和力学性能。正确的固溶处理制度为10501150加热后水冷（细薄件也可空冷）。固溶处理温度视钢的合金化程度而定：无钼或低钼钢种应较低（1100），而更高合金化的牌号如00Cr20Ni18Mo-6CuN、00Cr25Ni22Mo2N等宜较高（10801150）。 生产中广泛采用先进技术，如炉外精炼率达到95%以上，连铸比超过80%，高速轧机和精、快锻机等普遍推广。特别是在冶炼和加工过程中实现电子计算机控制，保证了产品质量和性能的可靠和稳定。1.1 不锈钢的历史起源及分类不锈钢的发明和使用，要追溯到第一次世界大战时期。英国科学家布享利布雷尔利受英国政府军部兵工厂委托，研究武器的改进工作。那时，士兵用的步枪枪膛极易磨损，布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢。布雷尔利发明的不锈钢于1916年取得英国专利权并开始大量生产，至此，从垃圾堆中偶然发现的不锈钢便风靡全球，亨利布雷尔利也被誉为“不锈钢之父”。 不锈钢不易产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损。不锈钢还是建筑用金属材料中强度最高的材料之一。由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性，所以它能使结构部件永久地保持工程设计的完整性。含铬不锈钢还集机械强度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造，可满足建筑师和结构设计人员的需要。不锈钢的分类：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢及沉淀硬化不锈钢等。另外，可按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。在这里主要介绍前四种常用的不锈钢，其中最常见的是奥氏体不锈钢1。1.1.1 铁素体不锈钢含铬12%-30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。1.1.2 马氏体不锈钢强度高，但塑性和可焊性较差。马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。1.1.3 奥氏体不锈钢含铬大于18%，还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的含碳量小于0.08%，钢号中标记为0。这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理，即将钢加热至1050-1150，然后水冷，以获得单相奥氏体组织。1.2 不锈钢的应用及工作环境1.2.1 不锈钢在建筑业中的应用近年来，应用不锈钢作为建筑材料正日益广泛。使用越来越广泛有着多方面的原因，其中包括对材料更好的了解、企图更新某些设计，设想生产出一种既耐久又无需维护的结构材料等。 早期，不锈钢用于建筑方面只局限在某些场合，即在过去认为没有适当材料的场合建筑师们正在寻求一种有特殊作用的新材料。实际上许多这样的场合，不锈钢已长期被使用而其效果已经经过长期不断地对不锈钢的冲刷作用，使生产厂家相信不锈钢材料用于室外场合甚至在高腐蚀性气体的条件下也不腐蚀。 由于不锈钢具有耐用和几乎无需要维护表面这两种特性，促使人们较以往任何时候都更加重视其应用。大多数建筑材料的价格都在一定比例迅速上涨，而有许多材料的涨价又远远超过不锈钢材料。为保养和维持建筑物内外结构处于良好状态的费用更加猛涨得惊人。今天的建筑师必须认真地考虑建筑物的全部情况。如果建筑物长年需要更换或维修，那么建筑师的设计是失败的。 近年来，游泳池的墙壁已采用不锈钢。长期以来采用的主要材料混凝土需要每年修补和涂刷，尤其是在北方地区用碳钢并加涂层建造的游泳池每年也需要大面积的擦洗和涂刷，上述两者都增加了游泳池一笔可观的使用开支。当游泳池采用不锈钢材料（304型，2B光洁度）做侧壁时，擦洗就很简单，只需用水和肥皂便能很快洗净。现在的游泳池常常采用不锈钢槽壁和混压土池底，池底用混凝土主要是为了防滑。某些建筑物的墙壁用304型，8级镜面抛光的不锈钢作材料。互相连接的不锈钢板都经过抛光和着色打磨使墙壁具有一致的色凋和反光性。为了防止油垢，大面积的不锈钢板的露出部分（茸脚）安装在由使镀锌板和压缩板组成的厚夹层中。抛光的不锈钢板用环氧树脂作粘结剂与镀锌钢板连接固定。 由干不锈钢能得到很软的性能，使它右可能用来作屋顶覆盖层材料。正是因为这种材料容易成形，耐用美观，故许多建筑师选用不锈钢不仅单纯把它作为一种保护层，而是作为总体设计的组成部分。 某些建筑物（室内滑冰场管）用不锈钢材料建造永平重叠层的屋顶，不仅使该建筑从设计的观点上美观大方，而且由于不锈钢表面的反光作用，使室内滑冰季节得以延长而兔去承担不合理的投资。 对于某些特殊结构，往往由于应用不锈钢使许多难题得到解决。比如有一座汽车库，设计时要求停车库对停放汽车不仅要有保护作用且对排出气体具有良好通风作用；同时还能使一定程度的阳光进入车库，选材既经久耐用又无需保养。为满足上述要求，设计者选用(1525cm)201型不锈钢格板，将格板固定在垂直柱子上，使内外交错造成重叠布局为增强建筑设汁效果，交错的外格板上采用浮面光洁度，外围的成行柱格板采用普通2B光洁度，所有里面的格板均为2D光洁度。这种交借变化的格局使车库具有一个生动的外观。 对于一座建筑物的屋顶结构，其使用寿命和外观应同样重视。在机场的餐厅，为了使屋顶美观，排气风扇都用不锈钢板遮盖。在选择遮盖材料时，还特别强调了材料的不反光性。所选用的村料为304型不锈钢，粗抛光，低反射性，6级光洁度。对于光沽度的选择要特别注意到特别由于发出眩光，防碍飞行员在到达目的地着陆时的视线。 办公大厅的内外建筑给构中都采用了不锈钢材料。其建筑措施采用不锈钢作幕墙。建筑入口处的柱列都包上不锈钢板，建筑物正面所有窗户的净化装置也都途盖上不锈钢。 办公大厦休息厅上面的无花板是由带有浮雕的不锈钢板组成。利用阳模和阴模冲制不锈钢薄板上的浮凸部分。不锈钢不仅使用寿命长，而且是制作俘凸给构的好材料，这样可以加强建筑物的造型美，故往往是广场的主要标志。不锈钢作为主要材料用于室外艺末建筑的另一例子是矗立在河畔上有名的拱桥。1.2.2 不锈钢在海洋装置上的应用各种不同类型的不锈钢正在日益广泛和成功地用于各种不同的海洋环境中。必需指出，在海水中不锈钢要长期免于腐蚀需要复杂的防腐工程技术和大量投资。奥氏体和马氏体不锈钢很久以来就用于航海动力装置上的过热器管道以及透平机叶片。在这些装置中要保持低氯化物含量是很不容易的，因为航海动力装置的应用技术与一般发电装置的基本原理并无差别。不锈钢也正在用于远洋商船上的大容量化学容器，其使用情况在某些方面与陆地化工厂的使用条件截然不同。 大多数不锈钢牌号在海洋条件下应用都能得到满意的结果，但不同牌号则对应力腐蚀开裂表现敏感。以410型为代表的马氏体钢和430型为代表的铁素体钢，在海洋条件下，数月内便会生锈。这种均匀锈蚀可通过机械打磨加以去除。比较受欢迎的不锈钢是奥氏体不锈钢，因为它的抗锈蚀能力较强（但由于应力腐蚀开裂则例外）。随着时间迁移，奥氏体不锈钢也会发黑。如果由于美观或其它方面的原因，这种发黑也可以通过打磨去除。不锈钢在海水中很少会产生均匀锈烛，所以在实际使用中可不必担心。推进器海洋上的拖轮和其它船只上的推进器可由铸造不锈钢CF8（相当干304型不锈钢）制成。当船只不航行时，从推进器主轴通过轴承到船体，构成一个导电的金属回路。相当于成分为410型不锈钢的铸造推进器也经常披选用，并在其它方面得到广泛应用如用于破冰船等。 近代不锈钢技术的发展，已开始采用复相奥氏体铁素体不锈钢20Cr8Ni3.5Mo来铸造远洋巨轮上大型推进器（重达3000kg）。经常在港口工作的船只，特别容易遇到海面上的原木或其它浮体而加速推进器的损坏。因此，采用奥氏体不锈钢制作推进器能通过矫直或焊接的办法而得到修复，这是选材上一个值得重视的问题。 泵早已观察到离心泵在海水工作的条件下，如采用不锈钢构件，则能显示出一定的可靠性。在保持流动的海水中，采用CF8M铸造不锈钢叶轮（其成分相当于316型不锈钢）以及用316型不锈钢作主轴，可以不出任何问题。当水泵停止工作时，缝隙腐蚀和点腐蚀很可能就成为严重问题。但如果来用较为活泼而又易锈的铸铁制造一个壁厚相当大的泵箱时，则铸铁在停机时间能起到阴极保护作用。当泵工作时，铸铁箱的阴极保护作用下一定能使下锈钢极化，但流动的水维待了阴极保护作用。此外，长期工作的泵可能由于交替使用，既有时海水更换成淡水而起到防护作用。 散装容器 不锈钢一直被用来作为货运中的散袋容器，用以装载液化天然气体（LNG），化学药品、饮料等。货运中盛LNG的容器习惯采用304L型不锈钢，其目的不是为了耐腐蚀而是考虑到在低温状态下的机械性能。 对于海运化学制品的容器，采用不锈钢的目的主要是考虑到它的耐腐蚀性，这与陆地化学制品的储运是不同的。如果船只属于一般不定期货轮，则运载化学制品的容器也可以运输任何物品，从醋酸、糟浆到二甲苯。一般都用316L型不锈钢作阀门、货运泵、管遭、加热盘管以及容器本身。容器可以由整体不锈钢组成或用碳钢包复上一层1.5 2.0mm的不锈钢板制成。在使用之前，必须进行细致的检查板材是否有缺陷并进行彻底的清洁处理和钝化处理。 实验表明装有化学制品的客器允许用海水进行冲洗，但随后必烦很快用淡水冲洗。对于在容器内的任何不锈钢加热装置，当氯化物未彻底冲刷掉以前，切莫启动以防产生应力腐蚀开裂。化学制品容器设计时，不应考虑用来盛海水因为这样做会导致产生缝隙腐蚀的危险。如果设计方案中规定非用来盛海水不可，那么就必须考虑采取阴极保护系统以控制缝隙腐蚀的发展。在这种情况下，不锈钢容器可能会产生难以去除的石灰质沉积物，这是一个值得重视的问题。 热交换器 强迫水循环系统的冷却器和电站蒸汽冷凝器已广泛采用奥氏体不锈钢管道，后者的进水口因高度污染而不宜采用铜合金材料。比较受欢迎的好材料为316型不锈钢。在海岸和港湾地区，大量外来的团块和淤泥进入冷凝器管道，特别容易造成严重障碍，这种情况必须采取措施加以排除。一种合理的措施就是采用橡胶球循环通过管道中，由于橡胶球能产生挤压作用从而清理了管壁。当海水的流动速度大约为1m/s时，便可以防止海洋有机类杂物被吸入，从而保怔了冷凝器管道免于产生点腐蚀。不同于其它有色合金，采用不锈钢作冷凝器的管道则不受最大流速的限制，但却与整个泵装置的经济效果有关。1.3 国内外不锈钢的发展情况国内外不锈钢发展主要在一些方面，如彩色不锈钢、不锈钢精炼剂、废不锈钢的处理及不锈钢焊条的发展：1.3.1 彩色不锈钢不锈钢着色技术起源于英国伯明翰国际镍公司欧洲研究开发中心，第一项不锈钢着色技术主要是把不锈钢着成黑色，并取得专利；19391941年，又相继提出了三个专利，这些专利报导了在硫酸和铬盐溶液中，使不锈钢着成黑色、深蓝、青铜、黄色和巧克力色等多种颜色的方法，以及加速着色反应，提高染色膜光泽，使着色膜硬化的方法等，由于种种缺陷，这些方法一直未能被推广应用，直到1972年，英国欧洲有限公司(国际镍公司)发明了著名的因科法(INCO)，不锈钢着色技术才开始进入大规模商品化生产，1973年英国不锈钢设备服务公司建立了第一个不锈钢染色的中间工厂，1978年该公司建设有年产60万平方英尺的黑色不锈钢工厂，1980年克宁公司建设有年产100万平方英尺的彩色不锈钢工厂。目前该专利已在英、美、日、德、意、法、澳大利亚等几十家公司采用。彩色不锈钢具有色彩鲜艳、耐紫外线照射、耐磨、耐蚀、耐热和加工性能良好等突出优点，在国外已广泛应用于航天、航空、原子能、军事、海洋、轻工、建筑、太阳能利用和日用等领域之中。（2）国内及佛山恒诚信彩色不锈钢开发情况：我国不锈钢着色技术的研究起步也较早，1937年上海轻工业第六册翻译介绍了T.E欧文斯的“不锈钢着色新工艺”，1958年2月赵振才翻译并出版了前苏联巴赫瓦洛夫等人所著的电镀工业手册一书，20世纪80年代以后国内几十个单位也对不锈钢着色进行了多年的研究，报道了试验与研究的成果。国内外彩色不锈钢着色技术的研究与应用，在1972年以前处于试验研究阶段，1972年开始进入工业生产，但同时又由于在着色膜的性能、颜色控制、环境影响等方面的不足，仍然在进行研究改进。而在国内由于种种原因的限制，如不锈钢材价格高，国产不锈钢材质较差，计算机水平比国外落后，着色工艺技术不成熟等，导致不锈钢着色技术与生产发展缓慢。 佛山恒诚信彩色不锈钢板材厂位于国际知名不锈钢市场佛山。拥有先进的离子真空镀膜设备及一流的不锈钢表面处理专家，主营各种不锈钢板材工程制品及酒店用品的表面处理和着色，产品主要有彩色不锈钢板（彩色不锈钢蚀刻板、彩色不锈钢喷砂板、彩色不锈钢压花板等），主要色彩：宝石蓝、钛金、锆金、古铜金、黑金、玫瑰金、七彩、香摈金，提供专业在不锈钢表面着色处理带顾问。自立项之初即规划年产量在5080吨，投产十几年来，生产经营欣欣向荣产量稳步上升，已于日前突破年产量2.5万吨大关。在生产经营的同时，还具备很强的自主研发能力，现在拥有的全国唯一一条最大镀色炉就是与北京某知名设备公司自主研发并生产安装的，由于整台机器都是自主研发，所以技术人员对于机器的性能与特质相当的了解。产品严格遵守国际标准环保和法规，充分保证彩色不锈钢板有利于防腐及环保的根本需求，且产品具有优质、安全、装饰效果强的高度价值。彩色不锈钢板广泛应用于酒店装饰、KTV装饰、橱柜装饰等领域。1.3.2 日本废不锈钢利用日本川崎地区在4月中下旬分2次对韩国不锈钢厂总计出口1200吨镍价废不锈钢，每次600吨，这是首次从关东地区如此大批量的出口镍基废不锈钢。关东地区有2个不锈钢厂，分别是NipponYakinKogyo公司的川崎厂和JFE公司的千叶厂。千叶厂铬基不锈钢产量占其总产量的90%，因此千叶厂主要消耗的是铬基废不锈钢，镍基废不锈钢的需求量很有限。川崎厂镍基不锈钢的产量占其总产量的98%，但NipponYakinKogyo公司现在开始提高镍基高功能材料的产量，因此，川崎厂对镍基废不锈钢的需求量在逐渐减少，在此情况下，川崎厂的废不锈钢分销商为增加销路，决定对韩国出口镍基废不锈钢。关东地区也是日本最大的镍基废不锈钢生产基地，估计每月的产量大约为2万吨，占日本废不锈钢产量的40%。据日本财务省统计，2004年112月份，日本川崎港废不锈钢的出口量为8112吨，其中有7526吨出口至韩国，但铬基不锈钢占了很大比例。据了解，此次大量出口韩国的废料已全部运抵韩国的昌原特殊钢公司。与普废钢的出口时间相比，日本废不锈钢的出口时间晚了10年，真正开始规模出口是从2000年开始。目前日本对韩国的废不锈钢出口基地主要有三个港口，它们是：北九州、SakaiSemboku和Onahama。但生产大量镍基废不锈钢的关东地区也参与到了废不锈钢的出口行列之中。1.3.3 国内外不锈钢焊条使用现状不锈钢是指含铬大于12%的钢种。不锈钢自1912年发明以来取得迅猛发展，至今全球仍以每年35%的速度递增。全世界不锈钢的消费总量达3500万。我国正处于不锈钢生产和消费应用的高速增长期，已广泛应用于石油、化工、轻工、食品、酿酒、制药、家电、水电、机械、建筑、市政和各种民用器具中。1990年我国不锈钢消费量为26万吨，1999年为153万吨，2000年为173万吨，2001年为225万吨，2004年不锈钢消费量达到447万吨左右，居全世界第一位，预计2006年不锈钢消费量将达到600万吨以上，其中铬镍奥氏体不锈钢的消费量占不锈钢总消费量的75%80%。我国从五十年代开始研制和生产不锈钢焊条，1997年我国不锈钢焊条的总产量为7000多吨。近年来我国不锈钢的消费量快速增长，2004年国产不锈钢焊条已超过35000吨，预计2006年国产不锈钢焊条将达50000吨左右。 自五十年代开始研制的不锈钢焊条，主要是沿袭原苏联的钛钙渣系及原料体系，它具有成本低，易压涂，抗气孔好，机械性能好等优点，但与欧洲名牌同类不锈钢焊条相比焊条发红严重、飞溅大、脱渣及成形差、焊接效率低、浪费大、因此自七十年代中期到八十年代前期，针对国内进口的瑞典AVESTA公司绿P5焊条国内一些科研院校与焊条生产企业共同合作，就不锈钢焊条药皮发红脱落原因及解决途径进行了研究，如哈焊所与天津电焊条厂、甘肃工大与兰洲长虹电焊条下、太原工学院与山西机床厂等。 到八十年代，上述几家论文相继发表后，人们一方面认为他们的研究工作很有意义，获得很多进展；另一方面经对这几家研制的焊条实际测试后，也认为仍与国外产品存在明显差距，但从那时起，国内这方面的研究工作就处于踏步不前的状况，从80年代前期到九十年代前期的十年间因内尚无有份量的不锈钢焊条研究文献。从九十年代初期开始，国内不锈钢焊条研究渐趋活跃。先是太原工大王宝、孙咸等人在前期工作的基础上研究了不锈钢焊条工艺设计的基本原则和途径，在不锈钢焊条设计理论上取得了重要突破，并因此获得2000年国家科技进步二等奖；后是冶金部建筑研究总院唐伯钢在九十年代中期消化吸收国外的先进技术，成功完成国产不锈钢新型焊条的系列化改进提高，并成功兴办北京金威焊材有限公司，做到理论与实践的完美结合，自1994年始生产至今，其不锈钢焊条生产已达年产3000吨以上。九十年代后期到本世纪初期，国内不锈钢焊条研究如雨后春笋般集中开展，虽就其水平本身未超过上述两家现有水平，但对于活跃学术气氛，加强学习交流仍有益处。国外不锈钢的工业化生产始于二十年代初期，随后出现相应的不锈钢焊条，成熟的不锈钢焊条产品出现于1965年左右，以欧洲国家为代表，尤其是西欧的瑞典，人口仅800万左右，且集中产生了ESAB、AVESTA和SANDVIK等世界级的不锈钢焊材企业，其中AVESTA的野牛牌不锈钢焊条更是世界不锈钢焊条的典范。日本、台湾及有南亚国家的不锈钢焊条其技术根基在欧洲。 1.4 本论文的目的与意义本文主要介绍了奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的热处理，不锈钢，特别是奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti它能应用于其他钢不能应用的地方，并且应用的范围很广，这就是我们研究它的原因。热处理过程会发生一系列的问题，如由于固溶温度过低，或者保温时间过短，还有淬水速度过慢都会引起合金元素不能完全融入钢的机体中，或者不能均匀的融入机体中。固溶处理同样会是工件变形，该怎样避免，出现了该怎么样矫直，好多问题值得考虑。还有稳定化处理有什么效果，合金元素在不锈钢中是否仅仅是起到产生钝化膜的作用，好多问题等着去解答。希望通过此论文的书写，借此论文的机会，以写论文的形式去让我对不锈钢有个更彻底的了解，为今后工作做一个铺垫，希望在今后的学习过程中能在不锈钢热处理方面能尽自己的一份力，争取能取得一定的成绩。 2. 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的热处理工艺过程2.1 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的冶炼研究及锻造处理2.1.1 1Cr18Ni9Ti的凝固行为奥氏体不锈钢是一种复杂的多元多相合金。其凝固组织包含各种形态的奥氏体一铁素体混合组织，这些凝固组织不仅受化学成分和凝固过程的影响，而且与后续的固态相变密切相关。如图2.1为含铁70%wt.%的Fe-Cr-Ni三元相图垂直截面图，在相图的高温段存在着L+S+Y三相区，此三相区内的凝固行为对最终凝固组织起着至关重要的作用，正因为这个三相区的存在也产生了复杂的凝固过程，一般认为随着Cr当量和Ni当量的比例变化有F型、FA型、AF型、A型四种凝固方式2。铬镍伪二元相图中凝固模式的相对位置及其凝固组织与溶质偏析的关系，认为随着铬镍比的增加，铁素体形貌从共晶状转变为骨架状，然后再转变为板条状。一般认为奥氏体不锈钢在三相区内首先发生的是包晶反应，然后转变为共晶反应:骨架状铁素体的产生源自于先析出铁素体，奥氏体在铁素体和液相界面上形成长大，然后铁素体和奥氏体界面按照先析出铁素体的界面推进，铁素体同时也通过固态相变转变为奥氏体，最终留下的铁素体位于先析出铁素体的中心位置。图2.1含铁70%Wt.%的Fe-Cr-Ni三元相图垂直截面图对于奥氏体凝固行为的研究人们比较关心的问题有两个，一是凝固模式与凝固条件的关系，二是铁素体的残留量。因为不锈钢是一种多元复杂合金，合金元素众多，研究起来比较复杂，通常人们把不同类型的元素折算为Cr当量和Ni当量，从而简化应用Fe-Cr-Ni三元合金相图来研究这些问题。奥氏体不锈钢中，不同的元素对铁素体和奥氏体的形成有着不同的作用:以Cr为代表的为铁素体稳定元素，促进铁素体的形成，这类元素主要包括Cr, Mo, Si, Ti, V, W等;以Ni为代表的为奥氏体稳定元素，促进奥氏体的形成，这类元素主要包括Ni, C, N, Co等元素。但是不同的研究者采用的材料有所差别，所采用的铬和镍。计算方法也不尽相同。计算公式如下：Cr=% Cr+a(%Si)+b(%Mn)+c(%Ti)+d(%Nb)Ni=%Ni+e(%Mn)+f(%C)+g(%N)+h(%Cu)不同研究者采用的影响系数列于表2.2表2.1不同元素对Cr当量和Ni当量的影响系数表abcdefgh1.51-0.50.53030-1.51-0.50.53030-1.5120.50.53030-1.51.37320.312214.211997年以后W. Kurz所领导的团队发表了大量研究Fe-Cr-Ni合金及Fe-Cr合金凝固过程的文章，主要有以下研究结果：（1）随着Ni含量的增加或生长速率的增加，发生铁素体到奥氏体的转变随着Ni含量的减小或生长速率的减小，发生奥氏体到铁素体的转变。铁素体到奥氏体的转变无形核势垒，受树枝晶生长动力学控制奥氏体向铁素体的转变则要通过铁素体的形核。不同Ni含量的不锈钢激光焊接时的组织转变图。不同生长速率下奥氏体不锈钢的定向凝固组织演变图3。（2）奥氏体不锈钢稳态凝固时，首先是铁素体平界面生长，然后通过固态相变转变为奥氏体;然后奥氏体在铁素体凝固前沿形核，发生共晶反应;共晶反应初始为层片状生长，后来转变为棒状生长。 （3）奥氏体不锈钢的相选择问题遵循最高界面温度法则。可以通过界面响应函数(Interfaceresponsefunction,IRF)计算出不同的相析出时的界面温度。界面温度是成分、生长速率、温度梯度的函数。图2.2Fe-17.9Cr-11.5Ni合金在温度梯度为15 K/mm时、共晶生长的界面响应函数图2.3定向凝固下奥氏体不锈钢的稳态凝固奥氏体不锈钢连铸过程：连铸实质上是一个传热和相变的过程4，在这一过程中钢液热量被带走，在热量的导出过程中金属液体发生着相变。这个过程伴随着动量传输、热量传输、物质传输。连铸过程也是一个工业化连续过程，这就决定了若采用工业化试验来优化工艺参数，必然要面临费时、费力和需要大量资金投入的问题。因此对连铸的研究很少采用工业化试验，至多用工业化的产品质量来验证工艺参数是否得当。另外连铸过程由于设备复杂和温度很高，很多问题，如结晶器内部的凝固过程无法进行直接研究，给生产工艺的改进带来了困难。对连铸凝固过程的研究主要有如下三种方法：（1）以传热和传质为中心，采用数值模拟的方法，模拟连铸过程中各阶段的传输现象和应力应变情况，对连铸过程进行综合分析，进而来改善连铸工艺。（2）用可行的实验设备对连铸过程中的金属凝固行为进行物理模拟，研究不锈钢的高温物理性能及各种工艺参数对不锈钢凝固行为和凝固组织的影响，进而为改善连铸工艺、提高铸坯质量提供依据;（3）直接工业实验。下面分别介绍这三种方法：a. 数值模拟 随着计算机技术的发展，应用计算机研究凝固、传热、传质等复杂过程成为可能。它基于现象本身的物理原理，在一定的假设前提下，对现象进行描述，进而揭示凝固过程规律、预测与防止多种铸造缺陷、优化铸造工艺、提高产品质量。数值模拟的研究任务在于建立正确的数学模型，通过恰当的数值方法，利用计算机来求解这些模型，得到能反映过程规律、指导实践的结果。用数值模拟对连铸过程进行研究，有着迅速、廉价、灵活、直观并易于理解的优点。总的说来，数值模拟是研究连铸过程中的流场、温度场、溶质场变化的一种有效手段，为连铸工艺参数的改善做出了很大的贡献。但这种方法有其先天的缺陷，即：冶金过程是一个复杂的过程，一方面所涉及材料的热物性参数不是很精确，二是初始和边界条件不是很稳定，因而假设了很多的前提条件，致使模拟结果和实际结果有一定的偏差，尤其用来研究凝固问题，不能和实际的凝固组织建立联系，缺乏直接性。b. 物理模拟冷态物理模拟。由于钢液具有高温的特点，直接对其流动进行定量测量是非常困难的。但由于高温钢液与水介质在流体动力学特性上类似，基于流体力学中的相似准则，即:不直接在实物中研究现象和过程本身，而是用与实物相似的模型来进行研究，用方程分析或量纲分析方法导出相似准数，并在模型上通过实验求出相似准数之间的关系式，再将此关系式推广到实物，从而揭示了这些现象或过程的规律，因而连铸过程中钢液流动特性可以用水来模拟。这种用水介质物理模拟实际结晶器中流动的试验方法称之为冷态物理模拟，冷态物理模拟的试验方法较早就应用在冶金研究中，当前水模拟已经成为结晶器系统设计和分析、钢液流场研究不可或缺的实验装置，一方面对在研究水口结构、拉坯速度等连铸工艺参数对流场影响等方面起到很大作用，另一方面水模拟实验结果已成为建立数学模型和验证数值模拟可靠性的依据5。c.热物理模拟。热物理模拟是利用小试样在试验装置上再现材料在制备或热加工过程中的受热或同时受热与受力的物理过程。利用此法可以充分而精确的暴露与揭示材料在热加工过程中的组织性能变化，为制定合理的加工工艺以及研制新材料提供理论指导和技术支持。现代材料加工热物理模拟技术，融材料科学、冶金科学、传热学、力学、机械学、工程检测技术、电子模拟技术及计算机知识与技能为一体，已经成为跨学科的专业领域。利用现代物理模拟技术，可以用少量的、小型的试验替代传统的大量的、大型的工业试验，不但节约了人力、物力、财力，还可以研究连铸生产实际中难以直接进行实验研究的高难复杂问题。2.1.2 1Cr18Ni9Ti的锻造处理2.1.2.1 1Cr18Ni9Ti锻造模具要求a模具型式。主要型式有多槽模单槽模。多槽模的终锻型槽可使用镶块结构，主要用少小锻件（小于2kg)，而单槽模用少长锻件。b模具材料。小型模具（小于9kg)用4Cr5W2VSi等热变形模具钢，较大型模具本体包括（热边冲头)用5CrNiMo5CrMnMo,镶块用4Cr5W2VSi等模具钢，热边凹模用Cr12MoV模具钢6。c模具硬度。模具硬度与锻件复杂程度和锻造设备有关，复杂锻件模具硬度取HRC5356,简单锻件取HRC6163;锤上用取HRC4047，水压机用取HRC4755。d模具寿命。由于不小锈钢要求锤击次数多，它所用模具寿命仅为锻碳钢的1/2-1/3。为延长寿命，采用以下措施:模具整体渗碳、氮化、镀硬铬、火焰淬火处理。研磨变形型槽和飞边槽（提高寿命25%）;使用前模具需预热（2002500）。2.1.2.2 1Cr18Ni9Ti的锻造工艺特点a锻件图制定。小锈钢在870才起皮，烧损较少，设计锻件图时，烧损率取不限，但其线膨胀系数大，故收缩率大，终锻型槽应放大余量。b毛坏加热。为防止锻造裂纹，小锈钢应在保护气氛中加热，最好在电炉和真空炉中加热。由于钢的导热性差，加热时要严格控制温度和速度:80000以下缓慢加热（0.30.5mm/min），到920时可快速加热，当温度达到11501200时，钢的塑性较高，温度高于1300会发生过烧。c锻造。始锻温度11001150，终锻温度850920;锻造变形不能太大，一般在50%60%锤击时应采用两轻一重的方法，高温区轻击快锻，随后适当重击，接近终锻时轻击修整。此外，为保正锻件表表面质量，锻件应力争一火锻成。d锻模润滑。用石墨加煤汕或低粘性矿物油（铅和硫含量低)润滑。e切边。锻件温度应在850以上，冷锻件应预热到900950后再切边。 f锻后冷却。小锈钢无475脆性，但有碳化合物和相析出引起的变脆现象，锻后可正常空冷。g锻件表而处理。为清除表而氧化皮和缺陷，采用先酸洗再喷砂丸)或滚筒抛光再酸洗的方法。2.2 奥氏体不锈钢热处理设备真空热处理炉2.2.1 真空热处理炉概述真空热处理炉由发热体和筑炉材料决定使用的气体、温度及其对工件的影响。使用立式或卧式真空炉要根据工件的形状、变形、支撑方法、装卸方式、平台面积等选择。加热方法一般使用最实用的间接电阻加热方式。按照发热体在真空容器的外部和内部，真空热处理炉可分为外热炉和内热炉下面对其叙述。（1）外热式真空热处理炉在这种真空炉的炉罐外面有普通的空气炉，通过加热真空容器间接地对其中的工件进行旁热式加热。这种热处理炉的热效率差，冷却时间也长。此外，因工件和炉罐之间有温差、真空外压还将导致炉罐的变形和破损事故等，所以应注意使用温度和炉罐材质。这种热处理炉用于蒸馏、脱粘剂等工序中，炉内蒸发物多的热处理，和由筑炉材料等生产的周围气体对工件不产生不良影响的1000左右较低温度的真空、气体气氛热处理。这种热处理炉虽然价格便宜.但不适于生产使用。（2）内热式真空热处理炉内热式是在真空容器内有发热体和热绝缘物，容器自身为水冷。处理温度低时，仅对真空密封部位水冷或不水冷。与外热式相比，内热式真空炉因工件面对发热体所以热效率高。一般这种形式的热处理炉称为真空热处理炉。内热炉的发热体和保温材料通常分a. 发热体内热式金属系加热器最简单的加热方法是使微型加热器、发热管、红外线灯等发热体的外壳，在真空中进一步间接加热;或在耐热管内导人其它热介质(蒸汽、油)进行间接加热等方法。其中.除玻璃密封的红外灯加热外，均需通过SU5、耐热钢管对工件加热，真空容器要装真空密封件。因此，无需担介容器内的电压和放电，适合于脱粘剂、湿粉末干燥、蒸发物多的低温热处理等。使用一般金属加热器根据使用温度、压力、升温速度等选择涂料材质，应考虑Cr、 Si 、Mn等的挥发和耐热情况。工件温度超过1000或炉温急剧升高时.应考虑Mo、Ta、W等，在12002700 左右的蒸汽压和热变形情况。加热器形状有钢丝状、网状、板状、棒状等，可以根据温度、表面电流密度、炉形进行选择。Mo、Ta、 W等高熔点金属在升温时气体放出量少.漏气时因金属吸附的气体也少所以用于电子材料的热处理等必须是清洁的高真空热处理。排气系统可以选择带冷凝阀的油扩散泵系、涡轮泵、低温泵系等。这种真空炉虽然价格高、存在高温变形、晶粒粗化而脆化引起断裂、运行损耗、加热时的放热损失等问题，但却广为使用。 石墨发热体的热膨胀系数小，耐热冲击性高，非常有利于高的升温速度。另外石墨本身在高温下也与金可作为筑炉材料、工件外壳等使用。石墨发热体形状有棒状、板状、筒状、线圈状、布状等，可根据工件的形状、均热、耐久性等进行设计。布状发热体在加热室强制冷却时不能使用。筒状、线圈状用于特殊情况，通常生产用的石墨发热体为棒状、板槽状。和金属不同，石墨发热体加热后不变形，可以机械加工，所以有均热精度问题和需要温度梯度等时，由于容易调整厚度和装卸，在操作和成本上是最适合于真空炉的加热器。在设计上，与其几何学形状相比，机械加工后控制所要的电阻值更加重要。这种发热体使用的加热温度为:真空中2 200 左右，气氛(N2 , Ar)中，可达3 000 。石墨加热器根据其形状，有的重量较大，这就存在加热器、导线、支撑夹具等紧固用螺栓的松弛等问题。另外，因为不象机械组装那样可以使用工具，所以应注意加热后的螺栓再紧固、螺栓的粗细及用力的大小。螺丝的松弛引起的接触不良，会造成电极、发热体熔化等事故，所以定期对炉内进行目测检查极为重要。最近，C/C组合加热器也存在固有电阻、价格高等问题，但与石墨相比，组合加热器重量轻、强度高、坚固耐用，所以厚度可以设计得薄，热容量也小，可以最新用于急升温炉、急冷炉、HIP炉等。C/C材料还可代替石墨用作筑炉材料。b. 保温材料金属加热器，通常使用金属反射板为保温材料。材质与加热器