1Cr18Ni9Ti的热处理工艺与耐蚀性研究毕业论文.doc

1cr18ni9ti的热处理工艺与耐蚀性研究毕业论文 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18ni810c约01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crni含量并加入mocusinbti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scasete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title1cr18ni9ti heat treatment process and corrosion resistance ofabstract austenitic stainless steel at room temperature refers to with austenite stainless steel steel containing cr18 ni810 c approximately 01 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 keywordsaustenitic stainless stee 1cr18ni9ti solid solution treatment stabilizing treatment corrosion resistance目 录1 绪论411 不锈钢的历史起源及分类5com 铁素体不锈钢6com 马氏体不锈钢6com 奥氏体不锈钢612 不锈钢的应用及工作环境7com 不锈钢在建筑业中的应用7com 不锈钢在海洋装置上的应用813 国内外不锈钢的发展情况10com 彩色不锈钢10com 日本废不锈钢利用12com 国内外不锈钢焊条使用现状1214 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1521 奥氏体不锈钢1cr18ni9ti的冶炼研究及锻造处理15com 1cr18ni9ti的凝固行为15com 1cr18ni9ti的锻造处理1922 奥氏体不锈钢热处理设备真空热处理炉20com 真空热处理炉概述20com 真空热处理炉设计2323 奥氏体不锈钢1cr18ni9ti的固溶处理与稳定化处理27com 奥氏体不锈钢1cr18ni9ti的固溶处理27com 奥氏体不锈钢1cr18ni9ti的稳定化处理29com 奥氏体不锈钢1cr18ni9ti的化学热处理3323 全腐蚀试验3624 晶间腐蚀试验373 奥氏体不锈钢1cr18ni9ti的抗蚀性处理3931 造成不锈钢腐蚀的原因及机理3932 奥氏体不锈钢1cr18ni9ti常用的抗蚀热处理方式4033 固溶处理与稳定化处理对耐蚀性能的影响4134 讨论与结论434 奥氏体不锈钢1cr18ni9ti热处理后检验4441 试验方法与结果4442 结果分析4543 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18ni810c约01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crni含量并加入mocusinbti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scasete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mocu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003或含tini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7090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-6cun00cr25ni22mo2n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com 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crl7cr17mo2ticr25cr25mo3ticr28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强度高但塑性和可焊性较差马氏体不锈钢的常用牌号有1cr133cr13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1cr18ni90cr19ni9等0cr19ni9钢的含碳量小于008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20cr8ni35mo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15 20mm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 inc 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te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25万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7580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esabavesta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 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1为含铁70wt的fe-cr-ni三元相图垂直截面图在相图的高温段存在着lsy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21含铁70wt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 cra si b mn c ti d nb ni nie mn f c g n h cu 不同研究者采用的影响系数列于表2表21不同元素对cr当量和ni当量的影响系数表abcdefgh151-05053030-151-05053030-151205053030-15137320312214211997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 interfaceresponsefunctionirf 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22fe-179cr-115ni合金在温度梯度为15 kmm时共晶生长的界面响应函数图23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12-13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2002500com2 1cr18ni9ti的锻造工艺特点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限但其线膨胀系数大故收缩率大终锻型槽应放大余量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035mmmin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会发生过烧锻造始锻温度11001150终锻温度850920锻造变形不能太大一般在5060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 润滑切边锻件温度应在850以上冷锻件应预热到900950后再切边 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motaw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mota 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cc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cc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的相同或相近板的厚度和板的数量是根据变形和辐射效率来决定的经各反射板辐射传热的热损失当发射板为n块时近似为1nn虽然板的数量越多热损失越小但从经济上考虑一般以56块为最合适考虑到热损失变形各反射板间用隔板组合把它们连为一体不过不能用螺栓等进行固定紧固因为螺栓的热膨胀和时效变化后会引起反射板间贯通孔的变形容易使热电偶及调温用温度计发生故障防止变形的措施为反射板的最内层及最外层的板加厚反射板的重量全部由下部支撑并在外围进行固定这样就可以避免悬垂支撑造成的变形另外对于整体变形可以在最外层的反射板上加装凸缘等这样在2 200以上的高温下加热器导线与加热器的反射板在变形后也不会接触可以确保长时间使用此外该炉还有需要在氢气氛中加热等要求所以设计时应考虑更高温度下的变形从结构材料上看这种炉可能成为一种价格昂贵的真空炉所以设计时应多考虑装置整体如炉体用真空室的焊接辐射热的对策水冷均匀化等最近还有一种可以与1800 的陶瓷纤维等组合的保温反射板实例因为它在水吸附硅分解真空等方面尚有问题所以使用时须注意毡等保温材料这些保温材料的热容量小蚕量轻加工性和保温效果好且易于筑炉特别是对于强制冷却兼用炉其保温材料表而是经镀碳cc及涂石墨等表面保护处理后使用的使用石墨保温材等真空炉的最大特点是在加热时使残留于气体中的水分与石墨优先反应降低氧分压成为还原气氛因此在不用高真空的大多数情况下也不用油扩散泵系但是因为保温材料是由碳纤维构成所以表面水分吸附量很大因此在使用单室型间歇炉时特别是用于湿度高的场合因炉内大气的泄漏保温材料也会象活性碳那样吸附大气中的水分此时无论怎样真空排气真空压力也无法恢复这时应在低温下边烘烤边真空排气使其恢复所以在炉内漏气时应使用干燥的空气氮气等c 设计上的问题点设计上共同的问题为均热问题放电问题电绝缘问题首先是均热问题很多真空炉具有更换处理气氛后仍可使用的通用性特别是在真空中气氛气体中加热并要求温度精度为士2 5时加热器应按区域分开所以设计时有必要考虑能够对各区域分别进行电力调整的结构考虑辐射效率其次是放电问题放电受压力电压距离温度的影响一般在133-1330pa之间容易产生低压虽不易产生但热处理中的蒸发物因受高温热电子的影响等也容易产生放电因此真空炉应为大电流小电压的设计另外还要根据电流值及时研究减少变压器水冷电极铜板配线材料等成本的措施最后是电绝缘问题热处理时要研究防止蒸发物附着在工件上的措施和因加热器导线和保温材料之间的微孔隙及时效变化使保温材料纤维片在微孔处被挤出的措施等根据处理温度的不同有时不能使用绝缘物虽然绝缘材料从耐热冲击性看价格昂贵但好如果铝系中硅成分也多就能提高耐冲击性但在高温真空中会有分解收缩等无法预料的事故所以使用时应注意铝的纯度和烧结温度早期的真空炉是采用在加热炉中设置真空容器的方式这种真空炉称为外热式真空炉优点是结构简中容易制造但由于真空容器受高温强度的限制最高使用温度不能超过950又因容器内的工件是被间接加热所以它的热效率很差六十年代研制的真空炉被称为内热式真空炉它是在真空容器内设置加热室的方式此讨的真空容器不必全部进行受热 只在加热室内设加热器 故不必考虑高温强度也不妨碍冷却速度在加热室中被加热的工件一经取出即可投人真空容器中的油槽内淬大如在单室炉内进行气淬时工件可原地不动进行气冷淬火如图24加热室的外壁和真空容器之间采用真空绝热因此加热室内的热量难以逸出热损失小图25是研究小型真空热处理炉消耗电力与炉内压的关系与在大气压下使用的炉子相比真空炉可节电近50在真空中加热不仅工件的热处理质量好而且有路子使用寿命长维修成本低改善生产环境无公害等优点现以海斯炉为例介绍一下真空炉的发展进程图24图25炉内压力与消耗电力和加热室外壁温度的影响1间歇式真空热处理炉伴随着真空热处理炉的适用范围在不断扩大出现了各种类型的间歇式真空热处理炉其基本有两种一种是卧式一种是立式一般1-2米的工件用立式炉方形的圆形的用卧式的比较好炉处理较好大型工件用一层料筐摆放较小的工件可用23层料筐装载采用竖式炉处理小形工件多层装料时料筐层次过多会影响质量淬火冷却不易均匀操作也不方便竖式炉也有气冷和水油淬火兼用的但操作不太方便如ti合金要求加热后23秒内进行水淬以及轴类零件最好采用竖式炉如要求装出料要自动省力时以及通用性工件最好采用卧式炉2半连续式真空热处理炉采用间歇式真空热处理炉时需把冷室工件取出后才能装炉如果采用半连续式真空护工