奥氏体不锈钢的热处理研究

1、第一章 综述1.1奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢1913年在德国问世。奥氏体不锈钢，是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。分类：Fe-Cr-Ni(主体)；Fe-Cr-Mn。钢中含Cr约18%、Ni 8%10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织1。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。 1.2国内外奥氏体不锈钢牌号对比&#

2、160;GB(中国)ASTM(美国)JIS(日本)DIN(德国)1Cr17Mn6Ni5N201SUS2011Cr18Mn8Ni5N202SUS202X8CrMnNi1891Cr18Mn10Ni5Mo3N2Cr13Mn9Ni41Cr17Ni7301SUS301X12CrNi17.71Cr17Ni8SUS301J1X12CrNi17.71Cr18Ni9302SUS302X12CrNi18.8 表1-21.3 316L奥氏体不锈钢钢中含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、

3、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肯有良好的耐蚀性2。1.4 316L 奥氏体不锈钢的发展及应用316L 不锈钢(00Cr17Ni14Mo2) 属于美国20世纪70年代 AISI300 奥氏体不锈钢系列产品。 它是经典的 18-8

4、（Cr-Ni）不锈钢成分改型合金，是为改善耐腐蚀性能而发展的一种 Cr-Ni-Mo型超低碳不锈钢3。具有良好的腐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能; 冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象，无磁性、用于家庭用品( 餐具、橱柜、锅炉、热水器) ，汽车配件，医疗器具，建材，化学，食品工业，船舶部件。根据不同的要求，其常的热处理工艺主要有: 固溶处理、稳定化处理和去应力处理等，由于其应用的广泛性其热处理工艺的研究对生产有很好的指导意义4。1.5奥氏体不锈钢的热处理1.5.1奥氏体不锈钢的固溶处理固溶处理的目的是提高不锈钢耐腐蚀和抗晶间腐蚀的能力。由于奥氏体不锈钢在热处理过程中不发生相变, 固溶处理就

5、是把奥氏体不锈钢加热到1050 -1100, 使含合金元素的碳化物溶解到奥氏体固溶体中去, 成为单相的过饱和固溶体, 快冷后将高温下得到的单相奥氏体组织保持到室温。传统的工艺是将终锻温度为900 -950 的锻件空冷到室温, 然后再重新加热到1000 -1050进行固量能源。为了改变这种不合理工艺, 合理利用锻造余热进行固溶处理, 提高了劳动效率, 同时, 减少能源损耗。经过反复试验, 最终确定利用锻造余热固溶处理: 锻后即刻回炉升温至1050 , 根据锻件的有效截面保温40 min, 迅速水冷至常温。锻件应完全浸没水中, 用水循环, 且水温不可超过60 。水冷过程中, 应时刻注意水温, 跟班

6、检验使用低温测温仪及时测量水温。1.5.2奥氏体不锈钢的时效处理 指金属或合金工件（如低碳钢等）经固溶处理，从高温淬火或经过一定程度的冷加工变形后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。一般地讲，经过时效，硬度和强度有所增加，塑性韧性和内应力则有所降低。 含碳较高的钢，淬火后立即获得很高的硬度，但其塑性变得很低。而铝合金淬火后，强度或硬度并不立即达到峰值，其塑性非但未下降，反而有所上升。经相当长时间（例如46昼夜）的室温放置后，这种淬火合金的强度与硬度显著提高，而塑性则有所下降。这种淬火合金的强度和硬度随时间而发生显著变化的现象，叫做时效。室温下进行的时效叫自然

7、时效，在一定温度下进行的时效叫人工时效。 时效处理是把材料有意识地在室温或较高温度存放较长时间，使之产生时效作用的工艺。本实验所用到的是人工时效处理。第二章 设备2.1 主要设备表设备名称型号数量备注金相双盘抛光机YMP-2A1样品经砂纸初磨后抛光高温箱式炉1固溶和时效处理数显络氏硬度计200HRS-1501洛氏硬度的测试金相显微镜 1测316L不锈钢的显微组织表2-12.2 主要设备说明2.2.1 高温箱式炉电炉炉壳用钢板经折边焊拉制成，内炉衬为碳化硅耐火材料制成的矩形整体炉衬，炉内为密封式结构，电炉的炉口砖，炉门砖采用轻质耐火材料。内炉与炉壳之间用耐火纤维、膨胀珍珠岩制品砌筑为保温层。2.

8、2.2数显络氏硬度计 HRS-150型数显洛氏硬度计外观新颖，界面菜单化，读数装置采用光栅传感器及计算机控制，硬度示值在液晶屏上直接显示是机电一体化的硬度测试仪器。该机能进行各种硬度参数相互自动换算，鉴别试件最小厚度和测定试验的环境温度。内置打印机，读取相关试验结果。实现了自动化操作，消除了人为操作和读数误差。适用于硬质合金、淬火钢、退火钢、碳钢、合金钢、铸铁、有色金属等材料的洛氏硬度检测，可广泛应用于计量、机械制造、冶金、建材、科研与生产等行业和场所。2.2.3 金相显微镜 金相显微镜用于鉴别和分析各种金属和合金的组织结构。本实验用的是倒置式金相显微镜，仪器底座支承面积较大，弯臂坚固，仪器的

9、重心较低，安放平稳可靠。目镜管与支承面呈45°度倾斜，观察舒适。 第三章 工艺流程3.1工艺流程图测试硬度对奥氏体不锈钢磨金相测试硬度时效处理650，保温3h，水冷测试硬度对奥氏体不锈钢磨金相固溶处理：1050 保温11min，水冷对奥氏体不锈钢磨金相图3-13.2奥氏体不锈钢磨金相1、由粗到细的各号砂纸上磨制，可采用在预磨机上进行磨制，从粗砂纸到细砂纸、再换一次砂纸，试样须转90°角与旧磨良成垂直方向。2、经预磨后的试样，先在抛光机上进行粗抛光(抛光织物为细绒布、抛光液为W2.5 金刚石抛光膏)，然后进行精抛光(抛光织物为锦丝绒，抛光液为W1.5 金刚石抛光膏）。抛光到试

10、样上的磨痕完全除去而表面像镜面时为止，即粗糙度为Ra0.04以下。3、精抛后的试样，便可浸入盛于玻璃皿之浸蚀剂中进行浸蚀。浸蚀时，试样可不时地轻微移动，但抛光面不得与皿底接触。4、金相显微组织检验3.3硬度的测测试 3.3.1注意事项1、试件要求光洁；2、了解试件的材料及硬度范围，选择合适的硬度标度；3、安装和卸下金刚石时要小心，防止丢落。试件接触金刚石时要缓慢，以免损坏或脆断金刚石。 3.3.2操作步骤如下1、调整主试验力的加荷速度,将手柄置于卸荷位置,手把转到1471N的位置.,再将3555HRC的标准硬块放在工作台上,旋转手轮使硬度块顶起主轴,加上初试验力,拉动手柄加主试力，观察指示表大

11、指针,从开始转动到停止的时间应在48s范围内；如不符，可转动油针进行调整，反复进行，直到合适为止。2、选择试验力时，转动手把使所选用的试验力对准红点。必须注意的是，变换试验力时，手柄必须置于卸荷状态(即后极限位置)。3、安装压头时，应注意消除压头与主轴端面的间隙。消除方法是：装上压头，并用螺钉轻固定，然后将标准块或试件放置于工作台上，旋转手轮加上初试验力，拉动手柄使主试验力加于压头上，再将螺钉拧紧即可消除压头与主轴端面间的间隙。3.4固溶处理固溶处理：1050 保温11min，水冷（根据经验公式T=1.5h（T：保温时间/min，h:厚度）。奥氏体不锈钢通过固溶处理来软化，加热，保温一段时间，

12、使碳化物和各种合金元素充分均匀地溶解于奥氏体中，然后快速淬水冷却，碳及其它合金元素来不及析出，获得纯奥氏体组织，固溶处理的作用有3点。 1、使钢丝组织和成分均匀一致，这对原料尤其重要，因为热轧线材各段的轧制温度和冷却速度不一样，造成组织结构不一致。在高温下原子活动加剧，相溶解，化学成分趋于均匀，快速冷却后就获得均匀的单相组织。2、消除加工硬化，以利于继续冷加工。通过固溶处理，歪扭的晶格恢复，伸长和破碎的晶粒重新结晶，内应力消除，钢丝抗拉强度下降，伸长率上升。3、恢复不锈钢固有的耐蚀性能。由于冷加工造成碳化物析出，晶格缺陷，使不锈钢耐蚀性能下降。固溶处理后钢丝耐蚀性能恢复到最佳状态。奥氏体不锈钢

13、具有良好耐腐蚀性的原因是其基体的电极电位高,不容易发生电化学腐蚀,但通常经过各种热加工后,会在其内部生成一种含铬很高的碳化物:Cr23C6,它会导致周围基体组织中铬(有n/8规律)的含量大幅度降低,从而使基体的电极电位下降,其耐腐蚀性也大大降低.进行固溶处理的目的就是消除已出现的Cr23C6,使它重新溶入奥氏体中,改善奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能5 。 3.5时效处理时效处理650，保温三小时，水冷。为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250）精加工前，把工件重新加热到100-150，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时

14、效。 对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。奥氏体不锈钢的时效处理650时效后的奥氏体晶界包括平直晶界和锯齿状晶界，平直晶界上析出的M23C6碳化物和600时效析出的晶界碳化物具有相同的特征，在锯齿状奥氏体晶界出的M23C6碳化物与两侧晶粒平行6。 第四章 测试的数据及相图4.1奥氏体不锈钢未处理前4.1.1未处理时的硬度序号12345均值硬度（HRC）22.722.220.322.325.222.54表4-14.1.2未处理时的相图 10*1010*40图4.14.2奥氏体不锈钢的固溶处理4.2.1固溶处理的硬度序号12345均值硬度（H

15、RC）5.15.24.05.04.94.84表4-24.2.2固溶处理的相图 10*10 40*10图4.24.3奥氏体不锈钢的时效处理4.3.1时效处理的硬度1、中间区域硬度序号12345均值硬度（HRC）6.28.17.16.66.96.98表4-32、边缘区域的硬度序号12345均值硬度（HRC）4.82.41.51.82.02.5表4-44.3.2时效处理的相图 10*1010*40图4.3第五章 结论5.1不锈钢经固溶处理SUS316L 不锈钢经固溶处理后的组织是一种介稳或不稳定的奥氏体，在受热情况下，将会发生扩散控制的脱溶沉淀。固溶处理：1050 保温11min，然后水淬处理“经过

16、此固溶处理后其试样内部组织均匀、晶粒大小适中、铁素体含量减少，力学性能明显改善。固溶后拉伸试样断口呈现明显的韧性断裂，韧性明显高于热轧态产品”。提高不锈钢固溶处理温度、加快冷却速度，可以减轻产生晶间腐蚀的倾向，改善抗腐蚀性，若固溶处理温度过高，将会降低钢的抗拉强度和硬度。5.2不锈钢经时效处理600和650时效后, 在奥氏体晶粒内部与晶内缺陷处也发生 M23C6碳化物的沉淀, 碳化物为细棒状, 尺寸较小；与固溶处理相比，不锈钢时效处理之后的硬度更高、从晶界向晶内有针状组织生产、晶内有些较规则的析出物、这是由于发生了时效硬化。在同一时效处理时间下。不锈钢的硬度随时效温度的升高而先增大后减小，时效温度为900时的硬度值最大，表明此时为不锈钢时效处理时析出硬化相的最敏感温度。在相同条件下，随着时效处理时间的延长，不锈钢的硬度明显下降。参考文献：1甘俊民、316L钢及其应用J石油化工设备技术，1992，13（4）:57-602宋仁伯，项建英，侯东坡，等，3