不锈钢及其热处理课件

不锈钢及其

热处理不锈钢及其

热处理1第一部分不锈钢相关知识一、不锈钢定义及介定范围

在我国GB/T13304《钢的分类》标准中，按用途及使用特性分类方法规定，将不锈钢、耐蚀钢、耐热钢归为一类，称为“不锈、耐蚀和耐热钢”。但,严格说来，它们之间是有区别的。第一部分不锈钢相关知识一、不锈钢定义及介定范围2按定义：

●不锈钢是指在空气中或接近中性

介质中，不产生锈蚀的钢。

●耐蚀钢是指在一些含有化学腐蚀

介质，如酸、碱、盐及其溶液

中、海水中及一些腐蚀气体中均

能够不产生或很少产生腐蚀的

钢。

●耐热钢是指在较高温度环境中能

够抗氧化、抗蠕变的钢。按定义：

●不锈钢是指在空气中或接近中性

介质中，不产生3

当然，一般耐蚀钢和耐热钢

都具有不锈的特性，而在日常习

惯上，又把不锈钢和耐蚀钢简称

不锈钢。

当然，一般耐蚀钢和耐热钢

都具有不锈的特性，而在4

为便于说明问题，在今天的课程内容中，将不锈钢定义为“含适当的碳、含铬（Cr）大于12％，或还含有其它合金元素，能在含有腐蚀介质的液体或气体中具有抵抗腐蚀能力的铁基合金。”这就从成分上

和特性上两个方面明确了不锈钢的概念。为便于说明问题，在今天的课程内容中，将不锈钢定5二、不锈钢的开发与发展关于不锈钢的发现和报导，最早出现在英国，之后，美国、德国、法国相继取得研究成果。最先出现的是铁素体不锈钢，随后发展了马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢。随着社会发展和人类的需求，这些钢也满足不了要求了，如奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢耐蚀性好，但力学性能差;马氏体不锈钢可调整力学性能，但耐蚀性受到限制。所以，开发了沉淀硬化不锈钢。二、不锈钢的开发与发展关于不锈钢的发现和报导，最早出现在英国6●再如，为了解决在某些介质中构

件产生的局部腐蚀和应力腐蚀破

坏，研发出了能在含cl-介质及海

水中有特殊耐蚀效果的“双相不锈

钢”。

●目前，不锈钢已具有铁素体、马

氏体、奥氏体、沉淀硬化不锈钢

和铁素体-奥氏体双相不锈钢等五

大系列的不锈钢大家族。●再如，为了解决在某些介质中构

件产生的局部腐蚀和应力7三、不锈钢耐蚀机理及主要合

金元素的作用不锈钢耐蚀原因有许多解释：从化学理论方面：不锈钢与介质作用时，表面生成以Cr2O3为主的薄膜，也叫钝化膜，其阻止腐蚀介质穿透，保护了金属基体。从电子理论方面：金属的钝化状态与未填满的电子层有关，Cr有力求吸收电子特性，使Fe原子失去电子而被钝化。电极电位理论方面：当Fe-Cr合金固溶体中Cr量比达1/8（即12.5％）时，电极电压由-0.56V跃增到+0.2V，使金属在电溶液介质中更稳定。三、不锈钢耐蚀机理及主要合

金元素的作用不锈钢耐蚀原8从上可见，对不锈钢耐蚀性的任何一种解释，都与合金元素Cr的作用有关，其起主要作用。

从上可见，对不锈钢耐蚀性的任何一种解释，都与合金元素9●此外，由于材料所处环境的多样性，

有时，还要填加其它合金元素：

*Mo：形成MoO，促进基体钝化；

*Cu：使钝化膜含有CuO，提高耐蚀性；

*N：钝化膜中富集Cr2N，使钝化膜中

Cr浓度提高；

*Ni：与Cr共同作用，改变组织结构，

从而改善耐蚀性和力学性能；

*Ti或Nb：稳定钢中的C，进而稳定了

钢中的Cr，保证耐蚀性；

*Mn：代替Ni的作用，降低钢的成本；●此外，由于材料所处环境的多样性，

有时，还要填加其它合10*Al、Nb、Cu等：借助于它们可以从基体

中弥散析出，达到强化

作用。Al还对铁素体不

锈钢有钝化作用；

*S、Se：提高不锈钢的易切削性；

*W：在双相不锈钢中，可抑制金属的再

溶解，起缓蚀的作用；

*Co：提高不锈钢硬度；

*V：提高不锈钢热强性；

*Al、Nb、Cu等：借助于它们可以从基体

11*C：它的作用有两重性：

▲一方面，加入C并调整其含量可改变不

锈钢的组织，从而改变和调节力学性

能

▲另一方面，因其与Cr有较强的亲合

力，会降低固溶体中Cr量，降低耐

蚀性，还会形成Cr-C化合物沿晶界

析出，产生晶间腐蚀。

●上面提到的是合金元素在不锈钢中的

作用，当各种合金元素同时存在时，

作用会更复杂化。*C：它的作用有两重性：

▲一方面，加入C并调整其含量可改变12四、不锈钢的分类不锈钢有多种分类方法，如，按化学成分、按功能特征、按金相组织和热处理特性等。从热处理方面考虑，按金相组织和热处理特性分更具有实际意义。这种分类方法就是把钢加热到某一高温温度后，快速冷却到室温时，能获得的主要金相组织类型。

四、不锈钢的分类不锈钢有多种分类方法，如，按化学成分、按功能13●按这种分类方法，可把不锈钢分为五

类（考虑了热处理特性）。

不锈钢铁素体型奥氏体型沉淀硬化型铁素体-奥氏体双相型马氏体型●按这种分类方法，可把不锈钢分为五

类（考虑了热处理特性14五、各类不锈钢主要特性铁素体不锈钢*主要合金元素是Cr，或加入少量稳定铁素体的元素，如Al、Mo等，组织为铁素体*有不太高的强度，不能用热处理方法调整性能，有一定塑性，脆性较大*在氧化类介质，如硝酸中有良好的耐蚀性，在还原性介质中耐蚀性较差。五、各类不锈钢主要特性铁素体不锈钢15●奥氏体不锈钢

*含有较高的Cr，一般大于18％，并含有8％

左右的Ni，有的以Mn代Ni，为进一步提高

耐蚀性，还有的加入Mo、Cu、Si、Ti、Nb

等元素。

*加热冷却时不发生相变，不能用热处理方法

强化，具有较低的强度，高的塑、韧性。

*对氧化性介质有强的抗蚀能力，加入Ti、Nb

后具有较好的抗晶间腐蚀的能力●奥氏体不锈钢

*含有较高的Cr，一般大于18％，并含有8％16●马氏体不锈钢

*马氏体不锈钢主要含12-18％的Cr，并依照需要

调整C量，一般在0.1-0.4％，对于制作工具时，

C可达0.8-1.0％，有的为提高抗回火稳定性，

加入Mo、V、Nb等。

*高温加热并以一定速度冷却后，组织基本是马氏

体，依据C及合金元素的差异，有的可能会含有

少量铁素体、残余奥氏体或合金碳化物。

*加热和冷却时会发生相变，因此，可以在很大范

围内调整组织结构和形态，从而改变性能。

*耐蚀性不如奥氏体、铁素体及双相不锈钢，在有

机酸中有较好的耐蚀性，在硫酸、盐酸等介质中

耐蚀性较差。●马氏体不锈钢

*马氏体不锈钢主要含12-18％的Cr，并17●沉淀硬化不锈钢

*成分特点是除含有C、Cr、Ni等元素外，还含有

Cu、Al、Ti等可以时效沉淀析出物的元素。

*可以通过热处理手段来调节力学性能，但其强化

机理不同于马氏体不锈钢。

*由于其依靠析出沉淀相强化，所以C可以控制很

低，因而其耐蚀性优于马氏体不锈钢，与Cr-Ni

奥氏体不锈钢相当。●沉淀硬化不锈钢

*成分特点是除含有C、Cr、Ni等元素外，18●铁素体-奥氏体双相不锈钢

*一般含Cr为17-30％，Ni含量3-13％，另外加入

Mo、Cu、Nb、N、W等合金元素，含C量控制很低，

依据合金元素比例不同，有的以铁素体为主，有

的以奥氏体为主，构成两相同时存在的双相不锈

钢。

*因其含有铁素体及强化元素，热处理后，强度比

奥氏体不锈钢略高，塑、韧性好，基本上不能用

热处理手段调整性能。

*有较高的耐蚀性，特别是在含cl-介质中、海水

中，有较好的耐点蚀和缝隙腐蚀、应力腐蚀的

特点。●铁素体-奥氏体双相不锈钢

*一般含Cr为17-30％，Ni19第二部分不锈钢的热处理不锈钢以Cr为主的大量合金元素构成的成分特点，是其具有不锈、耐蚀的基本条件。要想充分发挥合金元素的作用，获得理想的力学和耐蚀性能，还必须通过热处理方法实现。第二部分不锈钢的热处理不锈钢以Cr为主的大量合金元素构成的20（一）铁素体不锈钢的热处理

一、热处理的目的

●铁素体不锈钢一般情况下是稳定的单一铁素体组织

●加热、冷却不发生相变，故不能用热处理方法调整力学性能，其主要目的是减小脆性和提高抗晶间腐蚀能力（一）铁素体不锈钢的热处理

一、热处理的目的

●铁素体21为达这一目的，要解决以下几个主要问题：1、σ相脆性

*铁素体不锈钢极易生成σ相，这是一种富

Cr的金属化合物，硬而脆，特别容易在晶

间形成，使钢变脆，并增加晶间腐蚀敏感

性

*σ相形成与成分有关，除Cr外，Si、Mn、

Mo等都促进σ相形成;还与加工过程有

关，尤其在540-815℃区间加热、停留，

更促进σ相形成。但σ相形成是可逆的，

重新加热到高于σ相形成温度会重新溶解

于固溶体中为达这一目的，要解决以下几个主要问题：1、σ相脆性

*铁素222、475℃脆性

*铁素体不锈钢在400-500℃区间长时间加

热，会表现出强度升高、韧性下降即脆性

增加的特征，尤其在475℃时最明显，称

475℃脆性

*这是因为，在这个温度下，铁素体内的Cr

原子将重新排列，形成富Cr小区域，与母

相共格，引起点阵畸变，产生内应力，使

钢硬度升高、脆性增大。富Cr区形成的同

时，必有贫Cr区出现，这对耐蚀性有不利

影响。

*当将钢重新加热高于700℃温度时，畸变、

内应力会消除，475℃脆性消失2、475℃脆性

*铁素体不锈钢在400-500℃区间长时233、高温脆性

*加热到925℃以上，并以快速冷却下来时，

Cr、C、N等形成化合物在晶内、晶界析

出，引起脆性增加和晶间腐蚀的发生。

*这种化合物可在750-850℃温度加热后快

冷予以消除。3、高温脆性

*加热到925℃以上，并以快速冷却下来时，

24二、铁素体不锈钢热处理工艺1、退火为了消除σ相、475℃脆性及高温脆性，可采用退火处理，在780-830℃加热、保温、然后空冷或炉冷。对于超纯铁素体不锈钢（含C≤0.01％，严格控制Si、Mn、S、P），退火加热温度可提高一些。二、铁素体不锈钢热处理工艺1、退火252、去应力处理

●在焊接和冷加工后，零部件可能产生应力，

如果具体情况不宜采用退火处理，可以在

230-370℃范围内加热、保温、空冷，可消

除部分内应力，改善塑性。2、去应力处理

●在焊接和冷加工后，零部件可能产生应力，

26（二）奥氏体不锈钢热处理奥氏体不锈钢中Cr、Ni等合金元素作用结果使Ms点降至室温以下（-30到-70℃）。保证奥氏体组织稳定，所以，加热、冷却时，在室温以上不发生相变。因此，奥氏体不锈钢热处理主要目的不是改变机械性能，而是提高耐蚀性。（二）奥氏体不锈钢热处理奥氏体不锈钢中Cr、Ni等合金元素作27一、奥氏体不锈钢的固溶化处理1、固溶化处理作用（1）钢中合金碳化物的析出与溶解钢中C是所含合金元素之一，其除能起到一点强化作用之外，对耐蚀性是不利的，特别是C与Cr形成碳化物时，作用更坏，应力求减少它的存在。为此，依据C在奥氏体中随温度不同而变化的特性，即在高温时溶解度大，低温时溶解度小。有资料报导，C在奥氏体中的溶解度在1200℃时为0.34％;1000℃时为0.18％，而600℃时为0.0２％，室温时则更少。所以将钢加热到高温，使C-Cr化合物充分溶解，再快速冷却，让其来不及析出，保证钢的耐蚀性，特别是耐晶间腐蚀性。一、奥氏体不锈钢的固溶化处理1、固溶化处理作用28（2）σ相奥氏体钢如果在500-900℃区间长时间加热，或钢中加入Ti、Nb、Mo等元素时，都会促进σ相析出，使钢增加脆性和降低耐蚀性，消除σ相的手段也是在高于其可能析出温度使其溶解，再快速冷却，防止再析出。●这就是对奥氏体不锈钢要进行固溶化处理的原因。（2）σ相292、固溶化热处理工艺

●在GB1200标准中，推荐加热温度范围较

宽：1000-1150℃，通常采用1020-

1080℃。考虑具体牌号成分，是铸件还

是锻件等情况，在允许范围内，适当调

节加热温度。

●加热温度低，C-Cr碳化物不能充分溶解，

温度太高，也存在晶粒长大，降低耐蚀

性问题。2、固溶化热处理工艺

●在GB1200标准中，推荐加热温度30●冷却方式：应以较快速度冷却，防止碳化物

再析出。在我国及其它一些国家标准中，标

明固溶化后“快冷”，这里就提出一个问题，

“快”的界限是什么？

●我们综合不同文献资料和实践经验，“快”的

尺度可按如下情况掌握：

*含C量≥0.08%的;含Cr量>22％、Ni量较高

的；含C量虽<0.08％，但有效尺寸>3mm的，

应水冷;

*含C量<0.08％、尺寸<3mm，可风冷;

*有效尺寸≤0.5mm的可空冷●冷却方式：应以较快速度冷却，防止碳化物

再析出。在我国及31二、稳定化热处理稳定化热处理只限于含稳定化元素Ti或Nb的奥氏体不锈钢，如1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni11Nb等二、稳定化热处理稳定化热处理只限于含稳定化元素Ti或Nb的奥321、稳定化热处理作用如前所述，Cr与C结合成Cr23C6型化合物，并在晶界析出，是引起奥氏体不锈钢耐蚀性下降的原因。Cr是强碳化物形成元素，只要有机会，就与C结合并析出，所以钢中填加比Cr与C亲合力更强的元素Ti、Nb，并创造条件，使C优先与Ti、Nb结合，减少C与Cr结合的机会，使Cr稳定的保留在奥氏体中，因此保证了钢的耐蚀性。稳定化热处理，起到的就是使Ti、Nb与C结合，使Cr稳定于奥氏体中的作用。1、稳定化热处理作用如前所述，Cr与C结合成Cr23C6型化332、稳定化热处理工艺加热温度：这个温度应高于Cr23C6的溶解温度（400-825℃），低于或略高于TiC或NbC的开始溶解温度（如TiC的溶解温度区间为750-1120℃），稳定化加热温度一般选在850-930℃，这会使Cr23C6充分溶解，使Ti或Nb再与其中C结合，而Cr则继续保留在奥氏体中。冷却方式：一般采用空冷，也可采用水冷或炉冷，这应根据零件具体情况确定。冷却速度对稳定化效果无大影响。从我们试验研究结果看，从稳定化温度900℃冷却到200℃时，冷却速度为0.9℃/min和15.6℃/min，相比，金相组织、硬度、耐晶间腐蚀能力基本相当。2、稳定化热处理工艺加热温度：这个温度应高于Cr23C6的溶34三、消除应力处理1、消除应力目的用奥氏体不锈钢制造的零件，不可避免的存在应力，如冷加工时的加工应力、焊接应力等。这些应力的存在会带来不利影响，如：对尺寸稳定性的影响;存在应力的零部件在含cl-介质、在H2S、NaOH等介质使用时，会发生应力腐蚀开裂，这是一种发生在局部、未有前兆的突发性破坏，是十分有害的。因此，在某些工况条件下使用的奥氏体不锈钢制件要最大限度的降低应力，这可通过去应力方法完成。三、消除应力处理1、消除应力目的352、消除应力热处理工艺在条件允许的情况下，采用固溶化处理、稳定化处理都可以较好的消除应力（固溶水冷还会产生一定应力），但，有时不允许采用这种方法，如回路中的管件、没有余量的完工件、形状特别复杂的易变形零件等，这时可采用450℃以下温度加热的去应力方法，也可消除部分应力。如果工件是在强应力腐蚀环境中使用，必须彻底消除应力，则在选用材料时，就应予以考虑，如采用含稳定元素的钢，或采用超低碳奥氏体不锈钢2、消除应力热处理工艺在条件允许的情况下，采用固溶化处理、稳36四、奥氏体不锈钢冷加工强化问题奥氏体不锈钢不能发生相变，不能用热处理方法强化，但可以通过冷加工变形强化。奥氏体不锈钢的冷变形强化，除一般金属材料由于冷加工产生晶体缺陷、点阵畸变、位错、亚结构而硬化机理原因外，还有奥氏体向马氏体转变而产生的硬化效果。前面曾提到，奥氏体不锈钢的Ms点低于室温，所以在一般情况下，是不变的单一奥氏体组织，但，在一定条件下，奥氏体的稳定性可以改变。四、奥氏体不锈钢冷加工强化问题奥氏体不锈钢不能发生相变，不能37首先，化学成分含量产生影响。构成奥氏体不锈钢的合金元素中，有的促进奥氏体稳定，有的促进奥氏体向铁素体转变，综合考虑，推荐公式：*Δ＝Ni-〔(Cr+1.5Mo-20)2/12-0.5Mn-35C-Cu-27N+15〕*Δ反映了奥氏体形成和稳定的趋势，值越大，说明奥氏体越稳定。其次，冷加工变形程度也有影响。冷加工变形度越大，硬化效果越明显。以上两个因素影响结果是：由于化学成分影响的稳定性差的奥氏体，在一定冷加工量作用下，使奥氏体向马氏体发生了转变，这个转变点通常记为Md，一般Md高于Ms170-350℃。奥氏体不锈钢这种冷加工变形强化的表现是：硬度、强度升高，塑性下降。如：成分为0.047％C、0.42％Mn、17.4％Cr、8.38％Ni的奥氏体钢，不同变形量的硬化效果见下表：首先，化学成分含量产生影响。构成奥氏体不锈钢的合金元素中，有38不同变形量的硬度变化变形度（％）03.913.623.238.9σb（N/mm2）690.9823.29801141.71391.6δ（％）52.937.524.816.35硬度80HRB25.5HRC34HRC40HRC43.5HRC不同变形量的硬度变化变形度（％）03.913.623.23839另一个表现是具有磁性或磁性增加。冷加工强化后产生的应力，可在280-420℃加热，保温后空冷或缓冷，可消除一部分应力。另一个表现是具有磁性或磁性增加。40（三）铁素体-奥氏体双相

不锈钢的热处理双相不锈钢是不锈钢家族中年轻一员，发展较晚，但其具有的特征得到广泛认同和重视。双相不锈钢的成分特点（高Cr、低Ni、加Mo、N）和组织特点，使其具有比奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢高的强度、塑性;相当于奥氏体不锈钢的耐蚀性;在cl-介质、海水中比任何不锈钢都高的抗点蚀、抗缝隙腐蚀和抗应力腐蚀破坏的能力。（三）铁素体-奥氏体双相

不锈钢的热处理双相不锈钢是41一、双相不锈钢的热处理主要作用1、消除二次奥氏体在较高温度条件下（如铸造或锻造），铁素体量增多，在1300℃以上时，可成单相铁素体，这种高温铁素体是不稳定的，在以后较低温度下时效，会有奥氏体析出，这种奥氏体叫二次奥氏体。这种奥氏体中的Cr、N量少于正常奥氏体，故其可能成为腐蚀源，所以应通过热处理予以消除。一、双相不锈钢的热处理主要作用422、消除Cr23C6型碳化物双相钢在950℃以下会析出Cr23C6增加脆性、降低耐蚀性，应予以消除。3、消除氮化物Cr2N、CrN因钢中有N元素，可与Cr生成氮化物，影响力学和耐蚀性能，应消除。4、消除金属间相双相钢的成分特征，会促进一些金属间相的形成，如σ相、γ相，其降低耐蚀性，增加脆性，应予以消除。2、消除Cr23C6型碳化物43二、热处理工艺与奥氏体钢相似，采用固溶化处理，加热温度980-1100℃，之后快冷，一般采用水冷。二、热处理工艺与奥氏体钢相似，采用固溶化处理，加热温度98044（四）马氏体不锈钢的热处理马氏体不锈钢相对于铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、双相不锈钢最突出的特点就是可以通过热处理方法，在很大范围内调整机械性能，以满足不同使用条件需要。不同的热处理方式对耐蚀性也有不同影响。（四）马氏体不锈钢的热处理马氏体不锈钢相对于铁素体不锈钢、奥45一、马氏体不锈钢淬火后的组织状态依据化学成分不同0Cr13、1Cr13、1Cr17Ni2为马氏体+少量铁素体;2Cr13、3Cr13、2Cr17Ni2基本上是马氏体组织;4Cr13、9Cr18为马氏体基体上有合金碳化物;0Cr13Ni4Mo、0Cr13Ni6Mo为马氏体基体上有残余奥氏体一、马氏体不锈钢淬火后的组织状态依据化学成分不同46二、马氏体不锈钢力学性能与热处理根据不同工作条件，对零部件的不同要求，选用不同成分的马氏体不锈钢，并采用不同方式热处理。例1用于汽轮机叶片、叶轮等，要求有一定强度，较高塑性、韧性及一定的耐蚀、耐热性

*可采用1Cr13淬火+高温回火，即950-1000℃，油冷;700-750℃回火，性能可达：σb≥540N/mm2;σs≥345N/mm2;δ≥25％;Ψ≥55％;AKU≥78J;HB＝160-200二、马氏体不锈钢力学性能与热处理根据不同工作条件，对零部件的47例2:要求有一定耐蚀性的弹簧，应有较好的强度和弹性

*可采用3Cr13，淬火+中温回火，即1020-1040℃加热，油冷;450℃回火，可获得性能如下：σb≥1500N/mm2;σs≥900N/mm2;δ≥15％;Ψ≥46％;43-48HRC例2:要求有一定耐蚀性的弹簧，应有较好48例3:制造刀具、轴承，要求有一定耐蚀性，高的硬度和疲劳强度，组织稳定性好

*可采用9Cr18，经淬火、冷处理、低温回火，即1080℃加热，油冷;-70℃冰冷处理，再经160℃低温回火。结果硬度可大于58HRC。例3:制造刀具、轴承，要求有一定耐蚀49三、马氏体不锈钢的耐蚀性与热处理马氏体不锈钢热处理不仅可改变机械性能，对耐蚀性也有不同作用。以淬火后回火为例：*淬火成马氏体后，采用低温回火，具有较高耐蚀性，*采用400-550℃中温回火，耐蚀性较低;*采用600-750℃高温回火，耐蚀性又有提高。三、马氏体不锈钢的耐蚀性与热处理马氏体不锈钢热处理不仅可改变50四、马氏体不锈钢热处理工艺方法及作用1、退火马氏体不锈钢退火的目的是：

*改善锻造或铸造组织;

*消除应力

*降低硬度，便于加工;

*提高塑性，便于成型;

*为最终淬火做组织准备当然，对一些性能要求不高的零件，也可以在退火状态下使用。四、马氏体不锈钢热处理工艺方法及作用1、退火51根据要达到的目的、作用不同，可采用不同退火方式:(1)只要求降低硬度、便于加工、消除应力，可采用低温退火（有的也叫不完全退火）

*加热温度可选740-780℃，空气冷却或炉冷

*硬度可保证180-230HB;(2)要求改善锻造或铸造组织，更低的硬度及保证不高的性能直接应用，可采用完全退火

*一般加热870-900℃，保温后炉冷，或以≤40℃/h速度冷却至600℃以下出炉。

*硬度可达150-180HB;根据要达到的目的、作用不同，可采用不同退火方式:52(3)等温退火，其可以代替完全退火，达到完全退火的目的作用。

*加热温度870-900℃，加热保温后炉冷至700-740℃（可参照转变曲线），较长时间保温（参照转变曲线），再炉冷至550℃以下出炉。

*硬度可达150-180HB。这种等温退火，还是改善锻后不良组织，提高淬火、回火后力学性能，特别是冲击韧性的有效方式。(3)等温退火，其可以代替完全退火，达到完532、淬火马氏体不锈钢淬火的主要目的是强化。将钢加热至临界点温度以上，保温，使碳化物充分溶解到奥氏体中，再以适当的冷却速度冷却，获得淬火马氏体组织。2、淬火54淬火加热温度选择:*基本原则是：保证奥氏体形成，并使合金碳化物充分溶解到奥氏体中，均匀化;还不能使奥氏体晶粒粗大或淬火后组织中存在铁素体或残留奥氏体。这就要求淬火加热温度不能过低，也不能过高。*马氏体不锈钢淬火加热温度，不同资料介绍、推荐的范围略有差异，并且，温度范围较宽。根据我们经验，一般选在980-1020℃范围加热即可。当然，对于特殊钢号、特殊成分控制或有特殊要求时，应适当降低或提高加热温度，但不能违背加热原则。淬火加热温度选择:55冷却方式:*因马氏体不锈钢的成分特征，使奥氏体较稳定，C曲线右移，临界冷却速度较小，所以，用油冷、空冷即可获得淬火马氏体的效果。但对于要求淬透深度大、力学性能特别是冲击韧性高的零件，应采用油冷。冷却方式:563、回火马氏体不锈钢淬火后，得到马氏体组织，其硬度高、脆性大、内应力大，必须经回火处理。马氏体不锈钢基本上在二种回火温度下使用：

*180-320℃之间回火。获得回火马氏体组织，保持高的硬度、强度，但塑、韧性低，且有较好的耐蚀性。如刀具、轴承、耐磨件等可采用低温回火。3、回火57

*600-750℃之间回火，获得回火索氏体组织。具有一定的强度、硬度、塑性、韧性等良好的综合机械性能，可依据对强度、塑、韧性的要求程度不同，采用下限或上限温度回火。这种组织也具有良好的耐蚀性。

*而400-600℃之间温度的回火，一般情况下不采用，因为，在这个温度区间回火，从马氏体中析出弥散度很高的碳化物，产生回火脆性，降低耐蚀性.但，弹簧，如3Cr13、4Cr13钢制弹簧，可在这个温度回火，HRC可达40-45，具有较好的弹性。*600-750℃之间回火，获得回火索氏体组58回火后的冷却方式，一般可采用空冷，但对有回火脆性倾向的钢号，如1Cr17Ni2、2Cr13、0Cr13Ni4Mo等，最好采用回火后油冷。另外，需要注意的问题是，淬火后需及时回火，夏季不要超过24小时，冬季不要超过8小时，如不能及时按工艺温度回火，也应采取措施防止静置裂纹的产生。回火后的冷却方式，一般可采用空冷，但对有回火脆性倾向的钢号，59（五）沉淀硬化不锈钢热处理沉淀硬化不锈钢相对发展较晚，是在人类实践中经过试验、总结、创新的不锈钢种。先期出现的不锈钢中，铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢有较好的耐蚀性，但不能通过热处理方法调整机械性能，限制了它的作用。而马氏体不锈钢可以运用热处理方法，在较大范围内调整机械性能，但耐蚀性较差。科学家们经过试验研究，发现了沉淀硬化不锈钢，可以较好的解决上述不锈钢的不足。（五）沉淀硬化不锈钢热处理沉淀硬化不锈钢相对发展较晚，是在人60沉淀硬化不锈钢的成分和采取的热处理方式，使其具有了新特点:

*其具有较低的C量（一般≤0.09％），较高的Cr量（一般≥14％以上），另加Mo、Cu等元素，这就使其具有较高的耐蚀性，甚至可同奥氏体不锈钢相当。

*通过固溶和时效处理，可以获得在马氏体基体上析出沉淀硬化相的组织，因而有较高的强度，并可根据时效温度的调整，在一定范围内调整强度、塑、韧性。沉淀硬化不锈钢的成分和采取的热处理方式，使其具有了新特点:61●另外，先固溶，再依沉淀相析出强化的热

处理方式，可以在固溶处理后，硬度较低

的情况下加工基本成型，再经时效强化，

降低了加工成本，优于马氏体钢。

●另外，先固溶，再依沉淀相析出强化的热

处理方式，可62●沉淀硬化钢常分为以下几类：沉淀硬化不锈钢马氏体型奥氏体型奥氏体+铁素体型半奥氏体型常见●沉淀硬化钢常分为以下几类：沉淀硬化马氏体型奥氏体型奥氏体+631、马氏体型沉淀硬化不锈钢及其热处理这型沉淀硬化不锈钢特征是：奥氏体向马氏体转变的开始温度Ms在室温以上。加热奥氏体化并以较快的速度冷却后，获得板条状马氏体基体，时效后从板条马氏体基体上析出Cu的细质点而强化。在GB1220标准中，典型牌号为：0Cr17Ni4Cu4Nb（PH17-4）

1、马氏体型沉淀硬化不锈钢及其热处理这型沉淀硬化不锈钢特征是64以其为例，介绍热处理过程：

*PH17-4成分如下：（％）C≤0.07;Ni:3-5;Cr:15.5-17.5;Cu:3-5;Nb:0.15-0.45

*

Ms点约120℃；

*Mz点约30℃以其为例，介绍热处理过程：65（1）固溶处理加热温度为1020-1060℃，保温后水冷或油冷，组织为板条状马氏体，硬度320HB左右。加热温度不宜过高，如果大于1100℃，会使组织中铁素体量增多、Ms点下降、残留奥氏体增多、硬度下降，热处理效果不好。（2）时效处理依据时效温度不同，沉淀析出物的弥散度、粒度不同，而有不同的机械性能。（1）固溶处理66GB1220标准中规定，不同时效温度时效后性能

σb(N/mm2)σs(N/mm2)

δ(％)Ψ(%)

HB1040℃固溶≤363480℃×4h≥1310≥1180≥10≥40≥375550℃×4h≥1060≥1000≥12≥45≥331580℃×4h≥1000≥865≥13≥45≥302620℃×4h≥930≥725≥16≥50≥277GB1220标准中规定，不同时效温度时效后性能σb672、半奥氏体型不锈钢热处理这种钢的Ms点一般略低于室温，所以固溶化处理冷却到室温后，得到奥氏体组织,强度很低，为提高基体强度、硬度，需要再次加热到750-950℃，保温，这个阶段，奥氏体中会析出碳化物，奥氏体稳定性降低，Ms点提高至室温以上，再冷却时，得到马氏体组织。有的还可以增加冷处理（零下处理），之后，再时效使钢最终获得马氏体基体上有沉淀析出物的强化钢。在GB1220标准中，推荐的这种沉淀不锈钢牌号是0Cr17Ni7Al（PH17-7）

*具体成分是（％）：C≤0.09;Cu≤0.5Ni:6.5-7.5;Cr:16-18;Al：0.75-1.5;2、半奥氏体型不锈钢热处理这种钢的Ms点一般略低于室温，所以68半奥氏体型沉淀硬化不锈钢的热处理有三种方式：(1)固溶+调整+时效处理

*固溶化加热温度1040℃，加热保温后水冷或油冷得到奥氏体，硬度为150HB左右;

*调整处理温度为760℃，保温后空冷，使奥氏体中合金碳化物析出，降低奥氏体稳定性，提高Ms点到50-90℃左右，冷却后获得板条马氏体，此时硬度可达290HB左右;

*再经560℃时效，Al及化合物沉淀析出，钢材强化，硬度可达340HB左右。半奥氏体型沉淀硬化不锈钢的热处理有三种方式：69(2)固溶+调整+冷处理+时效

*固溶处理加热1040℃，水冷，获得奥氏体组织;

*调整处理温度955℃，提高Ms点，冷却后获得板条马氏体;

*冷处理-73℃×8h，减少组织中残留奥氏体，获取最大限度的马氏体;

*时效处理温度为510-560℃，使Al析出，强化处理后，硬度可达336HB(2)固溶+调整+冷处理+时效70(3)固溶+冷变形+时效

*固溶处理温度为1040℃，水冷，获得奥氏体组织;

*冷变形，利用冷加工变形强化原理，使奥氏体在Md点转变成马氏体，这个冷加工变形量要大于30-50％;

*时效处理：在490℃左右加热时效，使Al析出沉淀硬化。●有报导，固溶奥氏体经57％冷轧变形，硬度达430HB，σb达1372N/mm2，再经490℃时效，硬度达485HB，σb达1850N/mm2。(3)固溶+冷变形+时效71可见，沉淀硬化马氏体不锈钢经过正确处理后，机械性能完全可以达到马氏体不锈钢性能，而耐蚀性却与奥氏体不锈钢相当。这里需要指出的是，马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢虽然都是可通过热处理方法强化，但强化机理是不同的。由于沉淀硬化不锈钢的特点，使其得到重视和广泛应用。可见，沉淀硬化马氏体不锈钢经过正确处理后，机械性能完全可以达72第三部分不锈钢的发展与创新由于不锈钢的特殊功能受到重视，包括我国在内，许多国家都有相应的不锈钢标准（棒、板、等），以及大型锻件（JB/T6398）、铸件（JB/T6405）的标准，做为标准发布的不锈钢材料，基本上都是通用型材料。但是，通过近几年来我们对产品的引进及使用材料的分析，发现，为适应某些特殊条件的需要，许多钢铁企业和泵制造厂，都在通用不锈钢材料基础上，通过对合金元素的调整，做为企业标准研发，生产一些更优良的具有特色的不锈钢品种。第三部分不锈钢的发展与创新由于不锈钢的特殊功能受到重视，包括73当然，做为企业技术秘密（国外企业、泵厂），我不能谈论太多，但想谈点自己体会，提供给大家，能否从中受到启发，对促进我国不锈钢的发展、创新及冶金、热处理工艺进步有所帮助：1、奥氏体不锈钢做为历史比较长，发展比较快，应用比较广的不锈钢，可以说接近完全了，但随着原子能工业的发展，核反应堆中的特殊条件，除一般要求外，还有辐射，（绝对可靠性、安全性）有时，常规奥氏体不锈钢也略显能力不够。当然，做为企业技术秘密（国外企业、泵厂），我不能谈论太多，但74如：

*应用于原子反应堆燃料包壳，要采用液态金属做为冷却剂，冷却并传热到汽轮机，使用温度高达600-650℃。为了提高其热稳定性、热强性，增加Mo、W。如1Cr14Ni18W2Nb等：C：0.07-0.12%;Cr：13-15%;Ni：18-20%;W：2-2.75%;Nb：0.9-1.3%。

*而在做为控制棒及屏蔽材料的奥氏体不锈钢，为其更好吸收辐射中子，以保护包壳等零件，在奥氏体不锈钢中加入B，含B奥氏体不锈钢18-8B：C：≤0.07%;Cr：17-19%;Ni：9-10%;B：1-1.5%。如：752、双相不锈钢为了解决海底油气田复杂介质（含有氯化物、CO2、H2S等），苛刻的腐蚀条件及提高强度和耐磨性，先后出现了加W、Cu等合金强化的双相不锈钢，如：Zeron100:C：≤0.03%;Cr：24-26%;Ni：6-8%;Mo:3-4%;Cu:0.5-1%;w:0.5-1%;N:≤0.25%

经过固溶化处理后，

*σb≥750N/mm2比一般提高25％;

*σs≥550N/mm2比一般提高35％

*而耐蚀性能（各方面）均有提高，比如，在Cl-5000mg/L,PH值为2的介质中，其临界缝隙温度比一般双相钢高20-35℃。2、双相不锈钢763、沉淀硬化不锈钢FV520：C：≤0.07％;Cr：14-18％;Ni：4-7％;Mo:1-3％;Ti≤0.5％;Cu:1-3％这种沉淀钢成分特点是，以Ti、Cu强化代Al，其在经过固溶、冷变形和450℃时效后，σb可达1640N/mm2;σs可达1600N/mm2如此高强度材料胜过马氏体不锈钢。3、沉淀硬化不锈钢77以Cr13型不锈钢为例*Cr13型马氏体不锈钢应用广泛，对泵制造来说，应用铸造Cr13型材料，如ZG1Cr13、ZG2Cr13等很多，这种材料尽管有许多优点，但也有其不可克服的缺点，特别是复杂形状零件铸造时，极易产生裂纹，脆性大，而且，不易补焊，铸造成品率较低。*为解决这类问题，首先，在国内外泵用材料中，出现了含Ni的Cr13型铸造不锈钢。4、马氏体不锈钢以Cr13型不锈钢为例4、马氏体不锈钢78加入1-2％的Ni：a、减少了ZG1Cr13的δ铁素体含量，从而提高了韧性和可焊性;b、Ni的加入稳定了奥氏体，可以在较缓慢冷却条件下发生马氏体相变，可空冷降低了应力，减少产生裂纹的可能性;c、Ni降低相变点AC1，淬火后在稍高于AC1的温度回火，冷却后可获得少量残留奥氏体，提高韧性。●所以，以加Ni的铸造Cr13型马氏体不锈钢得到广泛应用。加入1-2％的Ni：79再比如：S一般做为有害元素存在于钢中，一般控制在≤0.03，只是在少数易切削钢中加入S，如：

*Y1Cr18Ni9S≤0.15

*Y1Cr17S≤0.15

*Y1Cr13S≤0.15但是当Cr13铸钢中加入0.23-0.32％的S后，大大降低了摩擦系数，提高了抗咬合能力，做为泵的偶合件材料，不用氮化、高频淬火，而且效果很好。再比如：S一般做为有害元素存在于钢中，一般控制在≤0.03，805、另外一个在Cr13型马氏体不锈钢基础上研发的、高强度、高韧性、高淬透性的耐蚀不锈钢是0Cr13Ni4Mo（有锻、铸）：主要成分控制：C：≤0.06％;Cr：12-14％;Ni：3.5-4.5％;Mo:0.4-0.7％，可见，是在0Cr13基础上加Ni、Mo，控制低C的钢种。Ni、Mo的加入，首先降低了相变点．以锻件为例：*

1Cr13：AC1：820℃;AC3：950℃;Ms：340℃*锻件0Cr13Ni4Mo：AC1：570-630℃;AC3：810℃;Ms：225℃*铸件ZG0Cr13Ni4Mo：AC1：600℃;AC3：880℃;Ms：240℃使AC1点下降近200℃，Ms下100多℃，正是这个钢的相变点的特殊性，决定了其热处理特殊性和性能的特殊性。5、另外一个在Cr13型马氏体不锈钢基础上研发的、81热处理特点及性能─以我们铸件试验结果为例1、退火该钢的合金元素决定了奥氏体的稳定性，在很缓慢的冷却条件下，也可发生马氏体转变，所以，在铸后和锻后都具有马氏体组织、很高的硬度，为了便于加工，必须进行退火降低硬度。因为AC1和AC3都比较低，退火温度如果像一般Cr13型钢一样采用870-900℃（完全退火）或740-780℃（不完全退火），加热时，有大量奥氏体，冷却后又变成马氏体，不能降低硬度。应选在略高于AC1点即620-650℃，在此温度加热，使锻或铸后的马氏体组织发生回火转变，获得具有马氏体位向的索氏体，使硬度有所下降。所以，严格的说，这个退火实际上是一种回火作用。热处理特点及性能─以我们铸件试验结果为例82温度℃

510540570600630660690720750790840900硬度HB331321285269255278302310321359335363根据我们的试验研究，该材料在不同温度下加热、冷却，硬度反映结果如下：

可见，在620-650℃之间，硬度较低。温度℃5105405706006306606907207583淬火（正火）980-1020℃，空冷或油冷。为什么AC3低，淬火温度仍选980-1020℃，因为合金碳化物难溶于奥氏体中获得板条马氏体。回火根据要求，一般选580-640左右，空冷或油冷，具有板条马氏体位向的索氏体+碳化物及残留奥氏体，此时性能优良，见下表：（我们做的试验结果）淬火（正火）84●有时，为了要求耐蚀性、高硬度，可调整回火温

度，硬度调整为340HB以上。

●这种钢淬透性好，150mm基本内外一致。σb(N/mm2)σs(N/mm2)

δ(％)Ψ(%)

HB铸件880-970800-83015-1840-50270-280●有时，为了要求耐蚀性、高硬度，可调整回火温

度，硬度调85第四部分钢厂材料热处理

钢厂毛坯产品主要有钢锭.热轧(锻)材.冷轧材.而热(冷)轧材又可分板材、带材、棒材、型材等。第四部分钢厂材料热处理钢厂毛坯产品主要有86一、钢锭热处理

1、钢锭的扩散退火

（1）目的和作用

*改善和减轻钢锭的成分偏析和组织偏析。改善枝

晶组织。钢水在钢锭模内冷却时。结晶先从锭壁

开始。先结晶部分质量较纯净。而后结晶的枝间

部分汇集较多的低溶点的合金元素和杂质。结果

使钢锭内部存在成分和组织偏析。这将严重危害

所制造的产品质量。

*由于钢锭各部分冷却速度不同。钢锭内存在很大

应力。对钢锭危害很大。

*有的钢锭表层硬度较高。不便加工。

为解决这些问题。应对钢锭进行扩散退火。一、钢锭热处理

1、钢锭的扩散退火

（1）目的和作用

*87（2）扩散退火工艺：

*加熱温度：1200—1300℃。

*保温时间：一般按1.8—2.4min/mm，大装炉量

时应考虑透烧和充分保温。

*冷却：≤20—40℃/h。

扩散退火适用于高碳钢。高合金钢。马氏体不锈钢。（2）扩散退火工艺：

*加熱温度：1200—1300℃882、完全退火和不完全退火

（1）目的和作用

*改善钢的组织、细化晶粒。使自高温冷却下来得

到的粗大晶粒得以细化。

*消除应力。

*降低硬度。

其不能起到成分和组织均匀化的作用。

2、完全退火和不完全退火

（1）目的和作用

*改善钢的组织89（2）退火工艺

*加热温度：完全退火：AC3以上30-50℃，

不完全退火：在AC1-ACcm之间，一般

为750-800℃.

对于马氏体不锈钢，按不完全退火，但温度高于

一般钢的加热温度，一般为870-900℃；

铁素体不锈钢为750-800℃。

*保温时间：原则上1.1-1.3min/mm，大装炉量应

考虑透烧和充分保温。

*冷却：炉冷或≤80—100℃/h至600℃出炉

适用于奥氏体钢外的钢种（2）退火工艺

*加热温度：完全退火：AC3以上30-50903、低温退火

（1）目的和作用

*降低硬度，便于加工。

*消除内应力。

（2）低温退火工艺

*加热温度：低于AC1点，一般在640-680℃。

*保温时间：1.3-1.5min/mm。

*冷却：缓冷或空冷。

适用于马氏体钢、珠光体钢。3、低温退火

（1）目的和作用

*降低硬度，便于加工。

*91二、热轧材的热处理

指用钢锭、钢坯加热到一定温度，再进行轧、拉制成材的产品。可为棒材、板材、丝材、型材等。1、正火（1）目的和作用*细化晶粒、改善组织、提高性能二、热轧材的热处理指用钢锭、钢坯加热到一定温92（2）正火工艺

*加热温度：AC3以上40-60℃。

*保温时间：1.1-1.4min/mm。

*冷却：空冷。

上面所给出的是用于大型台车炉加热时的参数。

目前，对于大型钢厂，采用大型滚底炉加热，不仅提高效率，也提高了处理质量，可半自动化生产。只要控制好材料在炉内的运行速度即可。

正火只适用于碳钢和普通低合金钢材料及铁素体不锈钢材料。（2）正火工艺

*加热温度：AC3以上40-60℃。

*932、完全退火

（1）目的和作用

*细化晶粒、改善组织、提高性能、降低硬度、消

除应力。

（2）完全退火工艺

*加热温度：AC3以上30-50℃，马氏体钢为

870-900℃。

*保温时间：1.1-1.3min/mm，大装炉量考虑厚

度，延长时间。

*冷却：炉冷或≤30-80℃/h

完全退火适用于碳钢、低合金钢、马氏体不锈钢。2、完全退火

（1）目的和作用

*细化晶粒、改善组织、提高943、球化退火

（1）目的和作用

*主要消除过共析钢中网状碳化物，并使其具有球

状碳化物粒状组织。

*降低硬度，便于加工。3、球化退火

（1）目的和作用

*主要消除过共析钢中网状碳95（2）主要工艺参数

*加热温度：AC1-ACcm之间，一般为800-820℃。

*保温时间：1.1-1.3min/mm。

*等温温度：在AC1以下“C”曲线鼻子部分，一般为

700-740℃左右。

*等温时间：参考“C”曲线鼻子部分，一般为4-6小

时。

*冷却：炉冷或≤30-40℃/h至550℃。

球化退火主要用于高合金过共析钢，特别是用于制造轴承、量具、刃具材料，如4Cr13、9Cr18等。（2）主要工艺参数

*加热温度：AC1-ACcm之间，一964、低温退火

（1）目的和作用

*降低硬度、消除内应力、组织再结晶。

（2）工艺参数

*加热温度：AC1以下，一般为650-720℃。

*保温时间：1.1-1.3min/mm。

*冷却：空冷或炉冷。

适用于碳钢及低合金钢。4、低温退火

（1）目的和作用

*降低硬度、消除内应力、组975、固溶化处理

（1）目的和作用

*改善组织、提高性能、保证耐腐蚀性。

（2）主要工艺参数

*加热温度：1020-1100℃。

*保温时间：1.1-1.3min/mm，可根据装炉量适当

调整，保证透烧。

*冷却：水冷。

适用于奥氏体不锈钢、双相不锈钢。5、固溶化处理

（1）目的和作用

*改善组织、提高性能、保98三、冷轧材热处理即在不加热状态下将坯料轧（拉）成材。对于冷轧材的热处理，可分轧前、轧中、轧后三阶段。1、预先热处理（轧前处理）（1）目的和作用*主要降低硬度、保证组织和性能。*消除应力。*对奥氏体不锈钢提高耐蚀性。三、冷轧材热处理即在不加热状态下将坯料轧（拉）成材99（2）主要工艺方法

*碳钢、合金结构钢、马氏体不锈钢采用完全退火

或低温退火。

*工具钢、过共析高合金钢、过共析马氏体不锈钢

采用球化退火。

*奥氏体不锈钢、双相不锈钢采用固溶化处理。（2）主要工艺方法

*碳钢、合金结构钢、马氏体不锈钢采用完1002、中间热处理

（1）目的和作用

降低已经过冷轧（拉）过程产生的冷作硬化

材料的硬度和应力，便于进一步轧（拉）加工成

型。

（2）工艺方法

除奥氏体不锈钢和双相不锈钢外均采用中、

低温退火处理。2、中间热处理

（1）目的和作用

降低已经过冷轧1013、成品热处理

冷轧材成品的热处理，是可进行可不进行的。

（1）不处理直接使用

如弹簧用钢丝、紧固件用圆钢等。

（2）处理后使用

根据用户要求降低硬度、消除应力、改善组织、

提高耐蚀性。

依据钢种类不同，采用不同工艺方法。对一

些要求表面不氧化、不脱碳、保持光亮的材料

应采用真空、保护气氛、浴炉等。3、成品热处理

冷轧材成品的热处理，是可进行可不进行102谢谢!谢谢!103不锈钢及其

热处理不锈钢及其

热处理104第一部分不锈钢相关知识一、不锈钢定义及介定范围

在我国GB/T13304《钢的分类》标准中，按用途及使用特性分类方法规定，将不锈钢、耐蚀钢、耐热钢归为一类，称为“不锈、耐蚀和耐热钢”。但,严格说来，它们之间是有区别的。第一部分不锈钢相关知识一、不锈钢定义及介定范围105按定义：

●不锈钢是指在空气中或接近中性

介质中，不产生锈蚀的钢。

●耐蚀钢是指在一些含有化学腐蚀

介质，如酸、碱、盐及其溶液

中、海水中及一些腐蚀气体中均

能够不产生或很少产生腐蚀的

钢。

●耐热钢是指在较高温度环境中能

够抗氧化、抗蠕变的钢。按定义：

●不锈钢是指在空气中或接近中性

介质中，不产生106

当然，一般耐蚀钢和耐热钢

都具有不锈的特性，而在日常习

惯上，又把不锈钢和耐蚀钢简称

不锈钢。

当然，一般耐蚀钢和耐热钢

都具有不锈的特性，而在107

为便于说明问题，在今天的课程内容中，将不锈钢定义为“含适当的碳、含铬（Cr）大于12％，或还含有其它合金元素，能在含有腐蚀介质的液体或气体中具有抵抗腐蚀能力的铁基合金。”这就从成分上

和特性上两个方面明确了不锈钢的概念。为便于说明问题，在今天的课程内容中，将不锈钢定108二、不锈钢的开发与发展关于不锈钢的发现和报导，最早出现在英国，之后，美国、德国、法国相继取得研究成果。最先出现的是铁素体不锈钢，随后发展了马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢。随着社会发展和人类的需求，这些钢也满足不了要求了，如奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢耐蚀性好，但力学性能差;马氏体不锈钢可调整力学性能，但耐蚀性受到限制。所以，开发了沉淀硬化不锈钢。二、不锈钢的开发与发展关于不锈钢的发现和报导，最早出现在英国109●再如，为了解决在某些介质中构

件产生的局部腐蚀和应力腐蚀破

坏，研发出了能在含cl-介质及海

水中有特殊耐蚀效果的“双相不锈

钢”。

●目前，不锈钢已具有铁素体、马

氏体、奥氏体、沉淀硬化不锈钢

和铁素体-奥氏体双相不锈钢等五

大系列的不锈钢大家族。●再如，为了解决在某些介质中构

件产生的局部腐蚀和应力110三、不锈钢耐蚀机理及主要合

金元素的作用不锈钢耐蚀原因有许多解释：从化学理论方面：不锈钢与介质作用时，表面生成以Cr2O3为主的薄膜，也叫钝化膜，其阻止腐蚀介质穿透，保护了金属基体。从电子理论方面：金属的钝化状态与未填满的电子层有关，Cr有力求吸收电子特性，使Fe原子失去电子而被钝化。电极电位理论方面：当Fe-Cr合金固溶体中Cr量比达1/8（即12.5％）时，电极电压由-0.56V跃增到+0.2V，使金属在电溶液介质中更稳定。三、不锈钢耐蚀机理及主要合

金元素的作用不锈钢耐蚀原111从上可见，对不锈钢耐蚀性的任何一种解释，都与合金元素Cr的作用有关，其起主要作用。

从上可见，对不锈钢耐蚀性的任何一种解释，都与合金元素112●此外，由于材料所处环境的多样性，

有时，还要填加其它合金元素：

*Mo：形成MoO，促进基体钝化；

*Cu：使钝化膜含有CuO，提高耐蚀性；

*N：钝化膜中富集Cr2N，使钝化膜中

Cr浓度提高；

*Ni：与Cr共同作用，改变组织结构，

从而改善耐蚀性和力学性能；

*Ti或Nb：稳定钢中的C，进而稳定了

钢中的Cr，保证耐蚀性；

*Mn：代替Ni的作用，降低钢的成本；●此外，由于材料所处环境的多样性，

有时，还要填加其它合113*Al、Nb、Cu等：借助于它们可以从基体

中弥散析出，达到强化

作用。Al还对铁素体不

锈钢有钝化作用；

*S、Se：提高不锈钢的易切削性；

*W：在双相不锈钢中，可抑制金属的再

溶解，起缓蚀的作用；

*Co：提高不锈钢硬度；

*V：提高不锈钢热强性；

*Al、Nb、Cu等：借助于它们可以从基体

114*C：它的作用有两重性：

▲一方面，加入C并调整其含量可改变不

锈钢的组织，从而改变和调节力学性

能

▲另一方面，因其与Cr有较强的亲合

力，会降低固溶体中Cr量，降低耐

蚀性，还会形成Cr-C化合物沿晶界

析出，产生晶间腐蚀。

●上面提到的是合金元素在不锈钢中的

作用，当各种合金元素同时存在时，

作用会更复杂化。*C：它的作用有两重性：

▲一方面，加入C并调整其含量可改变115四、不锈钢的分类不锈钢有多种分类方法，如，按化学成分、按功能特征、按金相组织和热处理特性等。从热处理方面考虑，按金相组织和热处理特性分更具有实际意义。这种分类方法就是把钢加热到某一高温温度后，快速冷却到室温时，能获得的主要金相组织类型。

四、不锈钢的分类不锈钢有多种分类方法，如，按化学成分、按功能116●按这种分类方法，可把不锈钢分为五

类（考虑了热处理特性）。

不锈钢铁素体型奥氏体型沉淀硬化型铁素体-奥氏体双相型马氏体型●按这种分类方法，可把不锈钢分为五

类（考虑了热处理特性117五、各类不锈钢主要特性铁素体不锈钢*主要合金元素是Cr，或加入少量稳定铁素体的元素，如Al、Mo等，组织为铁素体*有不太高的强度，不能用热处理方法调整性能，有一定塑性，脆性较大*在氧化类介质，如硝酸中有良好的耐蚀性，在还原性介质中耐蚀性较差。五、各类不锈钢主要特性铁素体不锈钢118●奥氏体不锈钢

*含有较高的Cr，一般大于18％，并含有8％

左右的Ni，有的以Mn代Ni，为进一步提高

耐蚀性，还有的加入Mo、Cu、Si、Ti、Nb

等元素。

*加热冷却时不发生相变，不能用热处理方法

强化，具有较低的强度，高的塑、韧性。

*对氧化性介质有强的抗蚀能力，加入Ti、Nb

后具有较好的抗晶间腐蚀的能力●奥氏体不锈钢

*含有较高的Cr，一般大于18％，并含有8％119●马氏体不锈钢

*马氏体不锈钢主要含12-18％的Cr，并依照需要

调整C量，一般在0.1-0.4％，对于制作工具时，

C可达0.8-1.0％，有的为提高抗回火稳定性，

加入Mo、V、Nb等。

*高温加热并以一定速度冷却后，组织基本是马氏

体，依据C及合金元素的差异，有的可能会含有

少量铁素体、残余奥氏体或合金碳化物。

*加热和冷却时会发生相变，因此，可以在很大范

围内调整组织结构和形态，从而改变性能。

*耐蚀性不如奥氏体、铁素体及双相不锈钢，在有

机酸中有较好的耐蚀性，在硫酸、盐酸等介质中

耐蚀性较差。●马氏体不锈钢

*马氏体不锈钢主要含12-18％的Cr，并120●沉淀硬化不锈钢

*成分特点是除含有C、Cr、Ni等元素外，还含有

Cu、Al、Ti等可以时效沉淀析出物的元素。

*可以通过热处理手段来调节力学性能，但其强化

机理不同于马氏体不锈钢。

*由于其依靠析出沉淀相强化，所以C可以控制很

低，因而其耐蚀性优于马氏体不锈钢，与Cr-Ni

奥氏体不锈钢相当。●沉淀硬化不锈钢

*成分特点是除含有C、Cr、Ni等元素外，121●铁素体-奥氏体双相不锈钢

*一般含Cr为17-30％，Ni含量3-13％，另外加入

Mo、Cu、Nb、N、W等合金元素，含C量控制很低，

依据合金元素比例不同，有的以铁素体为主，有

的以奥氏体为主，构成两相同时存在的双相不锈

钢。

*因其含有铁素体及强化元素，热处理后，强度比

奥氏体不锈钢略高，塑、韧性好，基本上不能用

热处理手段调整性能。

*有较高的耐蚀性，特别是在含cl-介质中、海水

中，有较好的耐点蚀和缝隙腐蚀、应力腐蚀的

特点。●铁素体-奥氏体双相不锈钢

*一般含Cr为17-30％，Ni122第二部分不锈钢的热处理不锈钢以Cr为主的大量合金元素构成的成分特点，是其具有不锈、耐蚀的基本条件。要想充分发挥合金元素的作用，获得理想的力学和耐蚀性能，还必须通过热处理方法实现。第二部分不锈钢的热处理不锈钢以Cr为主的大量合金元素构成的123（一）铁素体不锈钢的热处理

一、热处理的目的

●铁素体不锈钢一般情况下是稳定的单一铁素体组织

●加热、冷却不发生相变，故不能用热处理方法调整力学性能，其主要目的是减小脆性和提高抗晶间腐蚀能力（一）铁素体不锈钢的热处理

一、热处理的目的

●铁素体124为达这一目的，要解决以下几个主要问题：1、σ相脆性

*铁素体不锈钢极易生成σ相，这是一种富

Cr的金属化合物，硬而脆，特别容易在晶

间形成，使钢变脆，并增加晶间腐蚀敏感

性

*σ相形成与成分有关，除Cr外，Si、Mn、

Mo等都促进σ相形成;还与加工过程有

关，尤其在540-815℃区间加热、停留，

更促进σ相形成。但σ相形成是可逆的，

重新加热到高于σ相形成温度会重新溶解

于固溶体中为达这一目的，要解决以下几个主要问题：1、σ相脆性

*铁素1252、475℃脆性

*铁素体不锈钢在400-500℃区间长时间加

热，会表现出强度升高、韧性下降即脆性

增加的特征，尤其在475℃时最明显，称

475℃脆性

*这是因为，在这个温度下，铁素体内的Cr

原子将重新排列，形成富Cr小区域，与母

相共格，引起点阵畸变，产生内应力，使

钢硬度升高、脆性增大。富Cr区形成的同

时，必有贫Cr区出现，这对耐蚀性有不利

影响。

*当将钢重新加热高于700℃温度时，畸变、

内应力会消除，475℃脆性消失2、475℃脆性

*铁素体不锈钢在400-500℃区间长时1263、高温脆性

*加热到925℃以上，并以快速冷却下来时，

Cr、C、N等形成化合物在晶内、晶界析

出，引起脆性增加和晶间腐蚀的发生。

*这种化合物可在750-850℃温度加热后快

冷予以消除。3、高温脆性

*加热到925℃以上，并以快速冷却下来时，

127二、铁素体不锈钢热处理工艺1、退火为了消除σ相、475℃脆性及高温脆性，可采用退火处理，在780-830℃加热、保温、然后空冷或炉冷。对于超纯铁素体不锈钢（含C≤0.01％，严格控制Si、Mn、S、P），退火加热温度可提高一些。二、铁素体不锈钢热处理工艺1、退火1282、去应力处理

●在焊接和冷加工后，零部件可能产生应力，

如果具体情况不宜采用退火处理，可以在

230-370℃范围内加热、保温、空冷，可消

除部分内应力，改善塑性。2、去应力处理

●在焊接和冷加工后，零部件可能产生应力，

129（二）奥氏体不锈钢热处理奥氏体不锈钢中Cr、Ni等合金元素作用结果使Ms点降至室温以下（-30到-70℃）。保证奥氏体组织稳定，所以，加热、冷却时，在室温以上不发生相变。因此，奥氏体不锈钢热处理主要目的不是改变机械性能，而是提高耐蚀性。（二）奥氏体不锈钢热处理奥氏体不锈钢中Cr、Ni等合金元素作130一、奥氏体不锈钢的固溶化处理1、固溶化处理作用（1）钢中合金碳化物的析出与溶解钢中C是所含合金元素之一，其除能起到一点强化作用之外，对耐蚀性是不利的，特别是C与Cr形成碳化物时，作用更坏，应力求减少它的存在。为此，依据C在奥氏体中随温度不同而变化的特性，即在高温时溶解度大，低温时溶解度小。有资料报导，C在奥氏体中的溶解度在1200℃时为0.34％;1000℃时为0.18％，而600℃时为0.0２％，室温时则更少。所以将钢加热到高温，使C-Cr化合物充分溶解，再快速冷却，让其来不及析出，保证钢的耐蚀性，特别是耐晶间腐蚀性。一、奥氏体不锈钢的固溶化处理1、固溶化处理作用131（2）σ相奥氏体钢如果在500-900℃区间长时间加热，或钢中加入Ti、Nb、Mo等元素时，都会促进σ相析出，使钢增加脆性和降低耐蚀性，消除σ相的手段也是在高于其可能析出温度使其溶解，再快速冷却，防止再析出。●这就是对奥氏体不锈钢要进行固溶化处理的原因。（2）σ相1322、固溶化热处理工艺

●在GB1200标准中，推荐加热温度范围较

宽：1000-1150℃，通常采用1020-

1080℃。考虑具体牌号成分，是铸件还

是锻件等情况，在允许范围内，适当调

节加热温度。

●加热温度低，C-Cr碳化物不能充分溶解，

温度太高，也存在晶粒长大，降低耐蚀

性问题。2、固溶化热处理工艺

●在GB1200标准中，推荐加热温度133●冷却方式：应以较快速度冷却，防止碳化物

再析出。在我国及其它一些国家标准中，标

明固溶化后“快冷”，这里就提出一个问题，

“快”的界限是什么？

●我们综合不同文献资料和实践经验，“快”的

尺度可按如下情况掌握：

*含C量≥0.08%的;含Cr量>22％、Ni量较高

的；含C量虽<0.08％，但有效尺寸>3mm的，

应水冷;

*含C量<0.08％、尺寸<3mm，可风冷;

*有效尺寸≤0.5mm的可空冷●冷却方式：应以较快速度冷却，防止碳化物

再析出。在我国及134二、稳定化热处理稳定化热处理只限于含稳定化元素Ti或Nb的奥氏体不锈钢，如1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni11Nb等二、稳定化热处理稳定化热处理只限于含稳定化元素Ti或Nb的奥1351、稳定化热处理作用如前所述，Cr与C结合成Cr23C6型化合物，并在晶界析出，是引起奥氏体不锈钢耐蚀性下降的原因。Cr是强碳化物形成元素，只要有机会，就与C结合并析出，所以钢中填加比Cr与C亲合力更强的元素Ti、Nb，并创造条件，使C优先与Ti、Nb结合，减少C与Cr结合的机会，使Cr稳定的保留在奥氏体中，因此保证了钢的耐蚀性。稳定化热处理，起到的就是使Ti、Nb与C结合，使Cr稳定于奥氏体中的作用。1、稳定化热处理作用如前所述，Cr与C结合成Cr23C6型化1362、稳定化热处理工艺加热温度：这个温度应高于Cr23C6的溶解温度（400-825℃），低于或略高于TiC或NbC的开始溶解温度（如TiC的溶解温度区间为750-1120℃），稳定化加热温度一般选在850-930℃，这会使Cr23C6充分溶解，使Ti或Nb再与其中C结合，而Cr则继续保留在奥氏体中。冷却方式：一般采用空冷，也可采用水冷或炉冷，这应根据零件具体情况确定。冷却速度对稳定化效果无大影响。从我们试验研究结果看，从稳定化温度900℃冷却到200℃时，冷却速度为0.9℃/min和15.6℃/min，相比，金相组织、硬度、耐晶间腐蚀能力基本相当。2、稳定化热处理工艺加热温度：这个温度应高于Cr23C6的溶137三、消除应力处理1、消除应力目的用奥氏体不锈钢制造的零件，不可避免的存在应力，如冷加工时的加工应力、焊接应力等。这些应力的存在会带来不利影响，如：对尺寸稳定性的影响;存在应力的零部件在含cl-介质、在H2S、NaOH等介质使用时，会发生应力腐蚀开裂，这是一种发生在局部、未有前兆的突发性破坏，是十分有害的。因此，在某些工况条件下使用的奥氏体不锈钢制件要最大限度的降低应力，这可通过去应力方法完成。三、消除应力处理1、消除应力目的1382、消除应力热处理工艺在条件允许的情况下，采用固溶化处理、稳定化处理都可以较好的消除应力（固溶水冷还会产生一定应力），但，有时不允许采用这种方法，如回路中的管件、没有余量的完工件、形状特别复杂的易变形零件等，这时可采用450℃以下温度加热的去应力方法，也可消除部分应力。如果工件是在强应力腐蚀环境中使