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:1Cr18Ni9TiheattreatmentprocessandcorrosionresistanceofAbstract:Austeniticstainlesssteelatroomtemperature,referstowithaustenitestainlesssteel.SteelcontainingCr18%,Ni8%~10%,Capproximately0.1%,withastableaustenite.Austeniticchromiumnickelstainlesssteelincludingtheprestigious18Cr-8NisteelandonthebasisofincreasedCr,NicontentandaddingMo,Cu,Si,Nb,TiandotherelementsofdevelopmentofhighCr-Niseriessteel.Austeniticstainlesssteelnon-magneticandhashightoughnessandplasticity,butitsstrengthislow,notpossiblethroughphasechangetointensive,canonlythroughthecoldhardening,suchastheaccessiontotheS,Ca,Se,Teandotherelements,ithasgoodcuttingperformance.Thisthesismainlyonausteniticstainlesssteel1Cr18Ni9Tiheattreatmentprocessandcorrosionresistanceofthefilm,includingthepreliminaryheattreatment,forging,solidsolutiontreatment,stabilizedmaterialformingacompleteheattreatmentprocessareintroduced.Andthispaperalsostainlesssteel1Cr18Ni9Ticorrosionreason,whatcanIdotomakeitmorecorrosionresistanceandsoonhavemadesomeintroduction.Stainlesssteelheattreatmentprocessusedinthevacuumheattreatmentfurnace,itsstructure,propertiesarecomplicated,thisarticlealsotothevacuumheattreatmentfurnacewereintroduced,withthevacuumheattreatmentKeywords:Austeniticstainlessstee1Cr18Ni9TiSolidsolutiontreatmentStabilizingtreatmentCorrosionresistance常州机电职业技术学院毕业论文第页目录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 152.1.11Cr18Ni9Ti的凝固行为 152.1.21Cr18Ni9Ti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1150～1260℃，变形温度范围一般为900～1150℃，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1050～1100℃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1050～1150℃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（1080～1150℃）。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(15×25cm)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CF－8（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20Cr－8Ni－3.5Mo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CF—8M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；1939～1941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50～80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1~12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3—5%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2.1.11Cr18Ni9Ti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15K/mm时δ、γ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。2.1.21Cr18Ni9Ti的锻造处理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HRC53～56,简单锻件取HRC61～63;锤上用取HRC40～47，水压机用取HRC47～55。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（200～2500℃）。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（0.3～0.5mm/min），到920℃时可快速加热，当温度达到1150～1200℃时，钢的塑性较高，温度高于1300℃会发生过烧。c锻造。始锻温度1100～1150℃，终锻温度850～920℃;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900～950℃后再切边。f锻后冷却。小锈钢无475℃脆性，但有碳化合物和σ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1200～2700℃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2200℃左右，气氛(N2,Ar)中，可达3000℃。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1/n+n。虽然板的数量越多，热损失越小，但从经济上考虑，一般以5～6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2200℃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C/C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13.3-1330Pa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，但保温性能好。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。2.2.2真空热处理炉设计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2.4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2.5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2.4海斯炉简介图2.5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2～3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2～3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，工件在冷却的同时，就能把下一炉工件装入加热室，这不仅可以提高工作效率，还可以提高热能利用率。一般的三室真空炉就是半连续式的炉子。它是由加热室、预备室和冷却室三个真空容器组成的。海斯公司1981年研制成的半连续式真空炉只有加热室、冷却空，预备室也能完成三室炉的工作。在通常的真空炉中，由于加.热室不能暴露在大气中，所以必须有准备室，而且准备室也必须介入真空。而“海斯”公司研制的真空炉因其加热室是由抗氧化的材料构成。即使在热态中也能暴露在空气中，所以工件可由加热室装炉，到需要的温度后转移到冷却室进行冷处理。工件离开加热室后，下一炉工件又可装入。前一炉工件冷却好后由冷却室出炉。这样，双室炉就能完成连续真空热处理工作。，当然两室之间必不可少的要设置真空隔热门。（3）连续式真空热处理炉随着人们对真空热处理优越性的认可及其广泛的应用出现了连续式真空热处理炉，见图2.6。这种炉子由预备室、加热室、冷却室组成。加热室内可装入几个料筐。把装载的料筐装入预备室，由预备室的推进桃构把料筐推入加热室，并向前推动加热室内正在加热的料筐，加热后的料筐靠牵引机构拉到冷却窒。加热室可同时放人三个料筐，每个筐料为120kg连续处理时，升温时间为1.5小时，每30分钟就可以从加热室内出一筐料。它与装炉360kg的间歇式炉子相比，后者每三小时一炉，所以连续式比间歇式效率高出一倍。连续炉因在单独的冷却室冷却工件，比间歇炉在加热室冷却工作条件要好的多，不仅效率高而且质量也好。连续炉还应包括清洗槽、回火炉等一系列连续热处理设备，并可实现全自动程序。连续式气冷炉在零件、粉末高速钢的烧结和淬火复合热处理等新领域中正在得到广泛的应用。图2.6真空热处理炉生产线（4）加压气淬真空热处理炉早期的气冷真空炉是单室型的，只能在加热室内进行冷却，它的缺点是件冷却速度缓慢，此时不仅需要冷却_工件，而且加热室也同时被冷却下来，所以冷却时间要长一些。在双室型气冷真空炉中，就把加热室和冷却室分开了，它与单室炉项比，占地向积大，价格要高。为了克服上述缺点，又研制出如图2.7所示的单室外循坏式气淬真空炉，这种炉于一方而增加冷却气体的循环量，一方而又增加了热交换器，目的在于提高冷却速度。以前的单室炉冷却风扇和热交换器都是安装在加热室的上部或下部，此时炉内部的容量较小，这种炉子通常就叫内循环式的炉子，也就址说冷却气体只在炉壳内部循环。后来在炉体后部安装了大容量风机，热交换器和外循环管道，使冷却气体通过管道做炉外循环，来增加冷却速度。这种炉子又叫外循环式炉子，目丽在美国，外循坏和内循坏的气洋炉应用都较普遍，两者各有所长。图2.7一室式气冷却炉VCH型2.3奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的固溶处理与稳定化处理2.3.1奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的固溶处理固溶处理是把铬镍奥氏体不锈钢加热到1050-1100℃，保温一定时间，然后快速冷却到427℃以下，获得均匀的奥氏体组织，这种方法称为固溶处理。这样出来的奥氏体不锈钢，其硬度和强度降低二塑性较好，具有良好的耐腐蚀性和良好的高温性能[7]。由于含有较高的镍且在室温下呈奥氏体单相组织，所以它与Cr13不锈钢相北具有高的耐蚀性，在低温、室温及高温下均有较高的塑归和韧性，以及较好的冷作成型和焊接性。但室温下的强度较低，晶间腐蚀及应力腐蚀倾向较大，切削加工性较差。奥氏体在加热时无相变,因此不能通过热处理强化。只能以提高钢的耐腐蚀性能进行热处理：固溶处理；其目的是使碳化物充分溶解并在常温下保留在奥氏体中，从而在常温下获单相奥氏体组织，使钢具有最高的耐腐蚀性能。固溶处理的加热温度一般均较高，在1050-1100℃之间，并按含碳量的高低作适当调整。由于18-8不锈钢导热性很差，不仅要通过预热后再进行淬火加热,而且在固溶处理(淬火加热)时的保温时间要长。固溶处理时，要特别注意防止增碳。因为增碳将会增加18-8钢的晶间腐蚀倾向。冷却介质,一般采用清水。固溶处理后的组织一般是单相奥氏体,但对含有钛、铌、钼的不锈钢，尤其当是铸件时还含有少量的铁素体。固溶处理后的硬度一般在135HBS左右。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，这一处理过程即为固溶处理。表2.2为奥氏体不锈钢的参考退火温度。表2.2奥氏体不锈钢的参考退火温度中国GB4237美国AISIASTM日本JIS-G4303退火温度/0Cr18Ni9304SUS3041010-112000Cr18Ni9304LSUS304L1010-11500Cr17Ni12Mo236SUS361010-112000Cr17Ni12Mo2316LSUS316L1010-1150Y1Cr18Ni9303SUS3031050-11500Cr18Ni11Ti321SUS321920-1170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，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1.5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[8]。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（700-800℃）导热率才有提高。所以，对十断面大的奥氏体不锈钢都需要预热到700-800℃，然后再快速升温，对十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，美国阿姆科公司曾制定过一个经典的加热时间表(见表2.3、表2.4)。由十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，对十有特殊要求的不锈钢，可采用光亮退火形式进行热处理。表2.3奥氏体不锈钢固溶处理保温时间厚度mm<1.61.6-3.23.2-12.712.7-25.4>25.4保温时间min515306060表2.4奥氏体不锈钢固溶处理保温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问6.350.5h10-20min6.35-25．40.75h0.5h25.4-511.25h0.5-1h51-761.75h0.5-1h76-1002.25h0.5-1h为防止已固溶的碳化物析出，冷却速度也很重要，特别是在600-700℃时，碳化物析出较多发生敏化，所以必须进行快速冷却。由十奥氏体不锈钢导热率低，对十断面较大的材料，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等兀素的稳定化奥氏体不锈钢，因为Ti、Nb等兀素对碳亲和力较大，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[9]。2.3.2奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的稳定化处理稳定化处理，为了防止钛和铌的奥氏体不锈钢在焊接或固溶处理时，由于TiC和NbC减少而引起耐晶间腐蚀性能降低,需将这种不锈钢加热到一定温度后(该温度使铬的碳化物完圣溶于奥氏体，而TiC和NbC只部分溶解)再缓冷。在冷却过程中,使钢中的碳充分地与钛和铌化合,析出稳定的TiC和NbC，而不析出铬的碳化物，从而消除18-8奥氏体不锈钢的晶间腐蚀倾向,这种处理过程称之为稳定化处理。18-8不锈钢稳定化退火,一般是加热到850-880℃，保温2-6h，随后进行空冷或炉冷。为使工件在长期服役的条件下形状和尺寸变化能够保持在规定范围内的热处理。对于预应力钢材，稳定化处理的作用是将钢丝中的大部分残余应力消除，使绞线结构稳定，切断时不松散，弹性极限提高，在长期保持张力下服役时应力损失（松弛）较低。根据理论研究，含钛或含铌的奥氏体不锈钢的一种提高抗晶间腐蚀能力的热处理方法。在奥氏体不锈钢冶炼时加入数倍于含碳量的钛或铌元素，可在形成Cr23C6之前优先形成钛或铌的碳化物，这些碳化物几乎不固溶于奥氏体中。在焊接从高温冷却时，即使经过易析出Cr23C6的敏化温度区间(850～450℃)时也不会沿晶界大量析出Cr23C6，从而大大提高了抗晶间腐蚀的能力。为了使钢达到最大的稳定度，还应作稳定化处理，即将构件加热至900℃使Cr23C6充分溶解到奥氏体中，而此时让钛和铌充分形成非常稳定的碳化钛和碳化铌。然后在空气中冷却，即使经过敏化温度时，也无Cr23C6在晶界析出。经稳定化处理后的奥氏体不锈钢便大大降低了晶间腐蚀的可能性。奥氏体不锈钢的抗晶界腐蚀稳定化处理具体稳定化处理在生产实际中应用是很普遍的，它对不锈钢的晶间腐蚀的倾向影响很大[10]。有些零件用1Cr18Ni9Ti钢制造，毛坯厚度60mm，而且需经晶界腐蚀试验证明无晶界腐蚀倾向。开始时，我厂有关部门将此材料的热处理找外单位协作热处理，采用了1070℃的固溶处理，其金相组织为奥氏体。但经650℃保温1小时(敏化处理)晶界处有大量的(Cr，Fe)23C6富集(图2.8)。我们通过扫描电镜、波谱仪的浓度曲线证明：晶界处确有大量析出物存在(图2.9)。这是由于根据Cr与Ti在周期表中的位置Cr的原子半径比Ti的原子半径小，因而扩散所需的激活能也小，扩散系数随增之大。根据扩散第一定律：Cr的扩散能力较Ti强，再则，由于含钛相对于含铬来说要少得多，所以部分(Cr，Fe)23C6仍可能析出，而使晶界两侧贫铬，从而经嘴蚀试验后使表面出现晶界腐蚀(图2.10)。由此可见，1070℃的固溶处理不能达到预期的目的[11]。在外协工厂无法解决这个难题情见下，我厂将已经1070℃固容处理灼不锈钢毛坯运回厂，由我室成立攻关小组进行攻关。按照上述分沂，首先要解决(Cr，Fe)23C6在敏化温度析出「于晶界约问题。根据(Cr，Fe)23C6与TiC的溶解度曲线(图2.11)，对于一定含碳量的不锈俐必定存在TiC溶解温度T及溶解温度Ta，在T1与T2之间时，(Cr，Fe)23C6溶解于T2中，C与Ti化合成TiC以很高的弥散度析出。这样，在敏化温度时已没有C可与Cr化合，因而在晶界上不可能再因(Cr，Fe)18C6。的析出而富集Cr，从面导致晶内的贫铬，即把铬稳定在奥氏体晶内，所以称之谓稳定化处理。关键是如何确定T1与T2。从而选择稳定化温度。图2.8奥氏体不锈钢晶间贫铬现象图2.9奥氏体不锈钢晶间贫铬现象由于缺少热力学数据及没有高温电阻仪，无法通过热力学计算或实验对某一含碳量的不锈钢进行临界点T1与T2的测定，只能通过试验的方法获得一个最佳温度。选择了如下的一系列温度进行试验：820℃、850℃、880℃、920℃、940℃和980℃，对每一温度下的试样均经敏化处理后(650℃1小时)，再在沸腾的硫酸和硫酸铜铜屑溶液中保持24小时，取出后进行90°弯曲试验，观察其表面晶界腐蚀倾向[12]。对于难判断的试样，还进行了金相观察发现920℃，940℃的试样无晶界腐蚀倾向。经金相观察，晶界处没有发现有(Cr，Fe)23C6富集。880℃的试样略有轻微的晶界腐蚀倾向。经扫描电镜波谱仪作浓度曲线，晶界处含铬量没有变化，可见没有贫铬现象产生。其它加热温度的试样均有严重的晶界腐蚀，其原因是由于加热温度过低时(Cr，Fe)23C6没有溶解在奥氏体中，反而从奥氏体中析出于晶界上，造成晶内贫铬现象，加热温度过高时，虽热碳化物都溶解于奥氏体中，即使用快冷的方法得到全部奥氏体，碳化物没有析出，但在敏化温度650℃1小时时，由于第一节中所述的原因，(Cr，Fe)23C6仍将析出于晶界造成贫铬，导致晶界腐蚀。图2.10奥氏体不锈钢晶间贫铬现象最后对已经过1070℃固溶处理的毛坯再在920℃保温3小时(稳定化处理)，此正好处于T1与T2之间，℃从而达到了使(Cr，Fe)23C6溶解于奥氏体中，几乎所有的C与Ti化合成TiC析出，不可能产生贫铬现象，也就不可能产生晶界腐蚀倾向。经上海钢铁研究所鉴定无晶界腐蚀倾向。还有一些不锈钢毛坯是否一定要经1070℃固溶处理后再920℃稳定化处理，因为经1070℃固溶处理后的晶粒度明显长大，达4级，这就给机械性能特别有塑性、韧性指标带来不利的影响。把其它