不鏽鋼從20世紀(jì)初發(fā)明至今不足百年的時(shí)間，但其發(fā)展和應(yīng)用的勢(shì)頭卻異常迅猛。特別是從20世紀(jì)60年代末以來(lái)，全世界不鏽鋼的產(chǎn)量基本保持年均4％的增長(zhǎng)率，不鏽鋼的應(yīng)用範圍逐步擴大到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。不鏽鋼之所以能得到如此迅猛的發(fā)展，一個(gè)重要的因素是其具有耐蝕、耐熱性。 不鏽鋼熱處理工藝的優(yōu)劣對(duì)不鏽鋼的耐蝕、耐熱性有很大影響，而且對(duì)不鏽鋼的加工性能起著決定性的作用。因此，不鏽鋼的熱處 理工藝在不鏽鋼的生產(chǎn)過(guò)程中一直處於十分重要的地位。
1.不鏽鋼熱處理的特點(diǎn)
不鏽鋼的熱處理是為了改變其物理性能、力學(xué)性能、殘餘應(yīng)力及恢復由於預先加工和加熱受到嚴(yán)重影響的抗腐蝕能力，以便得到不鏽鋼的最佳使用性能或者使不鏽鋼能夠進(jìn)行進(jìn)一步的冷、熱加工。所謂的熱處理就是針對(duì)不同組織、不同類(lèi)型的不鏽鋼進(jìn)行相應(yīng)的退火、淬火與回火、正火等處理。
不鏽鋼是一種特殊的鋼種，鋼中的鎳、鉻含量很高，由於鎳、鉻等合金化元素的存在，其熱處理具有普通鋼熱處理所不具備的特點(diǎn)：
加熱溫度較高，加熱時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)。
- 不鏽鋼的導(dǎo)熱率低，在低溫時(shí)溫度均勻性差。
- 奧氏體型不鏽鋼高溫膨脹較嚴(yán)重。
- 爐內(nèi)氣氛控制很重要，要防止出現(xiàn)滲碳、滲氮及脫碳和過(guò)氧化現(xiàn)象。
- 不鏽鋼的表面光澤對(duì)產(chǎn)品的使用及價(jià)格有決定性的影響，熱處理時(shí)產(chǎn)生的氧化 鐵皮，將嚴(yán)重影響表面光澤。
- 要確保避免不鏽鋼表面的劃(huà)傷及防止熱處理時(shí)產(chǎn)生變形。不鏽鋼按其組織可以分為奧氏體、馬氏體和鐵素體三類(lèi)（此外還有沉澱硬化型、鐵素體奧氏體型等），這三類(lèi)不鏽鋼的熱處理無(wú)論是處理方法還是目的都不盡相同。
①奧氏體型不鏽鋼
這類(lèi)不鏽鋼應(yīng)用最廣(guǎng)泛，使用量也最大。其特點(diǎn)是在常溫下為奧氏體組織，不發(fā)生相變，不能通過(guò)熱處理使其硬化，但可以用冷加工進(jìn)行硬化。常用熱處理方法是固溶處理。
②鐵素體型不鏽鋼
這類(lèi)不鏽鋼一般沒有 ν-α 轉(zhuǎn)變，在高溫和常溫下都是鐵素體組織，沒有相變。但是當(dāng)鋼中含有一定量的碳、氮等奧氏體形成元素時(shí)，在高溫下也能形成奧氏體組織，此類(lèi)鋼不能通過(guò)熱處理使之強(qiáng)化，只能進(jìn)行退火處理，消除內(nèi)應(yīng)力，便於進(jìn)一步加工。
③馬氏體型不鏽鋼
這類(lèi)不鏽鋼有明顯的相變點(diǎn)，在高溫下為奧氏體組織，冷卻時(shí)可以發(fā)生馬氏體相變，轉(zhuǎn)變為馬氏體組織而硬化。因為其含鉻高，淬透性好，可以採用淬火、回火等多種熱處理方法。
本文就應(yīng)用較為廣(guǎng)泛的三類(lèi)不鏽鋼分別論述其熱處理方法及特點(diǎn)。
2.奧氏體不鏽鋼
奧氏體不鏽鋼的代表鋼種是18-8 鋼（304），因為是奧氏體組織，所以具有無(wú)磁性 且沒有淬硬性等特點(diǎn)。由於該鋼種不發(fā)生相變，其熱處理就是加熱到高溫（一般在1000℃以上），奧氏體再結(jié)晶的同時(shí)，使在加工中產(chǎn)生的碳化物和相分解物固溶到奧氏體中，然後快速冷卻，使碳呈固溶狀態(tài)的奧氏體保持到常溫，這―處理過(guò)程即為固溶處理。
奧氏體不鏽鋼加熱溫度主要是依據(jù)碳化物的固熔速度而確定的，有資料指出像 304鋼的碳化物在 1065℃時(shí)固溶需要3分鐘，在 1176℃需要 1.5分鐘，在1000℃則需要長(zhǎng)達(dá)10分鐘。從這個(gè)角度而言，加熱溫度越高越好，但加熱溫度偏高同時(shí)又可能引起晶粒過(guò)分長(zhǎng)大、氧化鐵皮增厚等缺陷。因為奧氏體型不鏽鋼無(wú)法通過(guò)相變來(lái)細(xì)化晶粒，如果晶粒過(guò)大，會(huì)使材料的抗拉強(qiáng)度明顯下降。
就加熱時(shí)間而言，不鏽鋼的導(dǎo)熱率低（特別是在低溫時(shí)），升到高溫後（700―800℃） 導(dǎo)熱率才有提高。所以，對(duì)於斷面大的奧氏體不鏽鋼都需要預熱700～800℃，然後再快速升溫，對(duì)於斷面小的奧氏體不鏽鋼（如帶鋼）如果升溫速度過(guò)慢，碳化物會(huì)充分析出，就會(huì)導(dǎo)致固溶時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，美國(guó)阿姆科公司曾制定過(guò)一個(gè)經(jīng)典的加熱時(shí)間表。 由於不鏽鋼中的鉻形成的鉻基氧化物在酸洗中較難去除，因此在熱處理時(shí)要控制鉻基氧化物的形成，對(duì)於有特殊要求的不鏽鋼，可採用光亮退火形式進(jìn)行熱處理。
為防止已固溶的碳化物析出，冷卻速度也很重要，特別是在 600～700℃時(shí)，碳化物析出較多而發(fā)生敏化，所以必須進(jìn)行快速冷卻。由於奧氏體不鏽鋼導(dǎo)熱率低，對(duì)於斷面較大的材料，無(wú)論怎樣快冷，中心部位的冷卻程度仍然很慢，往往因碳化物析出較多而發(fā)生敏化。所以在實(shí)際生產(chǎn)中，斷面較大的材料一般考慮採用加入Ti、Nb等元素的穩(wěn)定化奧氏體不鏽鋼，因為Ti、Nb 等元素對(duì)碳親和力較大，這類(lèi)穩(wěn)定化奧氏體不鏽鋼（如 321、347 等）可以不需要水淬或其它快速冷卻措施進(jìn)行快冷。
3.鐵素體不鏽鋼
鐵素體不鏽鋼是以鉻為主要合金元素，其含量為 12％～30％Cr。此類(lèi)鋼為單相組織，沒有相變，具有強(qiáng)磁性。其典型的代表鋼種是430。美國(guó)在 6 0 年代以降低不鏽鋼成本為目標(biāo)開(kāi)發(fā)的廉價(jià)不鏽鋼種 409，廣(guǎng)泛地應(yīng)用於汽車(chē)、摩託車(chē)的消音器和下水管道等，也是屬於鐵素體不鏽鋼這一類(lèi)。
該鋼種無(wú)淬透性，同奧氏體鋼一樣不能通過(guò)熱處理使其硬化，而且由於加熱引起的晶粒長(zhǎng)大比奧氏體鋼既快且晶粒度又大。因此在熱處理時(shí)為避免晶粒長(zhǎng)大以及發(fā)生奧氏體相變，加熱溫度不宜過(guò)高，―般退火最高加熱溫度不超過(guò)850℃。
鐵素體不鏽鋼在退火處理時(shí)，一定要縮短在 370～550℃溫度範圍內(nèi)的停留時(shí)間，特別是對(duì)於高鉻的鐵素體不鏽鋼。材料如果在此溫度範圍內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，很容易發(fā)生475℃脆性現(xiàn)象，即硬度增高，延伸率大幅下降，甚至為零，同時(shí)材料的耐蝕性也降低。有實(shí)驗(yàn)表明：27Cr鋼在475℃加熱100小時(shí)後，材料在常溫時(shí)的抗拉強(qiáng)度增加 50％，屈服強(qiáng)度增加 l50％，而延伸率為零。此外該鋼種的焊接性能差（焊縫熱影響區(qū)晶粒粗大且脆）。
4.馬氏體不鏽鋼
馬氏體不鏽鋼同前兩(liǎng)種不鏽鋼的特性明顯不同，顧名思義，就是從高溫奧氏體狀態(tài)快冷（淬火）轉(zhuǎn)變成馬氏體組織而成的。這類(lèi)不鏽鋼有明顯的相變點(diǎn)，可以通過(guò)淬火而硬化。而且因其含鉻高，淬透性好，回火時(shí)可以在較大範圍內(nèi)調(diào)整其強(qiáng)度和韌性，因此，馬氏體不鏽鋼既可以作結(jié)構(gòu)鋼用，也可以作工具鋼用。
馬氏體不鏽鋼作為工具鋼用時(shí)，處於淬火狀態(tài)。為進(jìn)行淬火，必須加熱升溫到臨界點(diǎn)以上，以便碳化物固溶到奧氏體中。在升溫使碳化物固溶時(shí)，因碳擴散速度較慢，為得到均勻的奧氏體組織，加熱溫度一般要比臨界點(diǎn)溫度高50℃以上，而且還必須有一定的保溫時(shí)間，以便使碳化物充分、均勻溶解。當(dāng)然，加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、加熱溫度過(guò)高會(huì)造成馬氏體組織不均勻，殘餘奧氏體組織增多，從而使材料內(nèi)部因膨脹差而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。
馬氏體鋼是熱裂紋敏感性鋼種，該鋼種在低溫時(shí)導(dǎo)熱率低，快速加熱時(shí)極易產(chǎn)生裂紋，因此在處理大斷面材料時(shí)，應(yīng)該先預熱，然後再快速升溫。
在作結(jié)構(gòu)鋼用時(shí)，應(yīng)在淬火的基礎(chǔ)上進(jìn)行回火（調(diào)質(zhì)狀態(tài)）。馬氏體不鏽鋼有回火脆性，回火溫度一般不應(yīng)低於 580℃。從回火溫度冷卻時(shí)，為避免回火脆性一般採用油冷；有時(shí)為了得到較高的屈服極限，也可以採用空冷，但這時(shí)結(jié)構(gòu)鋼的一個(gè)重要力學(xué)指標(biāo)衝擊值會(huì)下降。需注意的是馬氏體不鏽鋼在淬火後，應(yīng)儘快回火，如不能儘快回火，材料易產(chǎn)生裂紋。
5.沉澱硬化型不鏽鋼
奧氏體、鐵素體、馬氏體三類(lèi)不鏽鋼雖然應(yīng)用面較廣(guǎng)，但作為結(jié)構(gòu)鋼使用，還存在著一些難以克服的缺陷。奧氏體型不鏽鋼屈服強(qiáng)度較低，只有 200N/mm2 左右，不宜作為結(jié)構(gòu)鋼使用；而馬氏體不鏽鋼雖然可以通過(guò)淬火、回火等熱處理形式獲得較高的屈服強(qiáng)度，但其耐蝕性較差。對(duì)於那些要求最佳抗蝕性能與最大強(qiáng)度的用途，開(kāi)發(fā)出了新型的 Cr－Ni 不鏽鋼—沉澱硬化型不鏽鋼（也稱(chēng) PH 不鏽鋼）。
這種新型不鏽鋼的熱處理包括均勻化、完全退火、固溶熱處理、時(shí)效處理和轉(zhuǎn)變冷卻。其特點(diǎn)是：
- 完全退火狀態(tài)較軟，易於再加工。
- 通過(guò)適當(dāng)的時(shí)效處理可獲得要求的力學(xué)性能。
- 具有與同類(lèi)不鏽鋼一樣的耐蝕性，提高了抗應(yīng)力腐蝕斷裂的性能。
- 轉(zhuǎn)變冷卻適用於低於某溫度的冷卻。常用的沉澱硬化型不鏽鋼是馬氏體型，其 代表鋼種是 631（0Crl7Ni7A1）。該鋼種的熱處理是先進(jìn)行固溶處理，在材料 加熱到 1000～1100℃後快冷，然後根據(jù)不同的力學(xué)性能要求，在不同溫度下 進(jìn)行時(shí)效處理，如 621℃、565℃、510℃時(shí)效。
結(jié)束語
從以上分析可以看出，不鏽鋼的熱處理是比較複雜的，要根據(jù)不同鋼種的特點(diǎn)，採取不同的熱處理方式，才能夠滿(mǎn)足用戶(hù)不同的要求。
來(lái)源：軋鋼之家
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