不锈钢热处理知识.docx
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不锈钢热处理知识
敏化处理:
18-8钢系列的奥氏体不锈钢在450℃~850℃(此区间常称为敏化温度)短时间加热,使其具有晶间腐蚀倾向。
这是因为碳在奥氏体不锈钢中的溶解度与温度有很大影响。
奥氏体不锈钢在经400℃~850℃的温度范围内(敏化温度区域)时,会有高铬碳化物(Cr23C6)析出,当铬含量降至耐腐蚀性界限之下,此时存在晶界贫铬,会产生晶间腐蚀,严重时材料能变成粉末。
该方法一般只在不锈钢晶间腐蚀试验时采用。
(2)固溶热处理:
将奥氏体不锈钢加热到1100℃左右,使碳化物相全部或基本溶解,碳固溶于奥氏体中,然后快速冷却至室温,使碳达到过饱和状态(碳已经稳定了,没有能力和机会与铬形成高铬碳化物)。
不同的不锈钢固溶化的温度烧有不同, 304,316等奥氏体不锈钢一般是1050℃,奥氏体-铁素体双相不锈钢要高一点,可到1150℃.
固溶热处理:
将奥氏体不锈钢加热到1100℃左右,使碳化物相全部或基本溶解,碳固溶于奥氏体中,然后快速冷却至室温,使碳达到过饱和状态(碳已经稳定了,没有能力和机会与铬形成高铬碳化物)。
这种热处理方法为固溶热处理。
固溶热处理中的快速冷却似乎象普通钢的淬火,但此时的‘淬火’与普通钢的淬火是不同的,前者是软化处理,后者是淬硬(形成马氏体)。
后者为获得不同的硬度所采取的加热温度也不一样,但没到1100℃。
我是搞火电的,回答可能不太全面,谁知道的可以继续补充。
在电厂中,奥氏体不锈钢管进行冷弯加工,容易产生形变诱发马氏体相变(很拗口,其实就是产生了马氏体),容易引起耐蚀性的下降。
ASME标准规定,当加工量超过一定量时就必须进行固溶处理
(3)稳定化处理:
为避免碳与铬形成高铬碳化物,在奥氏体钢中加入稳定化元素(如Ti和Nb),在加热到875℃以上温度时,能形成稳定的碳化物。
这是因为Ti(或Nb)能优先与碳结合,形成TiC(或NbC),从而大大降低了奥氏体中固溶碳的浓度(含量),起到了牺牲Ti(或Nb)保护Cr的目的。
含Ti(或Nb)的奥氏体不锈钢(如:
1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9Nb)经稳定化处理后比进行固溶热处理更具有良好的综合机械性能。
稳定化处理:
为避免碳与铬形成高铬碳化物,在奥氏体钢中加入稳定化元素(如Ti和Nb),在加热到875℃以上温度时,能形成稳定的碳化物(由于Ti和Nb能优先与碳结合,形成TiC或NbC),大大降低了奥氏体中固溶碳的浓度(含量),从而起到了牺Ti和Nb保Cr的目的。
经稳定化处理比进行固溶热处理的奥氏体不锈钢,具有更好的综合机械性能。
(4)所以,有晶间腐蚀倾向的奥氏体不锈钢应进行固溶热处理或稳定化处理
不锈钢材料常识
1.什么是不锈钢?
不锈钢是在普通碳钢的基础上,加入一组铬的质量分数(wCr)大于12%合金元素的钢材,它在空气作用下能保持金属光泽,也就是具有不生锈的特性。
这是由于在这类钢中含有一定量的铬合金元素,能使钢材表面形成一层不溶解于某些介质的坚固的氧化薄膜(钝化膜),使金属与外界质隔离而不发生化学作用。
在这类钢中,有些除含较多的铬(Cr)外,还匹配加入较多的其他合金元素,如镍(Ni),使之在空气中、水中、蒸汽中、都具有很好的化学稳定性,而且在许多种酸、碱、盐的水溶液中也有足够的稳定性,甚至在高温或低温环境中,仍能保持其耐腐蚀的优点。
2.不锈钢分类方法有几种?
按主要化学组成分铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等;也可以以性能特点分成耐酸不锈钢和耐热不锈钢等;通常以金相组织进行分类。
按金相组织分为:
铁素体(F)型不锈钢、马氏体(M)型不锈钢、奥氏体—铁素体(A—F)型双相不锈钢、奥氏体—马氏体(A—M)型双相不锈钢和沉淀硬化(PH)型不锈钢。
(1)铁素体型不锈钢F铁素体具有磁性,它的内部显微组织为铁素体,其铬的质量分数在11.5%~32.0%范围内。
但是碳的含量极低<0.2%,不可淬火。
随着铬含量的提高,其耐酸性也提高,加入钼(Mo)后,则可提高耐酸腐蚀性和抗应力腐蚀的能力。
(2)马氏体型不锈钢M其显微组织为马氏体,马氏体不锈钢同样也具有磁性,这类钢中铬的质量分数为11.5%-18.0%但碳的质量分数最高达0.6%。
碳含量增高,提高了钢的强度和硬度。
在这类钢中加入的少量镍可以促使生成马氏体,同时又能提高其耐蚀性。
这类钢具有一定的耐蚀性和较好的热稳定性以及热强性,可以作为温度低于700℃以下长期工作的耐热钢使用。
它广泛用来制造对韧性和冲击韧度要求较高的零件,如汽轮机的叶片、内燃机排气阀和医疗器械。
(3)奥氏体型不锈钢F其显微组织为奥氏体,它是在高铬不锈钢中(17—26%)添加适当的镍(镍的质量分数为8%-25%)而形成的,具有奥氏体型不锈钢不能利用热处理使晶粒细化,也不能经过淬火来提高其硬度。
这类钢的冷加工硬化程度高,通常没有磁性,经过冷作可在钢内析出少量铁素体或马氏体的组织,会出现少量磁性。
奥氏体型的钢板的综合性能最好,既有足够的强度,又有极好的塑性同时硬度也不高,这也是它们被广泛采用的原因之一。
奥氏体型不锈钢同绝大多数的其它金属材料相似,其抗拉强度、屈服强度和硬度,随着温度的降低而提高;塑性则随着温度降低而减小。
其抗拉强度在温度15~800范围内增大较快,温度进一步降低时则变化缓慢,而屈服强度有增长是较为均匀的。
更重要的是:
随着温度的降低,其冲击韧度减少缓慢,并不存在脆性转变温度。
(4)其他特殊材料的应用领域开发出特殊材料。
例如:
所说的奥氏体一铁素体型双钢,
其显微组织为奥氏体加铁素体。
它含有18-25%的铬,4-7%的镍以及4%的钼。
镍、镍-铜、镍-铬以及其他以镍-铬为基础的特殊不锈钢也属于此类。
此类特殊材料具有特殊的特性,有固定的材料名称,如ronifer,Nikrofer,AIIoy,ferrotherm,HasteIIoy,IncoIoy,InconeI,MoneI。
这些材料也有属材料号及其化学成份。
3.中国与世界各地区不锈钢钢号近似对照
No.
中国GB
中国台湾GNS
日本JIS
韩国KS
印度IS
美国
加拿大CSA
墨西哥DGN
澳大利亚AS
ASTM
UNS
奥氏体型不锈钢
1
1Cr17Mn6Ni5N
201
SUS201
STS201
10Cr17Mn6N4N20
201
S20100
201
--
201--2
2
1Cr18Mn8Ni5N
202
SUS202
STS202
202
S20200
202
--
--
3
1Cr17Ni7
301
SUS301
STS301
10Cr17Ni7
301
S30100
301
--
301
4
1Cr18Ni9
302
SUS302
STS302
302
S30200
302
302
302
5
Y1Cr18Ni9
303
SUS303
STS303
303
S30300
303
303
303
6
Y1Cr18Ni9Se
303Se
SUS303Se
STS303Se
303Se
S30323
303Se
303Se
--
7
0Cr19Ni9
(0Cr18Ni9)
304
SUS304
STS304
07Cr18Ni9
304
304II
S30400
304
304
304
8
00Cr19Ni10
(00Cr18Ni10)
304L
SUS304L
STS304L
02Cr18Ni11
304L
S30403
304L
--
304L
9
0Cr19Ni19N
304N1
SUS304N1
STS304N1
--
304N
S30451
--
--
--
10
0Cr19Ni10NbN
304N2
SUS304N2
STS304N2
--
XM21
S30452
--
--
--
11
00Cr18Ni10N
304LN
SUS304LN
STS304LN
--
304LN
S30453
--
--
--
12
1Cr18Ni12
(1Cr18Ni12Ti)
305
SUS305
STS305
--
305
S30500
305
305
--
13
0Cr23Ni13
309S
SUS309S
STS309S
--
309S
S30908
309S
309S
--
14
0Cr25Ni20
(1Cr25Ni20Si2)
310S
SUS310S
STS310S
--
310S
S31008
310S
310S
310S
15
0Cr17Ni12Mo2
316
SUS316
STS316
04Cr17Ni12Mo2
316
S31600
316
316
316
16
0Cr18Ni12MoTi
--
--
04Cr17Ni12Mo2Ti20
316Ti
S31635
--
--
316Ti
17
00Cr17Ni14Mo2
316L
SUS316L
STS316L
02Cr17Ni12Mo2
316L
S31603
316L
--
316L
18
0Cr17Ni12Mo2N
316N
SUS316N
STS316N
--
316N
S31651
--
--
--
19
00C17Ni13Mo2N
316LN
SUS316LN
STS316LN
--
316LN
S31653
--
--
--
20
0Cr18Ni12Mo2Cu2
316J1
SUS316J1
STS316J1
--
--
--
--
--
--
21
00Cr18Ni14Mo2Cu2
316J1L
SUS316J1L
STS316J1L
--
--
--
--
--
--
22
0Cr19Ni13Mo3
317
SUS317
STS317
--
317
S31700
317
317
317
23
1Cr18Ni12MoTi
--
--
--
--
--
--
--
--
--
304不锈钢;
C≤0.08Cr18.0~20.0Ni8.00~10.50
屈服强度(N/mm2)≥205
抗拉强度≥520
延伸率(%)≥40
硬度HB≤187HRB≤90HV≤200
密度7.93g·cm-3
比热c(20℃)0.502J·(g·C)-1
热导率λ/W(m·℃)-1(在下列温度/℃)
20100500
12.116.321.4
线胀系数α/(10-6/℃)(在下列温度间/℃)
20~10020~20020~30020~400
16.016.817.518.1
电阻率0.73Ω·mm2·m-1
熔点1398~1420℃
316L不锈钢
C≤0.03Ni12.00~15.00Mo≥175Mn<=2.0
Si<=1.0Cr16--18Mo1.8-2.5S<=0.030P<=0.035
屈服强度(N/mm2)≥480
抗拉强度延伸率(%)≥40
硬度HB≤187HRB≤90HV≤200
密度7.87g·cm-3
比热c(20℃)0.502J·(g·C)-1
热导率λ/W(m·℃)-1(在下列温度/℃)
100300500
15.118.420.9
线胀系数α/(10-6/℃)(在下列温度间/℃)
20~10020~20020~30020~40020~500
16.017.017.517.818.0
电阻率0.71Ω·mm2·m-1
熔点1371~1398℃
回答
1)现在最常用的两种不锈钢304,316(或对应于德/欧标的1.4308,1.4408),316与304在化学成分上的最主要区别就是316含Mo,而且一般公认,316的耐腐蚀性更好些,比304在高温环境下更耐腐蚀。
所以在高温环境下,工程师一般都会选用316材料的零部件。
但所谓事无绝对,在浓硫酸环境下,再高温度也千万别用316!
不然这事可就出大了。
学机械的人都学过螺纹,还记得为了防止在高温情况下螺纹咬死,需要涂抹的一种黑乎乎的固体润滑剂吧:
二硫化钼(MoS2),从它就得出了2点结论不是:
[1]Mo确实是一种耐高温的物质(知道黄金用什么坩埚熔吗?
钼坩埚!
)。
[2]:
钼很容易和高价硫离子反应生成硫化物。
呵呵,所以没有任何一种不锈钢是超级无敌耐腐蚀的。
说到底,不锈钢就是一块杂质(不过这些杂质可都比钢更耐腐蚀^^)较多的钢,是钢就可以和别的物质反应。
2)304及316表示的是不锈钢
3)第一个数字3表示钢类为镍铬奥氏体钢
4)后两位数字表示序号
5)具体钢材成分可见《ASME锅炉及压力容器规范II材料A篇铁基材料》(上册)P434
316和317不锈钢(317不锈钢的性能见后)是含钼不锈钢种。
317不锈钢中的钼含量略高明于316不锈钢.由于钢中钼,该钢种总的性能优于310和304不锈钢,高温条件下,当硫酸的浓度低于15%和高于85%时,316不锈钢具有广泛的用途。
316不锈钢还具有良好的而氯化物侵蚀的性能,所以通常用于海洋环境。
316L不锈钢的最大碳含量0.03,可用于焊接后不能进行退火和需要最大耐腐蚀性的用途中。
耐腐蚀性
耐腐蚀性能优于304不锈钢,在浆和造纸的生产过程中具有良好的耐腐蚀的性能。
而且316不锈钢还耐海洋和侵蚀性工业大气的侵蚀。
耐热性在1600度以下的间断使用和在1700度以下的连续使用中,316不锈钢具有好的耐氧化性能。
在800-1575度的范围内,最好不要连续作用316不锈钢,但在该温度范围以外连续使用316不锈钢时,该不锈钢具有良好的耐热性。
316L不锈钢的耐碳化物析出的性能比316不锈钢更好,可用上述温度范围。
热处理
在1850-2050度的温度范围内进行退火,然后迅速退火,然后迅速冷却。
316不锈钢不能过热处理进行硬化。
焊接
316不锈钢具有良好的焊接性能。
可采用所有标准的焊接方法进行焊接。
焊接时可根据用途,分别采用316Cb、316L或309Cb不锈钢填料棒或焊条进行焊接。
为获得最佳的耐腐蚀性能,316不锈钢钢的焊接断面需要进行焊后退火处理。
如果使用316L不锈钢,不需要进行焊后退火处理。
典型用途纸浆和造纸用设备热交换器、染色设备、胶片冲洗设备、管道、沿海区域建筑物外部用材料。
6) 奥氏体不锈钢中的碳在奥氏体晶粒中的溶解度与温度有很大关系。
奥氏体不锈钢在400℃~850℃的温度范围内(敏化温度区域)时使用,会有高铬碳化物(Cr23C6)在晶界析出,导致奥氏体晶界的铬含量降低,从而导致晶界区域的耐蚀性降低,因此奥氏体不锈钢一般存在晶间腐蚀倾向。
为了防止奥氏体不锈钢的晶间腐蚀,因此对奥氏体不锈钢应进行固溶热处理或稳定化处理。
7) 固溶热处理:
将奥氏体不锈钢加热到1050℃以上,使碳化物相全部或基本溶解在奥氏体晶粒中,即碳固溶于奥氏体中,然后快速冷却至室温,使碳达到过饱和状态(碳已经稳定了,没有能力和机会与铬形成高铬碳化物)。
这种热处理方法为固溶热处理。
8) 固溶热处理中的快速冷却似乎象普通钢的淬火,但此时的‘淬火’与普通钢的淬火是不同的,前者是软化处理,后者是淬硬(形成马氏体)。
后者为获得不同的硬度所采取的加热温度也不一样,但没到1050℃。
9) 稳定化处理:
为避免碳与铬形成高铬碳化物,在奥氏体钢中加入稳定化元素(如Ti和Nb),在加热到875℃以上温度时,能形成稳定的碳化物(由于Ti和Nb能优先与碳结合,形成TiC或NbC),大大降低了奥氏体中固溶碳的浓度(含量),从而起到了牺Ti和Nb保Cr的目的。
10) 经稳定化处理比进行固溶热处理的奥氏体不锈钢,具有更好的性能。
11)注意稳定化处理的不锈钢和固溶处理的不锈钢牌号是不同的。
经过稳定化处理的不锈钢国内一般使用321,固溶处理的不锈钢国内一般使用0Cr18Ni9。
稳定化处理。
一般是在固溶处理后进行,常用于含Ti、Nb的18-8钢,固处理后,将钢加热到850~880℃保温后空冷,此时Cr的碳化物完全溶解,脱而钛的碳化物不完全溶解,且在冷却过程中充分析出,使碳不可能再形成铬的碳化物,因而有效地消除了晶间腐蚀。
是针对含Ti或Nb的奥氏体不锈钢而言的。
一般在奥氏体不锈钢中加入与C的亲和力较大的Ti或Nb,从而消除晶界的贫Cr区,避免晶间腐蚀的发生。
但奥氏体不锈钢经过固溶处理(目的是形成均一的奥氏体组织,从而提高不锈钢的耐酸蚀能力)后,Ti或Nb和Cr都溶入了奥氏体中,以后在经受400-800℃温度范围内的加热后,因为Ti或Nb的含量很少,而且扩散速度又慢,所以Cr碳化物的析出仍然优先,所以Ti和Nb起不到防止贫Cr的作用。
因此一般进行稳定化处理,就是在固溶处理后进行一次类似正火的处理,温度需要在Cr碳化物的溶解温度之上,Ti或Nb碳化物的溶解温度之下,而且又是Ti或Nb析出强烈的温度范围。
12)
13)
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