不锈钢及其热处.ppt

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1、不锈钢及其热处理,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。,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。,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。,为便于说明问题，在今天的课程内容中，

2、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。,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。,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

3、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。,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

4、更稳定。,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。,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；,*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

5、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；,*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。,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

6、冷却到室温时，能获得的主要金相组织类型。,按这种分类方法，可把不锈钢分为五 类（考虑了热处理特性）。,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。,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

7、抗蚀能力，加入Ti、Nb 后具有较好的抗晶间腐蚀的能力,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，对于制作工具时，C可达，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。,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

8、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。,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

9、好的耐点蚀和缝隙腐蚀、应力腐蚀的 特点。,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。,（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,为达这一目的，要解决以下几个主要问题：1、相脆性*铁素体不锈钢极易生成相，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*相形成与成分

10、有关，除Cr外，Si、Mn、Mo等都促进相形成;还与加工过程有 关，尤其在540-815区间加热、停留，更促进相形成。但相形成是可逆的，重新加热到高于相形成温度会重新溶解 于固溶体中,2、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

11、失,3、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。,二、铁素体不锈钢热处理工艺,1、退火为了消除相、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C0.01，严格控制Si、Mn、S、P），退火加热温度可提高一些。,2、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。,（二）奥氏体不锈钢热处理,奥氏

12、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。,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0.0，室

13、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。,（2）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，都会促进相析出，使钢增加脆性和降低耐蚀性，消除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、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，

14、温度太高，也存在晶粒长大，降低耐蚀 性问题。,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,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,1、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，

15、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。,2、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C

16、r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。,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

17、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。,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,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

18、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。,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：*Ni-(Cr+1.5Mo-20)2/12-0.5Mn-35C-Cu-27N+15*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

19、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0.047C、0.42Mn、17.4Cr、8.38Ni的奥氏体钢，不同变形量的硬化效果见下表：,不同变形量的硬度变化,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。,（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（

20、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。,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。,2、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

21、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，如相、相，其降低耐蚀性，增加脆性，应予以消除。,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。,（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。,一、马氏体不锈钢淬火后的组织状态,依据化学成分不同0Cr13、1Cr1

22、3、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,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：b540N/mm2;s345N/mm2;25;55;AKU78J;HB160-20

23、0,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：b1500N/mm2;s900N/mm2;15;46;43-48HRC,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9 Cr18，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。,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

24、，*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。,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。,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

25、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;,(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。,2、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。,淬火加热温度选

26、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。,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

27、。,3、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。,*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

28、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。,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。,（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，

29、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。,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。,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

30、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。,沉淀硬化钢常分为以下几类：,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：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）,以其为例，介绍热处理过程：*PH17-4成分如下：（）C0.07;Ni:3-5;Cr:15.5-17.5;*Ms点约120；*Mz点约30,（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，

31、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。,GB1220标准中规定，不同时效温度时效后性能,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

32、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（）：C0.09;Cu0.5 Ni:6.5-7.5;Cr:16-18;Al：0.75-1.5;,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340

33、HB左右。,(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-738h，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,(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，b达1372 N/mm2，再经49

34、0时效，硬度达485HB，b达1850 N/mm2。,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。,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/T 6398）、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

35、，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。,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。,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

36、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%。,2、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：Ze

37、ron100: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，*b750N/mm2比一般提高25;*s550N/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。,3、沉淀硬化不锈钢 FV520：C：0.07;Cr：14-18;Ni：4-7;Mo:1-3;Ti0.5;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，b可达1640N/mm2;s可达1600N/mm2如此

38、高强度材料胜过马氏体不锈钢。,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、ZG2 Cr13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,加入1-2的Ni：a、减少了ZG1Cr13的铁素体含量，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

39、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。,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：*Y1Cr18Ni9 S0.15*Y1Cr17 S0.15*Y1Cr13 S0.15 但是当Cr13铸钢中加入的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。,5、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;C

40、r：12-14;Ni：;，可见，是在0 Cr13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。,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

41、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。,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。,淬火（正火）980-1020，空冷或油冷。为什么AC3低，淬火温度仍选9

42、80-1020，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）,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。,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。,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

43、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。,（2）扩散退火工艺：*加熱温度：12001300。*保温时间：一般按1.82.4min/mm，大装炉量 时应考虑透烧和充分保温。*冷却：2040/h。扩散退火适用于高碳钢。高合金钢。马氏体不锈钢。,2、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

44、度。其不能起到成分和组织均匀化的作用。,（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1.1-1.3 min/mm，大装炉量应 考虑透烧和充分保温。*冷却：炉冷或80100/h至600出炉适用于奥氏体钢外的钢种,3、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：1.3-1.5 min/mm。*冷却：缓冷

45、或空冷。适用于马氏体钢、珠光体钢。,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,（2）正火工艺*加热温度：AC3以上40-60。*保温时间：1.1-1.4 min/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、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

46、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：1.1-1.3 min/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。,3、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。,（2）主要工艺参数*加热温度：AC1-ACcm之间，一般为800-820。*保温时间：1.1-1.3 min/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：

47、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。,4、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：1.1-1.3 min/mm。*冷却：空冷或炉冷。适用于碳钢及低合金钢。,5、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：1.1-1.3 min/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。,三、冷轧材热处理,即在

48、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。,（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、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。,3、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。,谢谢!,