不銹鋼及其

熱處理不銹鋼及其

熱處理1第一部分不銹鋼相關知識一、不銹鋼定義及介定范圍

在我國GB/T13304《鋼的分類》標準中，按用途及使用特性分類方法規定，將不銹鋼、耐蝕鋼、耐熱鋼歸為一類，稱為“不銹、耐蝕和耐熱鋼”。但,嚴格說來，它們之間是有區別的。第一部分不銹鋼相關知識一、不銹鋼定義及介定范圍2按定義：

●不銹鋼是指在空氣中或接近中性

介質中，不產生銹蝕的鋼。

●耐蝕鋼是指在一些含有化學腐蝕

介質，如酸、堿、鹽及其溶液

中、海水中及一些腐蝕氣體中均

能夠不產生或很少產生腐蝕的

鋼。

●耐熱鋼是指在較高溫度環境中能

夠抗氧化、抗蠕變的鋼。按定義：

●不銹鋼是指在空氣中或接近中性

介質中，不產生3

當然，一般耐蝕鋼和耐熱鋼

都具有不銹的特性，而在日常習

慣上，又把不銹鋼和耐蝕鋼簡稱

不銹鋼。

當然，一般耐蝕鋼和耐熱鋼

都具有不銹的特性，而在4

為便于說明問題，在今天的課程內容中，將不銹鋼定義為“含適當的碳、含鉻（Cr）大于12％，或還含有其它合金元素，能在含有腐蝕介質的液體或氣體中具有抵抗腐蝕能力的鐵基合金?！边@就從成分上

和特性上兩個方面明確了不銹鋼的概念。為便于說明問題，在今天的課程內容中，將不銹鋼定5二、不銹鋼的開發與發展關于不銹鋼的發現和報導，最早出現在英國，之后，美國、德國、法國相繼取得研究成果。最先出現的是鐵素體不銹鋼，隨后發展了馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。隨著社會發展和人類的需求，這些鋼也滿足不了要求了，如奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼耐蝕性好，但力學性能差;馬氏體不銹鋼可調整力學性能，但耐蝕性受到限制。所以，開發了沉淀硬化不銹鋼。二、不銹鋼的開發與發展關于不銹鋼的發現和報導，最早出現在英國6●再如，為了解決在某些介質中構

件產生的局部腐蝕和應力腐蝕破

壞，研發出了能在含cl-介質及海

水中有特殊耐蝕效果的“雙相不銹

鋼”。

●目前，不銹鋼已具有鐵素體、馬

氏體、奧氏體、沉淀硬化不銹鋼

和鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼等五

大系列的不銹鋼大家族。●再如，為了解決在某些介質中構

件產生的局部腐蝕和應力7三、不銹鋼耐蝕機理及主要合

金元素的作用不銹鋼耐蝕原因有許多解釋：從化學理論方面：不銹鋼與介質作用時，表面生成以Cr2O3為主的薄膜，也叫鈍化膜，其阻止腐蝕介質穿透，保護了金屬基體。從電子理論方面：金屬的鈍化狀態與未填滿的電子層有關，Cr有力求吸收電子特性，使Fe原子失去電子而被鈍化。電極電位理論方面：當Fe-Cr合金固溶體中Cr量比達1/8（即12.5％）時，電極電壓由-0.56V躍增到+0.2V，使金屬在電溶液介質中更穩定。三、不銹鋼耐蝕機理及主要合

金元素的作用不銹鋼耐蝕原8從上可見，對不銹鋼耐蝕性的任何一種解釋，都與合金元素Cr的作用有關，其起主要作用。

從上可見，對不銹鋼耐蝕性的任何一種解釋，都與合金元素9●此外，由于材料所處環境的多樣性，

有時，還要填加其它合金元素：

*Mo：形成MoO，促進基體鈍化；

*Cu：使鈍化膜含有CuO，提高耐蝕性；

*N：鈍化膜中富集Cr2N，使鈍化膜中

Cr濃度提高；

*Ni：與Cr共同作用，改變組織結構，

從而改善耐蝕性和力學性能；

*Ti或Nb：穩定鋼中的C，進而穩定了

鋼中的Cr，保證耐蝕性；

*Mn：代替Ni的作用，降低鋼的成本；●此外，由于材料所處環境的多樣性，

有時，還要填加其它合10*Al、Nb、Cu等：借助于它們可以從基體

中彌散析出，達到強化

作用。Al還對鐵素體不

銹鋼有鈍化作用；

*S、Se：提高不銹鋼的易切削性；

*W：在雙相不銹鋼中，可抑制金屬的再

溶解，起緩蝕的作用；

*Co：提高不銹鋼硬度；

*V：提高不銹鋼熱強性；

*Al、Nb、Cu等：借助于它們可以從基體

11*C：它的作用有兩重性：

▲一方面，加入C并調整其含量可改變不

銹鋼的組織，從而改變和調節力學性

能

▲另一方面，因其與Cr有較強的親合

力，會降低固溶體中Cr量，降低耐

蝕性，還會形成Cr-C化合物沿晶界

析出，產生晶間腐蝕。

●上面提到的是合金元素在不銹鋼中的

作用，當各種合金元素同時存在時，

作用會更復雜化。*C：它的作用有兩重性：

▲一方面，加入C并調整其含量可改變12四、不銹鋼的分類不銹鋼有多種分類方法，如，按化學成分、按功能特征、按金相組織和熱處理特性等。從熱處理方面考慮，按金相組織和熱處理特性分更具有實際意義。這種分類方法就是把鋼加熱到某一高溫溫度后，快速冷卻到室溫時，能獲得的主要金相組織類型。

四、不銹鋼的分類不銹鋼有多種分類方法，如，按化學成分、按功能13●按這種分類方法，可把不銹鋼分為五

類（考慮了熱處理特性）。

不銹鋼鐵素體型奧氏體型沉淀硬化型鐵素體-奧氏體雙相型馬氏體型●按這種分類方法，可把不銹鋼分為五

類（考慮了熱處理特性14五、各類不銹鋼主要特性鐵素體不銹鋼*主要合金元素是Cr，或加入少量穩定鐵素體的元素，如Al、Mo等，組織為鐵素體*有不太高的強度，不能用熱處理方法調整性能，有一定塑性，脆性較大*在氧化類介質，如硝酸中有良好的耐蝕性，在還原性介質中耐蝕性較差。五、各類不銹鋼主要特性鐵素體不銹鋼15●奧氏體不銹鋼

*含有較高的Cr，一般大于18％，并含有8％

左右的Ni，有的以Mn代Ni，為進一步提高

耐蝕性，還有的加入Mo、Cu、Si、Ti、Nb

等元素。

*加熱冷卻時不發生相變，不能用熱處理方法

強化，具有較低的強度，高的塑、韌性。

*對氧化性介質有強的抗蝕能力，加入Ti、Nb

后具有較好的抗晶間腐蝕的能力●奧氏體不銹鋼

*含有較高的Cr，一般大于18％，并含有8％16●馬氏體不銹鋼

*馬氏體不銹鋼主要含12-18％的Cr，并依照需要

調整C量，一般在0.1-0.4％，對于制作工具時，

C可達0.8-1.0％，有的為提高抗回火穩定性，

加入Mo、V、Nb等。

*高溫加熱并以一定速度冷卻后，組織基本是馬氏

體，依據C及合金元素的差異，有的可能會含有

少量鐵素體、殘余奧氏體或合金碳化物。

*加熱和冷卻時會發生相變，因此，可以在很大范

圍內調整組織結構和形態，從而改變性能。

*耐蝕性不如奧氏體、鐵素體及雙相不銹鋼，在有

機酸中有較好的耐蝕性，在硫酸、鹽酸等介質中

耐蝕性較差。●馬氏體不銹鋼

*馬氏體不銹鋼主要含12-18％的Cr，并17●沉淀硬化不銹鋼

*成分特點是除含有C、Cr、Ni等元素外，還含有

Cu、Al、Ti等可以時效沉淀析出物的元素。

*可以通過熱處理手段來調節力學性能，但其強化

機理不同于馬氏體不銹鋼。

*由于其依靠析出沉淀相強化，所以C可以控制很

低，因而其耐蝕性優于馬氏體不銹鋼，與Cr-Ni

奧氏體不銹鋼相當?！癯恋碛不讳P鋼

*成分特點是除含有C、Cr、Ni等元素外，18●鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼

*一般含Cr為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，

依據合金元素比例不同，有的以鐵素體為主，有

的以奧氏體為主，構成兩相同時存在的雙相不銹

鋼。

*因其含有鐵素體及強化元素，熱處理后，強度比

奧氏體不銹鋼略高，塑、韌性好，基本上不能用

熱處理手段調整性能。

*有較高的耐蝕性，特別是在含cl-介質中、海水

中，有較好的耐點蝕和縫隙腐蝕、應力腐蝕的

特點。●鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼

*一般含Cr為17-30％，Ni19第二部分不銹鋼的熱處理不銹鋼以Cr為主的大量合金元素構成的成分特點，是其具有不銹、耐蝕的基本條件。要想充分發揮合金元素的作用，獲得理想的力學和耐蝕性能，還必須通過熱處理方法實現。第二部分不銹鋼的熱處理不銹鋼以Cr為主的大量合金元素構成的20（一）鐵素體不銹鋼的熱處理

一、熱處理的目的

●鐵素體不銹鋼一般情況下是穩定的單一鐵素體組織

●加熱、冷卻不發生相變，故不能用熱處理方法調整力學性能，其主要目的是減小脆性和提高抗晶間腐蝕能力（一）鐵素體不銹鋼的熱處理

一、熱處理的目的

●鐵素體21為達這一目的，要解決以下幾個主要問題：1、σ相脆性

*鐵素體不銹鋼極易生成σ相，這是一種富

Cr的金屬化合物，硬而脆，特別容易在晶

間形成，使鋼變脆，并增加晶間腐蝕敏感

性

*σ相形成與成分有關，除Cr外，Si、Mn、

Mo等都促進σ相形成;還與加工過程有

關，尤其在540-815℃區間加熱、停留，

更促進σ相形成。但σ相形成是可逆的，

重新加熱到高于σ相形成溫度會重新溶解

于固溶體中為達這一目的，要解決以下幾個主要問題：1、σ相脆性

*鐵素222、475℃脆性

*鐵素體不銹鋼在400-500℃區間長時間加

熱，會表現出強度升高、韌性下降即脆性

增加的特征，尤其在475℃時最明顯，稱

475℃脆性

*這是因為，在這個溫度下，鐵素體內的Cr

原子將重新排列，形成富Cr小區域，與母

相共格，引起點陣畸變，產生內應力，使

鋼硬度升高、脆性增大。富Cr區形成的同

時，必有貧Cr區出現，這對耐蝕性有不利

影響。

*當將鋼重新加熱高于700℃溫度時，畸變、

內應力會消除，475℃脆性消失2、475℃脆性

*鐵素體不銹鋼在400-500℃區間長時233、高溫脆性

*加熱到925℃以上，并以快速冷卻下來時，

Cr、C、N等形成化合物在晶內、晶界析

出，引起脆性增加和晶間腐蝕的發生。

*這種化合物可在750-850℃溫度加熱后快

冷予以消除。3、高溫脆性

*加熱到925℃以上，并以快速冷卻下來時，

24二、鐵素體不銹鋼熱處理工藝1、退火為了消除σ相、475℃脆性及高溫脆性，可采用退火處理，在780-830℃加熱、保溫、然后空冷或爐冷。對于超純鐵素體不銹鋼（含C≤0.01％，嚴格控制Si、Mn、S、P），退火加熱溫度可提高一些。二、鐵素體不銹鋼熱處理工藝1、退火252、去應力處理

●在焊接和冷加工后，零部件可能產生應力，

如果具體情況不宜采用退火處理，可以在

230-370℃范圍內加熱、保溫、空冷，可消

除部分內應力，改善塑性。2、去應力處理

●在焊接和冷加工后，零部件可能產生應力，

26（二）奧氏體不銹鋼熱處理奧氏體不銹鋼中Cr、Ni等合金元素作用結果使Ms點降至室溫以下（-30到-70℃）。保證奧氏體組織穩定，所以，加熱、冷卻時，在室溫以上不發生相變。因此，奧氏體不銹鋼熱處理主要目的不是改變機械性能，而是提高耐蝕性。（二）奧氏體不銹鋼熱處理奧氏體不銹鋼中Cr、Ni等合金元素作27一、奧氏體不銹鋼的固溶化處理1、固溶化處理作用（1）鋼中合金碳化物的析出與溶解鋼中C是所含合金元素之一，其除能起到一點強化作用之外，對耐蝕性是不利的，特別是C與Cr形成碳化物時，作用更壞，應力求減少它的存在。為此，依據C在奧氏體中隨溫度不同而變化的特性，即在高溫時溶解度大，低溫時溶解度小。有資料報導，C在奧氏體中的溶解度在1200℃時為0.34％;1000℃時為0.18％，而600℃時為0.0２％，室溫時則更少。所以將鋼加熱到高溫，使C-Cr化合物充分溶解，再快速冷卻，讓其來不及析出，保證鋼的耐蝕性，特別是耐晶間腐蝕性。一、奧氏體不銹鋼的固溶化處理1、固溶化處理作用28（2）σ相奧氏體鋼如果在500-900℃區間長時間加熱，或鋼中加入Ti、Nb、Mo等元素時，都會促進σ相析出，使鋼增加脆性和降低耐蝕性，消除σ相的手段也是在高于其可能析出溫度使其溶解，再快速冷卻，防止再析出?！襁@就是對奧氏體不銹鋼要進行固溶化處理的原因。（2）σ相292、固溶化熱處理工藝

●在GB1200標準中，推薦加熱溫度范圍較

寬：1000-1150℃，通常采用1020-

1080℃?？紤]具體牌號成分，是鑄件還

是鍛件等情況，在允許范圍內，適當調

節加熱溫度。

●加熱溫度低，C-Cr碳化物不能充分溶解，

溫度太高，也存在晶粒長大，降低耐蝕

性問題。2、固溶化熱處理工藝

●在GB1200標準中，推薦加熱溫度30●冷卻方式：應以較快速度冷卻，防止碳化物

再析出。在我國及其它一些國家標準中，標

明固溶化后“快冷”，這里就提出一個問題，

“快”的界限是什么？

●我們綜合不同文獻資料和實踐經驗，“快”的

尺度可按如下情況掌握：

*含C量≥0.08%的;含Cr量>22％、Ni量較高

的；含C量雖<0.08％，但有效尺寸>3mm的，

應水冷;

*含C量<0.08％、尺寸<3mm，可風冷;

*有效尺寸≤0.5mm的可空冷●冷卻方式：應以較快速度冷卻，防止碳化物

再析出。在我國及31二、穩定化熱處理穩定化熱處理只限于含穩定化元素Ti或Nb的奧氏體不銹鋼，如1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni11Nb等二、穩定化熱處理穩定化熱處理只限于含穩定化元素Ti或Nb的奧321、穩定化熱處理作用如前所述，Cr與C結合成Cr23C6型化合物，并在晶界析出，是引起奧氏體不銹鋼耐蝕性下降的原因。Cr是強碳化物形成元素，只要有機會，就與C結合并析出，所以鋼中填加比Cr與C親合力更強的元素Ti、Nb，并創造條件，使C優先與Ti、Nb結合，減少C與Cr結合的機會，使Cr穩定的保留在奧氏體中，因此保證了鋼的耐蝕性。穩定化熱處理，起到的就是使Ti、Nb與C結合，使Cr穩定于奧氏體中的作用。1、穩定化熱處理作用如前所述，Cr與C結合成Cr23C6型化332、穩定化熱處理工藝加熱溫度：這個溫度應高于Cr23C6的溶解溫度（400-825℃），低于或略高于TiC或NbC的開始溶解溫度（如TiC的溶解溫度區間為750-1120℃），穩定化加熱溫度一般選在850-930℃，這會使Cr23C6充分溶解，使Ti或Nb再與其中C結合，而Cr則繼續保留在奧氏體中。冷卻方式：一般采用空冷，也可采用水冷或爐冷，這應根據零件具體情況確定。冷卻速度對穩定化效果無大影響。從我們試驗研究結果看，從穩定化溫度900℃冷卻到200℃時，冷卻速度為0.9℃/min和15.6℃/min，相比，金相組織、硬度、耐晶間腐蝕能力基本相當。2、穩定化熱處理工藝加熱溫度：這個溫度應高于Cr23C6的溶34三、消除應力處理1、消除應力目的用奧氏體不銹鋼制造的零件，不可避免的存在應力，如冷加工時的加工應力、焊接應力等。這些應力的存在會帶來不利影響，如：對尺寸穩定性的影響;存在應力的零部件在含cl-介質、在H2S、NaOH等介質使用時，會發生應力腐蝕開裂，這是一種發生在局部、未有前兆的突發性破壞，是十分有害的。因此，在某些工況條件下使用的奧氏體不銹鋼制件要最大限度的降低應力，這可通過去應力方法完成。三、消除應力處理1、消除應力目的352、消除應力熱處理工藝在條件允許的情況下，采用固溶化處理、穩定化處理都可以較好的消除應力（固溶水冷還會產生一定應力），但，有時不允許采用這種方法，如回路中的管件、沒有余量的完工件、形狀特別復雜的易變形零件等，這時可采用450℃以下溫度加熱的去應力方法，也可消除部分應力。如果工件是在強應力腐蝕環境中使用，必須徹底消除應力，則在選用材料時，就應予以考慮，如采用含穩定元素的鋼，或采用超低碳奧氏體不銹鋼2、消除應力熱處理工藝在條件允許的情況下，采用固溶化處理、穩36四、奧氏體不銹鋼冷加工強化問題奧氏體不銹鋼不能發生相變，不能用熱處理方法強化，但可以通過冷加工變形強化。奧氏體不銹鋼的冷變形強化，除一般金屬材料由于冷加工產生晶體缺陷、點陣畸變、位錯、亞結構而硬化機理原因外，還有奧氏體向馬氏體轉變而產生的硬化效果。前面曾提到，奧氏體不銹鋼的Ms點低于室溫，所以在一般情況下，是不變的單一奧氏體組織，但，在一定條件下，奧氏體的穩定性可以改變。四、奧氏體不銹鋼冷加工強化問題奧氏體不銹鋼不能發生相變，不能37首先，化學成分含量產生影響。構成奧氏體不銹鋼的合金元素中，有的促進奧氏體穩定，有的促進奧氏體向鐵素體轉變，綜合考慮，推薦公式：*Δ＝Ni-〔(Cr+1.5Mo-20)2/12-0.5Mn-35C-Cu-27N+15〕*Δ反映了奧氏體形成和穩定的趨勢，值越大，說明奧氏體越穩定。其次，冷加工變形程度也有影響。冷加工變形度越大，硬化效果越明顯。以上兩個因素影響結果是：由于化學成分影響的穩定性差的奧氏體，在一定冷加工量作用下，使奧氏體向馬氏體發生了轉變，這個轉變點通常記為Md，一般Md高于Ms170-350℃。奧氏體不銹鋼這種冷加工變形強化的表現是：硬度、強度升高，塑性下降。如：成分為0.047％C、0.42％Mn、17.4％Cr、8.38％Ni的奧氏體鋼，不同變形量的硬化效果見下表：首先，化學成分含量產生影響。構成奧氏體不銹鋼的合金元素中，有38不同變形量的硬度變化變形度（％）03.913.623.238.9σb（N/mm2）690.9823.29801141.71391.6δ（％）52.937.524.816.35硬度80HRB25.5HRC34HRC40HRC43.5HRC不同變形量的硬度變化變形度（％）03.913.623.23839另一個表現是具有磁性或磁性增加。冷加工強化后產生的應力，可在280-420℃加熱，保溫后空冷或緩冷，可消除一部分應力。另一個表現是具有磁性或磁性增加。40（三）鐵素體-奧氏體雙相

不銹鋼的熱處理雙相不銹鋼是不銹鋼家族中年輕一員，發展較晚，但其具有的特征得到廣泛認同和重視。雙相不銹鋼的成分特點（高Cr、低Ni、加Mo、N）和組織特點，使其具有比奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼高的強度、塑性;相當于奧氏體不銹鋼的耐蝕性;在cl-介質、海水中比任何不銹鋼都高的抗點蝕、抗縫隙腐蝕和抗應力腐蝕破壞的能力。（三）鐵素體-奧氏體雙相

不銹鋼的熱處理雙相不銹鋼是41一、雙相不銹鋼的熱處理主要作用1、消除二次奧氏體在較高溫度條件下（如鑄造或鍛造），鐵素體量增多，在1300℃以上時，可成單相鐵素體，這種高溫鐵素體是不穩定的，在以后較低溫度下時效，會有奧氏體析出，這種奧氏體叫二次奧氏體。這種奧氏體中的Cr、N量少于正常奧氏體，故其可能成為腐蝕源，所以應通過熱處理予以消除。一、雙相不銹鋼的熱處理主要作用422、消除Cr23C6型碳化物雙相鋼在950℃以下會析出Cr23C6增加脆性、降低耐蝕性，應予以消除。3、消除氮化物Cr2N、CrN因鋼中有N元素，可與Cr生成氮化物，影響力學和耐蝕性能，應消除。4、消除金屬間相雙相鋼的成分特征，會促進一些金屬間相的形成，如σ相、γ相，其降低耐蝕性，增加脆性，應予以消除。2、消除Cr23C6型碳化物43二、熱處理工藝與奧氏體鋼相似，采用固溶化處理，加熱溫度980-1100℃，之后快冷，一般采用水冷。二、熱處理工藝與奧氏體鋼相似，采用固溶化處理，加熱溫度98044（四）馬氏體不銹鋼的熱處理馬氏體不銹鋼相對于鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼最突出的特點就是可以通過熱處理方法，在很大范圍內調整機械性能，以滿足不同使用條件需要。不同的熱處理方式對耐蝕性也有不同影響。（四）馬氏體不銹鋼的熱處理馬氏體不銹鋼相對于鐵素體不銹鋼、奧45一、馬氏體不銹鋼淬火后的組織狀態依據化學成分不同0Cr13、1Cr13、1Cr17Ni2為馬氏體+少量鐵素體;2Cr13、3Cr13、2Cr17Ni2基本上是馬氏體組織;4Cr13、9Cr18為馬氏體基體上有合金碳化物;0Cr13Ni4Mo、0Cr13Ni6Mo為馬氏體基體上有殘余奧氏體一、馬氏體不銹鋼淬火后的組織狀態依據化學成分不同46二、馬氏體不銹鋼力學性能與熱處理根據不同工作條件，對零部件的不同要求，選用不同成分的馬氏體不銹鋼，并采用不同方式熱處理。例1用于汽輪機葉片、葉輪等，要求有一定強度，較高塑性、韌性及一定的耐蝕、耐熱性

*可采用1Cr13淬火+高溫回火，即950-1000℃，油冷;700-750℃回火，性能可達：σb≥540N/mm2;σs≥345N/mm2;δ≥25％;Ψ≥55％;AKU≥78J;HB＝160-200二、馬氏體不銹鋼力學性能與熱處理根據不同工作條件，對零部件的47例2:要求有一定耐蝕性的彈簧，應有較好的強度和彈性

*可采用3Cr13，淬火+中溫回火，即1020-1040℃加熱，油冷;450℃回火，可獲得性能如下：σb≥1500N/mm2;σs≥900N/mm2;δ≥15％;Ψ≥46％;43-48HRC例2:要求有一定耐蝕性的彈簧，應有較好48例3:制造刀具、軸承，要求有一定耐蝕性，高的硬度和疲勞強度，組織穩定性好

*可采用9Cr18，經淬火、冷處理、低溫回火，即1080℃加熱，油冷;-70℃冰冷處理，再經160℃低溫回火。結果硬度可大于58HRC。例3:制造刀具、軸承，要求有一定耐蝕49三、馬氏體不銹鋼的耐蝕性與熱處理馬氏體不銹鋼熱處理不僅可改變機械性能，對耐蝕性也有不同作用。以淬火后回火為例：*淬火成馬氏體后，采用低溫回火，具有較高耐蝕性，*采用400-550℃中溫回火，耐蝕性較低;*采用600-750℃高溫回火，耐蝕性又有提高。三、馬氏體不銹鋼的耐蝕性與熱處理馬氏體不銹鋼熱處理不僅可改變50四、馬氏體不銹鋼熱處理工藝方法及作用1、退火馬氏體不銹鋼退火的目的是：

*改善鍛造或鑄造組織;

*消除應力

*降低硬度，便于加工;

*提高塑性，便于成型;

*為最終淬火做組織準備當然，對一些性能要求不高的零件，也可以在退火狀態下使用。四、馬氏體不銹鋼熱處理工藝方法及作用1、退火51根據要達到的目的、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、消除應力，可采用低溫退火（有的也叫不完全退火）

*加熱溫度可選740-780℃，空氣冷卻或爐冷

*硬度可保證180-230HB;(2)要求改善鍛造或鑄造組織，更低的硬度及保證不高的性能直接應用，可采用完全退火

*一般加熱870-900℃，保溫后爐冷，或以≤40℃/h速度冷卻至600℃以下出爐。

*硬度可達150-180HB;根據要達到的目的、作用不同，可采用不同退火方式:52(3)等溫退火，其可以代替完全退火，達到完全退火的目的作用。

*加熱溫度870-900℃，加熱保溫后爐冷至700-740℃（可參照轉變曲線），較長時間保溫（參照轉變曲線），再爐冷至550℃以下出爐。

*硬度可達150-180HB。這種等溫退火，還是改善鍛后不良組織，提高淬火、回火后力學性能，特別是沖擊韌性的有效方式。(3)等溫退火，其可以代替完全退火，達到完532、淬火馬氏體不銹鋼淬火的主要目的是強化。將鋼加熱至臨界點溫度以上，保溫，使碳化物充分溶解到奧氏體中，再以適當的冷卻速度冷卻，獲得淬火馬氏體組織。2、淬火54淬火加熱溫度選擇:*基本原則是：保證奧氏體形成，并使合金碳化物充分溶解到奧氏體中，均勻化;還不能使奧氏體晶粒粗大或淬火后組織中存在鐵素體或殘留奧氏體。這就要求淬火加熱溫度不能過低，也不能過高。*馬氏體不銹鋼淬火加熱溫度，不同資料介紹、推薦的范圍略有差異，并且，溫度范圍較寬。根據我們經驗，一般選在980-1020℃范圍加熱即可。當然，對于特殊鋼號、特殊成分控制或有特殊要求時，應適當降低或提高加熱溫度，但不能違背加熱原則。淬火加熱溫度選擇:55冷卻方式:*因馬氏體不銹鋼的成分特征，使奧氏體較穩定，C曲線右移，臨界冷卻速度較小，所以，用油冷、空冷即可獲得淬火馬氏體的效果。但對于要求淬透深度大、力學性能特別是沖擊韌性高的零件，應采用油冷。冷卻方式:563、回火馬氏體不銹鋼淬火后，得到馬氏體組織，其硬度高、脆性大、內應力大，必須經回火處理。馬氏體不銹鋼基本上在二種回火溫度下使用：

*180-320℃之間回火。獲得回火馬氏體組織，保持高的硬度、強度，但塑、韌性低，且有較好的耐蝕性。如刀具、軸承、耐磨件等可采用低溫回火。3、回火57

*600-750℃之間回火，獲得回火索氏體組織。具有一定的強度、硬度、塑性、韌性等良好的綜合機械性能，可依據對強度、塑、韌性的要求程度不同，采用下限或上限溫度回火。這種組織也具有良好的耐蝕性。

*而400-600℃之間溫度的回火，一般情況下不采用，因為，在這個溫度區間回火，從馬氏體中析出彌散度很高的碳化物，產生回火脆性，降低耐蝕性.但，彈簧，如3Cr13、4Cr13鋼制彈簧，可在這個溫度回火，HRC可達40-45，具有較好的彈性。*600-750℃之間回火，獲得回火索氏體組58回火后的冷卻方式，一般可采用空冷，但對有回火脆性傾向的鋼號，如1Cr17Ni2、2Cr13、0Cr13Ni4Mo等，最好采用回火后油冷。另外，需要注意的問題是，淬火后需及時回火，夏季不要超過24小時，冬季不要超過8小時，如不能及時按工藝溫度回火，也應采取措施防止靜置裂紋的產生?；鼗鸷蟮睦鋮s方式，一般可采用空冷，但對有回火脆性傾向的鋼號，59（五）沉淀硬化不銹鋼熱處理沉淀硬化不銹鋼相對發展較晚，是在人類實踐中經過試驗、總結、創新的不銹鋼種。先期出現的不銹鋼中，鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼有較好的耐蝕性，但不能通過熱處理方法調整機械性能，限制了它的作用。而馬氏體不銹鋼可以運用熱處理方法，在較大范圍內調整機械性能，但耐蝕性較差。科學家們經過試驗研究，發現了沉淀硬化不銹鋼，可以較好的解決上述不銹鋼的不足。（五）沉淀硬化不銹鋼熱處理沉淀硬化不銹鋼相對發展較晚，是在人60沉淀硬化不銹鋼的成分和采取的熱處理方式，使其具有了新特點:

*其具有較低的C量（一般≤0.09％），較高的Cr量（一般≥14％以上），另加Mo、Cu等元素，這就使其具有較高的耐蝕性，甚至可同奧氏體不銹鋼相當。

*通過固溶和時效處理，可以獲得在馬氏體基體上析出沉淀硬化相的組織，因而有較高的強度，并可根據時效溫度的調整，在一定范圍內調整強度、塑、韌性。沉淀硬化不銹鋼的成分和采取的熱處理方式，使其具有了新特點:61●另外，先固溶，再依沉淀相析出強化的熱

處理方式，可以在固溶處理后，硬度較低

的情況下加工基本成型，再經時效強化，

降低了加工成本，優于馬氏體鋼。

●另外，先固溶，再依沉淀相析出強化的熱

處理方式，可62●沉淀硬化鋼常分為以下幾類：沉淀硬化不銹鋼馬氏體型奧氏體型奧氏體+鐵素體型半奧氏體型常見●沉淀硬化鋼常分為以下幾類：沉淀硬化馬氏體型奧氏體型奧氏體+631、馬氏體型沉淀硬化不銹鋼及其熱處理這型沉淀硬化不銹鋼特征是：奧氏體向馬氏體轉變的開始溫度Ms在室溫以上。加熱奧氏體化并以較快的速度冷卻后，獲得板條狀馬氏體基體，時效后從板條馬氏體基體上析出Cu的細質點而強化。在GB1220標準中，典型牌號為：0Cr17Ni4Cu4Nb（PH17-4）

1、馬氏體型沉淀硬化不銹鋼及其熱處理這型沉淀硬化不銹鋼特征是64以其為例，介紹熱處理過程：

*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點約120℃；

*Mz點約30℃以其為例，介紹熱處理過程：65（1）固溶處理加熱溫度為1020-1060℃，保溫后水冷或油冷，組織為板條狀馬氏體，硬度320HB左右。加熱溫度不宜過高，如果大于1100℃，會使組織中鐵素體量增多、Ms點下降、殘留奧氏體增多、硬度下降，熱處理效果不好。（2）時效處理依據時效溫度不同，沉淀析出物的彌散度、粒度不同，而有不同的機械性能。（1）固溶處理66GB1220標準中規定，不同時效溫度時效后性能

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標準中規定，不同時效溫度時效后性能σb672、半奧氏體型不銹鋼熱處理這種鋼的Ms點一般略低于室溫，所以固溶化處理冷卻到室溫后，得到奧氏體組織,強度很低，為提高基體強度、硬度，需要再次加熱到750-950℃，保溫，這個階段，奧氏體中會析出碳化物，奧氏體穩定性降低，Ms點提高至室溫以上，再冷卻時，得到馬氏體組織。有的還可以增加冷處理（零下處理），之后，再時效使鋼最終獲得馬氏體基體上有沉淀析出物的強化鋼。在GB1220標準中，推薦的這種沉淀不銹鋼牌號是0Cr17Ni7Al（PH17-7）

*具體成分是（％）：C≤0.09;Cu≤0.5Ni:6.5-7.5;Cr:16-18;Al：0.75-1.5;2、半奧氏體型不銹鋼熱處理這種鋼的Ms點一般略低于室溫，所以68半奧氏體型沉淀硬化不銹鋼的熱處理有三種方式：(1)固溶+調整+時效處理

*固溶化加熱溫度1040℃，加熱保溫后水冷或油冷得到奧氏體，硬度為150HB左右;

*調整處理溫度為760℃，保溫后空冷，使奧氏體中合金碳化物析出，降低奧氏體穩定性，提高Ms點到50-90℃左右，冷卻后獲得板條馬氏體，此時硬度可達290HB左右;

*再經560℃時效，Al及化合物沉淀析出，鋼材強化，硬度可達340HB左右。半奧氏體型沉淀硬化不銹鋼的熱處理有三種方式：69(2)固溶+調整+冷處理+時效

*固溶處理加熱1040℃，水冷，獲得奧氏體組織;

*調整處理溫度955℃，提高Ms點，冷卻后獲得板條馬氏體;

*冷處理-73℃×8h，減少組織中殘留奧氏體，獲取最大限度的馬氏體;

*時效處理溫度為510-560℃，使Al析出，強化處理后，硬度可達336HB(2)固溶+調整+冷處理+時效70(3)固溶+冷變形+時效

*固溶處理溫度為1040℃，水冷，獲得奧氏體組織;

*冷變形，利用冷加工變形強化原理，使奧氏體在Md點轉變成馬氏體，這個冷加工變形量要大于30-50％;

*時效處理：在490℃左右加熱時效，使Al析出沉淀硬化?！裼袌髮?，固溶奧氏體經57％冷軋變形，硬度達430HB，σb達1372N/mm2，再經490℃時效，硬度達485HB，σb達1850N/mm2。(3)固溶+冷變形+時效71可見，沉淀硬化馬氏體不銹鋼經過正確處理后，機械性能完全可以達到馬氏體不銹鋼性能，而耐蝕性卻與奧氏體不銹鋼相當。這里需要指出的是，馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼雖然都是可通過熱處理方法強化，但強化機理是不同的。由于沉淀硬化不銹鋼的特點，使其得到重視和廣泛應用?？梢姡恋碛不R氏體不銹鋼經過正確處理后，機械性能完全可以達72第三部分不銹鋼的發展與創新由于不銹鋼的特殊功能受到重視，包括我國在內，許多國家都有相應的不銹鋼標準（棒、板、等），以及大型鍛件（JB/T6398）、鑄件（JB/T6405）的標準，做為標準發布的不銹鋼材料，基本上都是通用型材料。但是，通過近幾年來我們對產品的引進及使用材料的分析，發現，為適應某些特殊條件的需要，許多鋼鐵企業和泵制造廠，都在通用不銹鋼材料基礎上，通過對合金元素的調整，做為企業標準研發，生產一些更優良的具有特色的不銹鋼品種。第三部分不銹鋼的發展與創新由于不銹鋼的特殊功能受到重視，包括73當然，做為企業技術秘密（國外企業、泵廠），我不能談論太多，但想談點自己體會，提供給大家，能否從中受到啟發，對促進我國不銹鋼的發展、創新及冶金、熱處理工藝進步有所幫助：1、奧氏體不銹鋼做為歷史比較長，發展比較快，應用比較廣的不銹鋼，可以說接近完全了，但隨著原子能工業的發展，核反應堆中的特殊條件，除一般要求外，還有輻射，（絕對可靠性、安全性）有時，常規奧氏體不銹鋼也略顯能力不夠。當然，做為企業技術秘密（國外企業、泵廠），我不能談論太多，但74如：

*應用于原子反應堆燃料包殼，要采用液態金屬做為冷卻劑，冷卻并傳熱到汽輪機，使用溫度高達600-650℃。為了提高其熱穩定性、熱強性，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%。

*而在做為控制棒及屏蔽材料的奧氏體不銹鋼，為其更好吸收輻射中子，以保護包殼等零件，在奧氏體不銹鋼中加入B，含B奧氏體不銹鋼18-8B：C：≤0.07%;Cr：17-19%;Ni：9-10%;B：1-1.5%。如：752、雙相不銹鋼為了解決海底油氣田復雜介質（含有氯化物、CO2、H2S等），苛刻的腐蝕條件及提高強度和耐磨性，先后出現了加W、Cu等合金強化的雙相不銹鋼，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%

經過固溶化處理后，

*σb≥750N/mm2比一般提高25％;

*σs≥550N/mm2比一般提高35％

*而耐蝕性能（各方面）均有提高，比如，在Cl-5000mg/L,PH值為2的介質中，其臨界縫隙溫度比一般雙相鋼高20-35℃。2、雙相不銹鋼763、沉淀硬化不銹鋼FV520：C：≤0.07％;Cr：14-18％;Ni：4-7％;Mo:1-3％;Ti≤0.5％;Cu:1-3％這種沉淀鋼成分特點是，以Ti、Cu強化代Al，其在經過固溶、冷變形和450℃時效后，σb可達1640N/mm2;σs可達1600N/mm2如此高強度材料勝過馬氏體不銹鋼。3、沉淀硬化不銹鋼77以Cr13型不銹鋼為例*Cr13型馬氏體不銹鋼應用廣泛，對泵制造來說，應用鑄造Cr13型材料，如ZG1Cr13、ZG2Cr13等很多，這種材料盡管有許多優點，但也有其不可克服的缺點，特別是復雜形狀零件鑄造時，極易產生裂紋，脆性大，而且，不易補焊，鑄造成品率較低。*為解決這類問題，首先，在國內外泵用材料中，出現了含Ni的Cr13型鑄造不銹鋼。4、馬氏體不銹鋼以Cr13型不銹鋼為例4、馬氏體不銹鋼78加入1-2％的Ni：a、減少了ZG1Cr13的δ鐵素體含量，從而提高了韌性和可焊性;b、Ni的加入穩定了奧氏體，可以在較緩慢冷卻條件下發生馬氏體相變，可空冷降低了應力，減少產生裂紋的可能性;c、Ni降低相變點AC1，淬火后在稍高于AC1的溫度回火，冷卻后可獲得少量殘留奧氏體，提高韌性。●所以，以加Ni的鑄造Cr13型馬氏體不銹鋼得到廣泛應用。加入1-2％的Ni：79再比如：S一般做為有害元素存在于鋼中，一般控制在≤0.03，只是在少數易切削鋼中加入S，如：

*Y1Cr18Ni9S≤0.15

*Y1Cr17S≤0.15

*Y1Cr13S≤0.15但是當Cr13鑄鋼中加入0.23-0.32％的S后，大大降低了摩擦系數，提高了抗咬合能力，做為泵的偶合件材料，不用氮化、高頻淬火，而且效果很好。再比如：S一般做為有害元素存在于鋼中，一般控制在≤0.03，805、另外一個在Cr13型馬氏體不銹鋼基礎上研發的、高強度、高韌性、高淬透性的耐蝕不銹鋼是0Cr13Ni4Mo（有鍛、鑄）：主要成分控制：C：≤0.06％;Cr：12-14％;Ni：3.5-4.5％;Mo:0.4-0.7％，可見，是在0Cr13基礎上加Ni、Mo，控制低C的鋼種。Ni、Mo的加入，首先降低了相變點．以鍛件為例：*

1Cr13：AC1：820℃;AC3：950℃;Ms：340℃*鍛件0Cr13Ni4Mo：AC1：570-630℃;AC3：810℃;Ms：225℃*鑄件ZG0Cr13Ni4Mo：AC1：600℃;AC3：880℃;Ms：240℃使AC1點下降近200℃，Ms下100多℃，正是這個鋼的相變點的特殊性，決定了其熱處理特殊性和性能的特殊性。5、另外一個在Cr13型馬氏體不銹鋼基礎上研發的、81熱處理特點及性能─以我們鑄件試驗結果為例1、退火該鋼的合金元素決定了奧氏體的穩定性，在很緩慢的冷卻條件下，也可發生馬氏體轉變，所以，在鑄后和鍛后都具有馬氏體組織、很高的硬度，為了便于加工，必須進行退火降低硬度。因為AC1和AC3都比較低，退火溫度如果像一般Cr13型鋼一樣采用870-900℃（完全退火）或740-780℃（不完全退火），加熱時，有大量奧氏體，冷卻后又變成馬氏體，不能降低硬度。應選在略高于AC1點即620-650℃，在此溫度加熱，使鍛或鑄后的馬氏體組織發生回火轉變，獲得具有馬氏體位向的索氏體，使硬度有所下降。所以，嚴格的說，這個退火實際上是一種回火作用。熱處理特點及性能─以我們鑄件試驗結果為例82溫度℃

510540570600630660690720750790840900硬度HB331321285269255278302310321359335363根據我們的試驗研究，該材料在不同溫度下加熱、冷卻，硬度反映結果如下：

可見，在620-650℃之間，硬度較低。溫度℃5105405706006306606907207583淬火（正火）980-1020℃，空冷或油冷。為什么AC3低，淬火溫度仍選980-1020℃，因為合金碳化物難溶于奧氏體中獲得板條馬氏體。回火根據要求，一般選580-640左右，空冷或油冷，具有板條馬氏體位向的索氏體+碳化物及殘留奧氏體，此時性能優良，見下表：（我們做的試驗結果）淬火（正火）84●有時，為了要求耐蝕性、高硬度，可調整回火溫

度，硬度調整為340HB以上。

●這種鋼淬透性好，150mm基本內外一致。σb(N/mm2)σs(N/mm2)

δ(％)Ψ(%)

HB鑄件880-970800-83015-1840-50270-280●有時，為了要求耐蝕性、高硬度，可調整回火溫

度，硬度調85第四部分鋼廠材料熱處理

鋼廠毛坯產品主要有鋼錠.熱軋(鍛)材.冷軋材.而熱(冷)軋材又可分板材、帶材、棒材、型材等。第四部分鋼廠材料熱處理鋼廠毛坯產品主要有86一、鋼錠熱處理

1、鋼錠的擴散退火

（1）目的和作用

*改善和減輕鋼錠的成分偏析和組織偏析。改善枝

晶組織。鋼水在鋼錠模內冷卻時。結晶先從錠壁

開始。先結晶部分質量較純凈。而后結晶的枝間

部分匯集較多的低溶點的合金元素和雜質。結果

使鋼錠內部存在成分和組織偏析。這將嚴重危害

所制造的產品質量。

*由于鋼錠各部分冷卻速度不同。鋼錠內存在很大

應力。對鋼錠危害很大。

*有的鋼錠表層硬度較高。不便加工。

為解決這些問題。應對鋼錠進行擴散退火。一、鋼錠熱處理

1、鋼錠的擴散退火

（1）目的和作用

*87（2）擴散退火工藝：

*加熱溫度：1200—1300℃。

*保溫時間：一般按1.8—2.4min/mm，大裝爐量

時應考慮透燒和充分保溫。

*冷卻：≤20—40℃/h。

擴散退火適用于高碳鋼。高合金鋼。馬氏體不銹鋼。（2）擴散退火工藝：

*加熱溫度：1200—1300℃882、完全退火和不完全退火

（1）目的和作用

*改善鋼的組織、細化晶粒。使自高溫冷卻下來得

到的粗大晶粒得以細化。

*消除應力。

*降低硬度。

其不能起到成分和組織均勻化的作用。

2、完全退火和不完全退火

（1）目的和作用

*改善鋼的組織89（2）退火工藝

*加熱溫度：完全退火：AC3以上30-50℃，

不完全退火：在AC1-ACcm之間，一般

為750-800℃.

對于馬氏體不銹鋼，按不完全退火，但溫度高于

一般鋼的加熱溫度，一般為870-900℃；

鐵素體不銹鋼為750-800℃。

*保溫時間：原則上1.1-1.3min/mm，大裝爐量應

考慮透燒和充分保溫。

*冷卻：爐冷或≤80—100℃/h至600℃出爐

適用于奧氏體鋼外的鋼種（2）退火工藝

*加熱溫度：完全退火：AC3以上30-50903、低溫退火

（1）目的和作用

*降低硬度，便于加工。

*消除內應力。

（2）低溫退火工藝

*加熱溫度：低于AC1點，一般在640-680℃。

*保溫時間：1.3-1.5min/mm。

*冷卻：緩冷或空冷。

適用于馬氏體鋼、珠光體鋼。3、低溫退火

（1）目的和作用

*降低硬度，便于加工。

*91二、熱軋材的熱處理

指用鋼錠、鋼坯加熱到一定溫度，再進行軋、拉制成材的產品?？蔀榘舨?、板材、絲材、型材等。1、正火（1）目的和作用*細化晶粒、改善組織、提高性能二、熱軋材的熱處理指用鋼錠、鋼坯加熱到一定溫92（2）正火工藝

*加熱溫度：AC3以上40-60℃。

*保溫時間：1.1-1.4min/mm。

*冷卻：空冷。

上面所給出的是用于大型臺車爐加熱時的參數。

目前，對于大型鋼廠，采用大型滾底爐加熱，不僅提高效率，也提高了處理質量，可半自動化生產。只要控制好材料在爐內的運行速度即可。

正火只適用于碳鋼和普通低合金鋼材料及鐵素體不銹鋼材料。（2）正火工藝

*加熱溫度：AC3以上40-60℃。

*932、完全退火

（1）目的和作用

*細化晶粒、改善組織、提高性能、降低硬度、消

除應力。

（2）完全退火工藝

*加熱溫度：AC3以上30-50℃，馬氏體鋼為

870-900℃。

*保溫時間：1.1-1.3min/mm，大裝爐量考慮厚

度，延長時間。

*冷卻：爐冷或≤30-80℃/h

完全退火適用于碳鋼、低合金鋼、馬氏體不銹鋼。2、完全退火

（1）目的和作用

*細化晶粒、改善組織、提高943、球化退火

（1）目的和作用

*主要消除過共析鋼中網狀碳化物，并使其具有球

狀碳化物粒狀組織。

*降低硬度，便于加工。3、球化退火

（1）目的和作用

*主要消除過共析鋼中網狀碳95（2）主要工藝參數

*加熱溫度：AC1-ACcm之間，一般為800-820℃。

*保溫時間：1.1-1.3min/mm。

*等溫溫度：在AC1以下“C”曲線鼻子部分，一般為

700-740℃左右。

*等溫時間：參考“C”曲線鼻子部分，一般為4-6小

時。

*冷卻：爐冷或≤30-40℃/h至550℃。

球化退火主要用于高合金過共析鋼，特別是用于制造軸承、量具、刃具材料，如4Cr13、9Cr18等。（2）主要工藝參數

*加熱溫度：AC1-ACcm之間，一964、低溫退火

（1）目的和作用

*降低硬度、消除內應力、組織再結晶。

（2）工藝參數

*加熱溫度：AC1以下，一般為650-720℃。

*保溫時間：1.1-1.3min/mm。

*冷卻：空冷或爐冷。

適用于碳鋼及低合金鋼。4、低溫退火

（1）目的和作用

*降低硬度、消除內應力、組975、固溶化處理

（1）目的和作用

*改善組織、提高性能、保證耐腐蝕性。

（2）主要工藝參數

*加熱溫度：1020-1100℃。

*保溫時間：1.1-1.3min/mm，可根據裝爐量適當

調整，保證透燒。

*冷卻：水冷。

適用于奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼。5、固溶化處理

（1）目的和作用

*改善組織、提高性能、保98三、冷軋材熱處理即在不加熱狀態下將坯料軋（拉）成材。對于冷軋材的熱處理，可分軋前、軋中、軋后三階段。1、預先熱處理（軋前處理）（1）目的和作用*主要降低硬度、保證組織和性能。*消除應力。*對奧氏體不銹鋼提高耐蝕性。三、冷軋材熱處理即在不加熱狀態下將坯料軋（拉）成材99（2）主要工藝方法

*碳鋼、合金結構鋼、馬氏體不銹鋼采用完全退火

或低溫退火。

*工具鋼、過共析高合金鋼、過共析馬氏體不銹鋼

采用球化退火。

*奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼采用固溶化處理。（2）主要工藝方法

*碳鋼、合金結構鋼、馬氏體不銹鋼采用完1002、中間熱處理

（1）目的和作用

降低已經過冷軋（拉）過程產生的冷作硬化

材料的硬度和應力，便于進一步軋（拉）加工成

型。

（2）工藝方法

除奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼外均采用中、

低溫退火處理。2、中間熱處理

（1）目的和作用

降低已經過冷軋1013、成品熱處理

冷軋材成品的熱處理，是可進行可不進行的。

（1）不處理直接使用

如彈簧用鋼絲、緊固件用圓鋼等。

（2）處理后使用

根據用戶要求降低硬度、消除應力、改善組織、

提高耐蝕性。

依據鋼種類不同，采用不同工藝方法。對一

些要求表面不氧化、不脫碳、保持光亮的材料

應采用真空、保護氣氛、浴爐等。3、成品熱處理

冷軋材成品的熱處理，是可進行可不進行102謝謝!謝謝!103不銹鋼及其

熱處理不銹鋼及其

熱處理104第一部分不銹鋼相關知識一、不銹鋼定義及介定范圍

在我國GB/T13304《鋼的分類》標準中，按用途及使用特性分類方法規定，將不銹鋼、耐蝕鋼、耐熱鋼歸為一類，稱為“不銹、耐蝕和耐熱鋼”。但,嚴格說來，它們之間是有區別的。第一部分不銹鋼相關知識一、不銹鋼定義及介定范圍105按定義：

●不銹鋼是指在空氣中或接近中性

介質中，不產生銹蝕的鋼。

●耐蝕鋼是指在一些含有化學腐蝕

介質，如酸、堿、鹽及其溶液

中、海水中及一些腐蝕氣體中均

能夠不產生或很少產生腐蝕的

鋼。

●耐熱鋼是指在較高溫度環境中能

夠抗氧化、抗蠕變的鋼。按定義：

●不銹鋼是指在空氣中或接近中性

介質中，不產生106

當然，一般耐蝕鋼和耐熱鋼

都具有不銹的特性，而在日常習

慣上，又把不銹鋼和耐蝕鋼簡稱

不銹鋼。

當然，一般耐蝕鋼和耐熱鋼

都具有不銹的特性，而在107

為便于說明問題，在今天的課程內容中，將不銹鋼定義為“含適當的碳、含鉻（Cr）大于12％，或還含有其它合金元素，能在含有腐蝕介質的液體或氣體中具有抵抗腐蝕能力的鐵基合金。”這就從成分上

和特性上兩個方面明確了不銹鋼的概念。為便于說明問題，在今天的課程內容中，將不銹鋼定108二、不銹鋼的開發與發展關于不銹鋼的發現和報導，最早出現在英國，之后，美國、德國、法國相繼取得研究成果。最先出現的是鐵素體不銹鋼，隨后發展了馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。隨著社會發展和人類的需求，這些鋼也滿足不了要求了，如奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼耐蝕性好，但力學性能差;馬氏體不銹鋼可調整力學性能，但耐蝕性受到限制。所以，開發了沉淀硬化不銹鋼。二、不銹鋼的開發與發展關于不銹鋼的發現和報導，最早出現在英國109●再如，為了解決在某些介質中構

件產生的局部腐蝕和應力腐蝕破

壞，研發出了能在含cl-介質及海

水中有特殊耐蝕效果的“雙相不銹

鋼”。

●目前，不銹鋼已具有鐵素體、馬

氏體、奧氏體、沉淀硬化不銹鋼

和鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼等五

大系列的不銹鋼大家族?！裨偃纾瑸榱私鉀Q在某些介質中構

件產生的局部腐蝕和應力110三、不銹鋼耐蝕機理及主要合

金元素的作用不銹鋼耐蝕原因有許多解釋：從化學理論方面：不銹鋼與介質作用時，表面生成以Cr2O3為主的薄膜，也叫鈍化膜，其阻止腐蝕介質穿透，保護了金屬基體。從電子理論方面：金屬的鈍化狀態與未填滿的電子層有關，Cr有力求吸收電子特性，使Fe原子失去電子而被鈍化。電極電位理論方面：當Fe-Cr合金固溶體中Cr量比達1/8（即12.5％）時，電極電壓由-0.56V躍增到+0.2V，使金屬在電溶液介質中更穩定。三、不銹鋼耐蝕機理及主要合

金元素的作用不銹鋼耐蝕原111從上可見，對不銹鋼耐蝕性的任何一種解釋，都與合金元素Cr的作用有關，其起主要作用。

從上可見，對不銹鋼耐蝕性的任何一種解釋，都與合金元素112●此外，由于材料所處環境的多樣性，

有時，還要填加其它合金元素：

*Mo：形成MoO，促進基體鈍化；

*Cu：使鈍化膜含有CuO，提高耐蝕性；

*N：鈍化膜中富集Cr2N，使鈍化膜中

Cr濃度提高；

*Ni：與Cr共同作用，改變組織結構，

從而改善耐蝕性和力學性能；

*Ti或Nb：穩定鋼中的C，進而穩定了

鋼中的Cr，保證耐蝕性；

*Mn：代替Ni的作用，降低鋼的成本；●此外，由于材料所處環境的多樣性，

有時，還要填加其它合113*Al、Nb、Cu等：借助于它們可以從基體

中彌散析出，達到強化

作用。Al還對鐵素體不

銹鋼有鈍化作用；

*S、Se：提高不銹鋼的易切削性；

*W：在雙相不銹鋼中，可抑制金屬的再

溶解，起緩蝕的作用；

*Co：提高不銹鋼硬度；

*V：提高不銹鋼熱強性；

*Al、Nb、Cu等：借助于它們可以從基體

114*C：它的作用有兩重性：

▲一方面，加入C并調整其含量可改變不

銹鋼的組織，從而改變和調節力學性

能

▲另一方面，因其與Cr有較強的親合

力，會降低固溶體中Cr量，降低耐

蝕性，還會形成Cr-C化合物沿晶界

析出，產生晶間腐蝕。

●上面提到的是合金元素在不銹鋼中的

作用，當各種合金元素同時存在時，

作用會更復雜化。*C：它的作用有兩重性：

▲一方面，加入C并調整其含量可改變115四、不銹鋼的分類不銹鋼有多種分類方法，如，按化學成分、按功能特征、按金相組織和熱處理特性等。從熱處理方面考慮，按金相組織和熱處理特性分更具有實際意義。這種分類方法就是把鋼加熱到某一高溫溫度后，快速冷卻到室溫時，能獲得的主要金相組織類型。

四、不銹鋼的分類不銹鋼有多種分類方法，如，按化學成分、按功能116●按這種分類方法，可把不銹鋼分為五

類（考慮了熱處理特性）。

不銹鋼鐵素體型奧氏體型沉淀硬化型鐵素體-奧氏體雙相型馬氏體型●按這種分類方法，可把不銹鋼分為五

類（考慮了熱處理特性117五、各類不銹鋼主要特性鐵素體不銹鋼*主要合金元素是Cr，或加入少量穩定鐵素體的元素，如Al、Mo等，組織為鐵素體*有不太高的強度，不能用熱處理方法調整性能，有一定塑性，脆性較大*在氧化類介質，如硝酸中有良好的耐蝕性，在還原性介質中耐蝕性較差。五、各類不銹鋼主要特性鐵素體不銹鋼118●奧氏體不銹鋼

*含有較高的Cr，一般大于18％，并含有8％

左右的Ni，有的以Mn代Ni，為進一步提高

耐蝕性，還有的加入Mo、Cu、Si、Ti、Nb

等元素。

*加熱冷卻時不發生相變，不能用熱處理方法

強化，具有較低的強度，高的塑、韌性。

*對氧化性介質有強的抗蝕能力，加入Ti、Nb

后具有較好的抗晶間腐蝕的能力●奧氏體不銹鋼

*含有較高的Cr，一般大于18％，并含有8％119●馬氏體不銹鋼

*馬氏體不銹鋼主要含12-18％的Cr，并依照需要

調整C量，一般在0.1-0.4％，對于制作工具時，

C可達0.8-1.0％，有的為提高抗回火穩定性，

加入Mo、V、Nb等。

*高溫加熱并以一定速度冷卻后，組織基本是馬氏

體，依據C及合金元素的差異，有的可能會含有

少量鐵素體、殘余奧氏體或合金碳化物。

*加熱和冷卻時會發生相變，因此，可以在很大范

圍內調整組織結構和形態，從而改變性能。

*耐蝕性不如奧氏體、鐵素體及雙相不銹鋼，在有

機酸中有較好的耐蝕性，在硫酸、鹽酸等介質中

耐蝕性較差?！耨R氏體不銹鋼

*馬氏體不銹鋼主要含12-18％的Cr，并120●沉淀硬化不銹鋼

*成分特點是除含有C、Cr、Ni等元素外，還含有

Cu、Al、Ti等可以時效沉淀析出物的元素。

*可以通過熱處理手段來調節力學性能，但其強化

機理不同于馬氏體不銹鋼。

*由于其依靠析出沉淀相強化，所以C可以控制很

低，因而其耐蝕性優于馬氏體不銹鋼，與Cr-Ni

奧氏體不銹鋼相當?！癯恋碛不讳P鋼

*成分特點是除含有C、Cr、Ni等元素外，121●鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼

*一般含Cr為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，

依據合金元素比例不同，有的以鐵素體為主，有

的以奧氏體為主，構成兩相同時存在的雙相不銹

鋼。

*因其含有鐵素體及強化元素，熱處理后，強度比

奧氏體不銹鋼略高，塑、韌性好，基本上不能用

熱處理手段調整性能。

*有較高的耐蝕性，特別是在含cl-介質中、海水

中，有較好的耐點蝕和縫隙腐蝕、應力腐蝕的

特點。●鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼

*一般含Cr為17-30％，Ni122第二部分不銹鋼的熱處理不銹鋼以Cr為主的大量合金元素構成的成分特點，是其具有不銹、耐蝕的基本條件。要想充分發揮合金元素的作用，獲得理想的力學和耐蝕性能，還必須通過熱處理方法實現。第二部分不銹鋼的熱處理不銹鋼以Cr為主的大量合金元素構成的123（一）鐵素體不銹鋼的熱處理

一、熱處理的目的

●鐵素體不銹鋼一般情況下是穩定的單一鐵素體組織

●加熱、冷卻不發生相變，故不能用熱處理方法調整力學性能，其主要目的是減小脆性和提高抗晶間腐蝕能力（一）鐵素體不銹鋼的熱處理

一、熱處理的目的

●鐵素體124為達這一目的，要解決以下幾個主要問題：1、σ相脆性

*鐵素體不銹鋼極易生成σ相，這是一種富

Cr的金屬化合物，硬而脆，特別容易在晶

間形成，使鋼變脆，并增加晶間腐蝕敏感

性

*σ相形成與成分有關，除Cr外，Si、Mn、

Mo等都促進σ相形成;還與加工過程有

關，尤其在540-815℃區間加熱、停留，

更促進σ相形成。但σ相形成是可逆的，

重新加熱到高于σ相形成溫度會重新溶解

于固溶體中為達這一目的，要解決以下幾個主要問題：1、σ相脆性

*鐵素1252、475℃脆性

*鐵素體不銹鋼在400-500℃區間長時間加

熱，會表現出強度升高、韌性下降即脆性

增加的特征，尤其在475℃時最明顯，稱

475℃脆性

*這是因為，在這個溫度下，鐵素體內的Cr

原子將重新排列，形成富Cr小區域，與母

相共格，引起點陣畸變，產生內應力，使

鋼硬度升高、脆性增大。富Cr區形成的同

時，必有貧Cr區出現，這對耐蝕性有不利

影響。

*當將鋼重新加熱高于700℃溫度時，畸變、

內應力會消除，475℃脆性消失2、475℃脆性

*鐵素體不銹鋼在400-500℃區間長時1263、高溫脆性

*加熱到925℃以上，并以快速冷卻下來時，

Cr、C、N等形成化合物在晶內、晶界析

出，引起脆性增加和晶間腐蝕的發生。

*這種化合物可在750-850℃溫度加熱后快

冷予以消除。3、高溫脆性

*加熱到925℃以上，并以快速冷卻下來時，

127二、鐵素體不銹鋼熱處理工藝1、退火為了消除σ相、475℃脆性及高溫脆性，可采用退火處理，在780-830℃加熱、保溫、然后空冷或爐冷。對于超純鐵素體不銹鋼（含C≤0.01％，嚴格控制Si、Mn、S、P），退火加熱溫度可提高一些。二、鐵素體不銹鋼熱處理工藝1、退火1282、去應力處理

●在焊接和冷加工后，零部件可能產生應力，

如果具體情況不宜采用退火處理，可以在

230-370℃范圍內加熱、保溫、空冷，可消

除部分內應力，改善塑性。2、去應力處理

●在焊接和冷加工后，零部件可能產生應力，

129（二）奧氏體不銹鋼熱處理奧氏體不銹鋼中Cr、Ni等合金元素作用結果使Ms點降至室溫以下（-30到-70℃）。保證奧氏體組織穩定，所以，加熱、冷卻時，在室溫以上不發生相變。因此，奧氏體不銹鋼熱處理主要目的不是改變機械性能，而是提高耐蝕性。（二）奧氏體不銹鋼熱處理奧氏體不銹鋼中Cr、Ni等合金元素作130一、奧氏體不銹鋼的固溶化處理1、固溶化處理作用（1）鋼中合金碳化物的析出與溶解鋼中C是所含合金元素之一，其除能起到一點強化作用之外，對耐蝕性是不利的，特別是C與Cr形成碳化物時，作用更壞，應力求減少它的存在。為此，依據C在奧氏體中隨溫度不同而變化的特性，即在高溫時溶解度大，低溫時溶解度小。有資料報導，C在奧氏體中的溶解度在1200℃時為0.34％;1000℃時為0.18％，而600℃時為0.0２％，室溫時則更少。所以將鋼加熱到高溫，使C-Cr化合物充分溶解，再快速冷卻，讓其來不及析出，保證鋼的耐蝕性，特別是耐晶間腐蝕性。一、奧氏體不銹鋼的固溶化處理1、固溶化處理作用131（2）σ相奧氏體鋼如果在500-900℃區間長時間加熱，或鋼中加入Ti、Nb、Mo等元素時，都會促進σ相析出，使鋼增加脆性和降低耐蝕性，消除σ相的手段也是在高于其可能析出溫度使其溶解，再快速冷卻，防止再析出?！襁@就是對奧氏體不銹鋼要進行固溶化處理的原因。（2）σ相1322、固溶化熱處理工藝

●在GB1200標準中，推薦加熱溫度范圍較

寬：1000-1150℃，通常采用1020-

1080℃。考慮具體牌號成分，是鑄件還

是鍛件等情況，在允許范圍內，適當調

節加熱溫度。

●加熱溫度低，C-Cr碳化物不能充分溶解，

溫度太高，也存在晶粒長大，降低耐蝕

性問題。2、固溶化熱處理工藝

●在GB1200標準中，推薦加熱溫度133●冷卻方式：應以較快速度冷卻，防止碳化物

再析出。在我國及其它一些國家標準中，標

明固溶化后“快冷”，這里就提出一個問題，

“快”的界限是什么？

●我們綜合不同文獻資料和實踐經驗，“快”的

尺度可按如下情況掌握：

*含C量≥0.08%的;含Cr量>22％、Ni量較高

的；含C量雖<0.08％，但有效尺寸>3mm的，

應水冷;

*含C量<0.08％、尺寸<3mm，可風冷;

*有效尺寸≤0.5mm的可空冷●冷卻方式：應以較快速度冷卻，防止碳化物

再析出。在我國及134二、穩定化熱處理穩定化熱處理只限于含穩定化元素Ti或Nb的奧氏體不銹鋼，如1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni11Nb等二、穩定化熱處理穩定化熱處理只限于含穩定化元素Ti或Nb的奧1351、穩定化熱處理作用如前所述，Cr與C結合成Cr23C6型化合物，并在晶界析出，是引起奧氏體不銹鋼耐蝕性下降的原因。Cr是強碳化物形成元素，只要有機會，就與C結合并析出，所以鋼中填加比Cr與C親合力更強的元素Ti、Nb，并創造條件，使C優先與Ti、Nb結合，減少C與Cr結合的機會，使Cr穩定的保留在奧氏體中，因此保證了鋼的耐蝕性。穩定化熱處理，起到的就是使Ti、Nb與C結合，使Cr穩定于奧氏體中的作用。1、穩定化熱處理作用如前所述，Cr與C結合成Cr23C6型化1362、穩定化熱處理工藝加熱溫度：這個溫度應高于Cr23C6的溶解溫度（400-825℃），低于或略高于TiC或NbC的開始溶解溫度（如TiC的溶解溫度區間為750-1120℃），穩定化加熱溫度一般選在850-930℃，這會使Cr23C6充分溶解，使Ti或Nb再與其中C結合，而Cr則繼續保留在奧氏體中。冷卻方式：一般采用空冷，也可采用水冷或爐冷，這應根據零件具體情況確定。冷卻速度對穩定化效果無大影響。從我們試驗研究結果看，從穩定化溫度900℃冷卻到200℃時，冷卻速度為0.9℃/min和15.6℃/min，相比，金相組織、硬度、耐晶間腐蝕能力基本相當。2、穩定化熱處理工藝加熱溫度：這個溫度應高于Cr23C6的溶137三、消除應力處理1、消除應力目的用奧氏體不銹鋼制造的零件，不可避免的存在應力，如冷加工時的加工應力、焊接應力等。這些應力的存在會帶來不利影響，如：對尺寸穩定性的影響;存在應力的零部件在含cl-介質、在H2S、NaOH等介質使用時，會發生應力腐蝕開裂，這是一種發生在局部、未有前兆的突發性破壞，是十分有害的。因此，在某些工況條件下使用的奧氏體不銹鋼制件要最大限度的降低應力，這可通過去應力方法完成。三、消除應力處理1、消除應力目的1382、消除應力熱處理工藝在條件允許的情況下，采用固溶化處理、穩定化處理都可以較好的消除應力（固溶水冷還會產生一定應力），但，有時不允許采用這種方法，如回路中的管件、沒有余量的完工件、形狀特別復雜的易變形零件等，這時可采用450℃以下溫度加熱的去應力方法，也可消除部分應力。如果工件是在強應力腐蝕環境中使