奥氏体不锈钢和耐热钢及金相分析（二）

      影响奥氏体不锈钢的组织、性能的热处理工艺主要有固溶处理、稳定化处理、敏化处理、去应力处理、去σ相处理等。

      1、固溶处理
      固溶处理是奥氏体不锈钢最基本的热处理制度。通过固溶处理，可使合金中的碳化物充分溶解，并在随后的快冷过程中，抑制碳化物的析出，得到均一的奥氏体组织。均一的组织是奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能的重要条件。
      奥氏体不锈钢的固溶温度一般在1000℃~1150℃。固溶热处理温度越高，碳化物的固溶量越高。若固溶温度低于800℃，固溶量急剧下降而保留碳化物。尤其在晶界上会残留碳化物，成为晶间腐蚀的原因。但固溶温度太高也会带来一些弊端。如晶粒度会急剧长大；使得材料的塑性急剧下降，影响材料的冷加工，尤其是冷冲压性能。晶粒长大也使得材料的抗晶间腐蚀性能下降，这主要是由于晶界减少的原因。晶粒长大后，不能用热处理方法来改善。同时，还会析出δ铁素体。钢中存有δ铁素体，有利方面是屈服强度比单一奥氏体更高，晶间腐蚀敏感性比较低（铁素体中铬含量高，扩散较容易，使晶界的贫铬现象大为改善），焊接时裂纹的倾向小。不利方面是点腐蚀的倾向比单一奥氏体大。锻造与轧制时，由于奥氏体与δ铁素体的塑性变形能力以及再结晶的速度不同，易产生裂纹。锻件存有过多的δ铁素体，在高温中长期的加热后会导致δ转变为σ相，从而使钢材脆化或降低耐蚀性。
      铁素体相消除的根本的办法是提高钢中奥氏体形成元素的含量。镍是首选元素，但是从经济的角度出发，锰和氮更受到人们的重视。特别是氮，其抑制铁素体形成的能力为镍的30倍，同时又有改善耐蚀性和提高强度的作用。
      奥氏体不锈钢在固溶处理后一般均采用水冷等快冷方式，这是为了避免在冷却过程中碳和铬等元素形成碳化物Cr23C6析出，在组织中形成贫铬区，影响合金的耐腐蚀性能。由于奥氏体晶界是碳化物容易形核、析出的区域，因此晶界附近很容易形成贫铬区，造成奥氏体晶间腐蚀断裂。
      
      2、稳定化处理
      含钛、铌的18-8钢一般在固溶处理后还需进行稳定化处理。钛和铌与碳的亲和力都比铬大，把它们加入钢中后，C优先与它们结合形成TiC，NbC。这样就使钢中的碳不再与铬结合形成Cr23C6，也就不引起晶界贫铬区，从而起到抑制晶间腐蚀的作用。但钛、铌的加入只有经稳定化处理后才能起到抑制晶间腐蚀的作用。这是因为钢中的铬比钛、铌含量高的多，因此碳与铬相遇形成Cr23C6的概率比形成TiC、NbC大的多。并且当钢经1050℃以上固溶处理时，Cr23C6被溶解的同时，大部分TiC、NbC也已溶解。在以后的敏化温度加热时，由于钛原子半径（1.46埃）大于铬的原子半径（1.28埃），钛的扩散比铬困难，因此形成Cr23C6就比形成TiC容易。所以，重要的是要使钢中的Cr23C6向TiC、NbC转变。将钢加热到高于Cr23C6的溶解温度，而低于TiC、NbC的溶解温度，就能促成这一转变，这就是所谓的稳定化处理。12Cr18Ni9Ti钢稳定化处理的温度为850℃~880℃。

      3、去应力处理（应力松弛处理）
      由于奥氏体不锈钢具有冷加工硬化效应，因此需在冷加工或焊接后进行消除残余应力的热处理。一般在300℃~350℃回火。对于不含稳定化元素钛、铌的钢，加热温度不超过450℃，以免析出碳化物而引起晶间腐蚀。如需高温除应力，必须采用快冷方式。对于超低碳和含钛、铌不锈钢的冷加工件和焊接件，可在500℃~950℃加热，然后缓冷。消除焊接应力应取较高的温度。经过消除应力处理的工件可以减轻其晶间腐蚀倾向并提高钢的抗应力腐蚀能力。同时可以改善其力学性能，塑性虽无明显改变，但各种强度尤其是比例极限会增加很多。

      4、敏化处理
      奥氏体不锈钢在450℃~850℃保温或缓慢冷却时，会出现晶间腐蚀倾向。碳含量越高，晶间腐蚀倾向越大。在焊接件的热影响区也会出现晶间腐蚀倾向。这是由于在晶界上析出高铬的Cr23C6，使其周围基体产生贫铬区，从而形成腐蚀原电池而造成的。
      敏化处理也是评定18-8系列不锈钢晶间腐蚀倾向的程序之一。按GB/T 4334-2008《金属和合金的腐蚀 不锈钢晶间腐蚀试验方法》标准，敏化处理温度为650℃，压力加工件试样保温时间2h，铸件保温1h，空冷。

      5、消除σ相处理
      当高铬奥氏体钢含镍不足时，常会产生复相（δ+γ）。或由于长期的时效，在奥氏体基础上也会出现σ相，σ相主要是由δ相转变而来的。Mo、Si、Ti、Nb等元素可以促使δ相形成、因此也使σ相易于形成。这类钢中σ相形成一般须经过500℃~900℃长期时效。当加热致更高温度时，σ相将重新转变为δ相。一般认为，当σ相含量体积分数不超过3%，并以小颗粒状均匀分布时，对韧性影响不明显。否则会使钢的冲击性能大大降低。还可导致钢的抗氧化性能下降和晶间腐蚀敏感。这主要是由于σ相富铬，会使固溶体中产生贫铬区。
工业上产生σ相后，一般可以通过820℃以上的温度加热或这通过固溶处理来消除。由于钢的成分不同，σ相的溶解温度也不一致，因此，必须通过试验来选择适当的温度。