鐵素體不銹鋼一般情況下是穩(wěn)定的單相鐵素體組織，加熱和冷卻不發(fā)生相變，所以，鐵素體不銹鋼熱處理的目的不是改變組織，而是要消除或減弱在各生產(chǎn)工序中可能產(chǎn)生的第二相及其帶來的不利影響，這些影響大概可以包括以下幾個(gè)方面。


1. σ相脆性


  鐵素體不銹鋼，特別是高鉻鐵素體不銹鋼是容易生成σ 相的鋼種。σ 相的形成與鋼的成分、組織、加熱溫度、預(yù)先冷加工等因素有關(guān)。含鉻量越高越易生成σ相，硅、鎳、錳、鉬促進(jìn)σ 相生成，碳、氮有抑制σ相生成的作用，通常在540~815℃加熱就會(huì)產(chǎn)生σ相，在700~800℃加熱，σ 相生成速度最快。


  σ 相是富鉻的金屬間化合物，是一種硬而脆的相。所以，σ 相的存在會(huì)使鋼變脆，其通常是在鐵素體晶界處析出，還會(huì)降低鋼的耐腐蝕性能。使用鐵素體不銹鋼時(shí)，應(yīng)盡量減少σ 相的存在。


 σ 相的生成是可逆的。把鋼加熱到高于σ 相生成溫度范圍，σ 相便會(huì)重新溶解到固溶體中，減少對(duì)鋼的危害。通常把鋼加熱到900℃以上即可消除σ 相。


  在有些特定的使用環(huán)境中，如用于靜載荷或摩擦條件下，可利用σ 相對(duì)鋼起到的強(qiáng)化作用，提高使用效果。


2. 475℃脆性


  鐵素體不銹鋼在400~500℃長時(shí)間加熱后，會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)度升高、韌性大幅度下降的特征，因其在475℃左右表現(xiàn)最明顯，故常稱為475℃脆性。鐵素體不銹鋼的這種脆性傾向，隨鋼中含鉻量的提高而增大，產(chǎn)生脆性的溫度也隨含鉻量增高而移向較高的溫度。


  研究表明，鐵素體不銹鋼在400~500℃這個(gè)溫度區(qū)間長時(shí)間加熱過程中，鐵素體內(nèi)的鉻原子將重新排列，形成許多富鉻的小區(qū)域，它們與母相共格，引起點(diǎn)陣畸變和內(nèi)應(yīng)力，從而使鋼的強(qiáng)度升高，韌性降低，見圖2-2。


圖 2.jpg


  同時(shí)，晶體內(nèi)既然形成了富鉻區(qū)，也必然存在貧鉻區(qū)，又加之有內(nèi)應(yīng)力存在，使鋼的耐腐蝕性也會(huì)降低。見圖2-3。


圖 3.jpg


  鐵素體不銹鋼高于700℃溫度加熱時(shí)，由于鉻原子重新排列引起的畸變和內(nèi)應(yīng)力會(huì)消除，所以，其帶來的對(duì)鋼的不利影響也隨之消除。即475℃脆性在高于這個(gè)溫度進(jìn)行加熱會(huì)被消除。


3. 高溫脆性


  當(dāng)鐵素體不銹鋼中含有一定量的碳、氮等間隙元素時(shí)，加熱到950℃以上再冷卻下來，可使鋼在室溫下的塑性和韌性降低，呈現(xiàn)出明顯的脆性，一般稱為鐵素體不銹鋼的高溫脆性。這種現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在鑄件、焊接件以及在950℃以上加熱的工件中。


  鐵素體不銹鋼中高溫脆性產(chǎn)生的原因，認(rèn)為是自高溫冷卻下來的過程中，鋼中的鉻與碳和氮形成化合物并在晶內(nèi)和晶界析出的結(jié)果。這種析出物的存在不僅降低鋼的韌性，也降低鋼的耐腐蝕性。這種不利影響不僅限制了鋼在高溫下的使用，也對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生有害的作用。


  鐵素體不銹鋼的高溫脆性可以通過將鋼加熱到750~850℃,然后以較快速度冷卻來消除，使鋼的塑性得到恢復(fù)。


4. 晶間腐蝕


  鐵素體不銹鋼也會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。研究和實(shí)踐證明，鐵素體不銹鋼加熱到925℃以上，就是以較快速度冷卻到室溫，也將處于引起晶間腐蝕的敏化狀態(tài)。這點(diǎn)與奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的條件是不同的。普通鐵素體不銹鋼焊接后，焊縫區(qū)，特別是緊鄰熔合線處即符合這種產(chǎn)生敏化的條件。


  鐵素體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕的原因，認(rèn)為是鋼從較高溫度冷卻下來時(shí)，會(huì)有含鉻的碳化物和氮化物從晶間沉淀析出的結(jié)果。而在低于900℃溫度加熱冷卻后，晶間腐蝕傾向明顯減弱。這可從許多研究者的大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到證實(shí)，見表2-1。


表 1.jpg


  通過研究還證明，對(duì)于已經(jīng)處于晶間腐蝕敏感狀態(tài)的鐵素體不銹鋼，一般經(jīng)過700~800℃短時(shí)間加熱處理，便可減少或消除晶間腐蝕傾向，這一點(diǎn)也可從表2-1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得到驗(yàn)證。


 對(duì)鐵素體不銹鋼進(jìn)行熱處理的出發(fā)點(diǎn)，就是要消除或減少鋼中的σ相脆性、475℃脆性、高溫脆性和晶間腐蝕傾向存在而產(chǎn)生的不良效果，同時(shí)，盡量減少鑄造、焊接、冷加工等加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變。以保證鐵素體不銹鋼在使用中具有良好的韌性和耐腐蝕性能，使構(gòu)件組織、形狀和尺寸穩(wěn)定。