特殊性能鋼之不銹鋼的淬火方法

發布時間：2012-10-24 16:44:45

特殊性能鋼是指具有特殊物理化學性能并可在特殊環境下工作的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼及低溫用鋼等。 1．金屬腐蝕與防護金屬腐蝕通常可分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩種類型。前者是金屬在干燥氣體或非電解質溶液中的腐蝕，腐蝕過程不產生電流，鋼在高溫下的氧化屬于典型的化學腐蝕；后者是金屬與電解質溶液接觸時所發生的腐蝕，腐蝕過程中有電流產生，鋼在室溫下的銹蝕主要屬于電化學腐蝕，大部分金屬的腐蝕都屬于電化學腐蝕。當兩種互相接觸的金屬放人電解質溶液時，由于兩種金屬的電極電位及淬火方法不同，彼此之間就形成一個微電池，并有電流產生。電極電位低的金屬為陽極，電極電位高的金屬為陰極，陽極的金屬將不斷被熔解，而陰極金屬就不被腐蝕。對于同一種合金，由于組成合金的相或組織不同，淬火方法也不同，也會形成微電池，造成電化學腐蝕。提高金屬的抗電化學腐蝕能力，通常采取以下措施： ①通過淬火方法獲得單相均勻的金屬組織，從而不會產生原電池作用。
　　②通過加入合金元素提高金屬基體的電極電位及淬火方法。
　　③加入合金元素，在金屬表面形成一層致密的氧化膜，又稱鈍化膜，把金屬與介質分隔開，防止進一步的腐蝕，為淬火方法做準備。 2．不銹鋼的用途及性能要求不銹鋼在石油、化工、原子能、宇航、海洋開發、國防工業和一些尖端科學技術及日常生活中都得到廣泛應用。對不銹鋼的性能要求最主要的是耐蝕性，除此之外，制作工具的不銹鋼還要求高硬度、高耐磨性，制作重要結構零件要求高強度，某些不銹鋼則要求有較好的加性能，需采用不同的淬火方法。 3．不銹鋼的成分特點 ①碳含量：耐蝕性要求愈高，碳含量應愈低。大多數不銹鋼的碳質量分數為0.1%-0.2%。對碳質量分數要求較高0.85%-0.95%的不銹鋼，應相應地提高鉻含量和特殊的淬火方法。
　　②主加元素：Cr是最重要的必加元素，不但提高鐵素體電位，鋼的耐蝕性明顯提高。同時，在金屬表面形成致密氧化膜使腐蝕過程受阻，從而提高鋼的耐蝕性；Ni是擴大奧氏體區元素，經適宜的淬火方法，用于形成單相固溶體奧氏體組織，顯著提高耐蝕性，也可提高材料電極電位，但鎳稀缺，鋼中Ni與Cr鉻常配合使用則會大大提高其在氧化性及非氧化性介質中的耐蝕性。
　　③其他元素：加入Mo、Cu等元素，經適宜的淬火方法可提高鋼在非氧化性酸中的耐蝕能力；加入Ti、Nb能優先同碳形成穩定碳化物，使Cr保留在基體中，避免晶界貧鉻，從而減輕鋼的晶界腐蝕傾向。加入Mn、N等，部分代替Ni以獲得奧氏體組織，經適宜的淬火方法能提高鉻不銹鋼在有機酸中的耐蝕性。 4．常用不銹鋼不銹鋼按正火狀態的組織可分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼。 (1)馬氏體不銹鋼：為了提離耐蝕性，馬氏體不銹鋼的含碳量都控制在很低的含量范圍，一般不超過0.4%。含碳量越低，經合適的淬火方法，鋼的耐蝕性就越好。含碳量越高，基體中的含碳量就越高，則鋼的強度和硬度就越高；但含碳量越高，形成鉻的碳化物量也就越多，其耐蝕性就變得越差一些。lCr13、2Cr13鋼：耐蝕性較好，且有較好的力學性能。一般采用調質處理與選擇合適的淬火方法。3Cr13、4Cr13：鋼因碳含量增加，強度和耐磨性提高，但耐蝕性降低。采用淬火方法進行淬火、低溫回火處理，制作具有較高硬度和耐磨性的醫工具。 (2)鐵素體型不銹鋼：常用的鐵素體不銹鋼的含碳量低于0.15%，含鉻量為12%-30%。，也屬于鉻不銹鋼。由于含碳量相應地降低，含鉻量有相應地提高淬火方法，鐵素體型不銹鋼為單相鐵素體組織，耐蝕性比Cr13型鋼更好，塑性、淬火方法的淬火性、焊接性也優于馬氏體不銹鋼。這類鋼在淬火介質中進行退火或正火狀態下處理下，塑性很好，但強度顯然比馬氏體不銹鋼低，經合適的淬火方法，主要用制造耐蝕性要求很高而強度要求不高的構件。 (3)奧氏體型不銹鋼：由于鎳的加入，擴大了奧氏體區，因而18-8型不銹鋼在退火狀態下呈現奧氏體+碳化物的組織。碳化物的存在，對鋼的耐腐蝕性有很大損傷，故通常采用固溶處理或其他淬火方法進一步提高其耐蝕性，即把鋼加熱到1100℃后水冷，淬火方法使碳化物溶解在高溫下的奧氏體中，再通過快令，就在室溫下獲得單相的奧氏體組織。單相奧氏體不銹鋼具有很強的加工硬化特性，奧氏體型不銹鋼的淬火方法一般利用形變強化提高強度，其形變強化能力比鐵素體型不銹鋼要強。此外，還具有較好的耐熱性，可在700℃下長期使用。這類鋼不僅耐腐蝕性能好，而且鋼的冷熱加工性和焊接性也很好。在450-850℃加熱，或在焊接時，由于在晶界析出鉻的碳化物，使晶界附近的含鉻量降低，在介質中會引起晶間腐蝕。故18—8型不銹鋼中常加入Ti或Nb，以防止晶間腐蝕，也可以進一步降低鋼的含碳量，即生產超低碳的不銹鋼。對于已產生晶間腐蝕傾向的零件，也可通過固溶處理消除。本文參考《金屬工藝基礎與實踐》一書。

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