奥氏体系不锈钢及其热处理工艺

奥氏体系不锈钢及其热处理工艺目录1.奥氏体不锈钢(一)奥氏体不锈钢成分(二)奥氏体不锈钢合金化原理1.奥氏体不锈钢(一)奥氏体不锈钢成分奥氏体不锈钢是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。当钢中含有约18%的铬、8%~10%的镍和约0.1%的碳时,就会形成稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢,以及在此基础上增加铬、镍含量并加入钼、铜、硅、铌、钛等元素而发展起来的高铬-镍系列钢。奥氏体不锈钢无磁性,且具有高韧性和塑性,但强度较低,无法通过相变强化,只能通过冷加工进行强化。如果在奥氏体不锈钢中加入硫、钙、硒、碲等元素,则可以提高其易切削性。奥氏体不锈钢在不锈钢中一直扮演着最重要的角色,其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%。由于其优良的性能和特点,奥氏体不锈钢越来越受到重视和应用,特别是在核电设备制造中,被广泛用于制造重要、关键的零部件。此类钢除了耐氧化性酸介质侵蚀外,如果含有钼、铜等元素,还能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的侵蚀。如果含碳量低于0.03%或含有钛、镍,也可显著提高其耐晶间侵蚀性能。高硅的奥氏体不锈钢在浓硝酸中也具有良好的耐蚀性。由于奥氏体不锈钢具有全面和良好的综合性能,在各行各业中广受应用。(二)奥氏体不锈钢合金化原理提高钢耐蚀性的方法很多,如表面涂覆耐蚀金属、涂敷非金属层、电化学保护和改变腐蚀环境介质等。但利用合金化方法,提高材料本身的耐蚀性是最有效的防止腐蚀破坏的措施之一,其原理及方法如下:1.加入合金元素,提高钢基体的电极电位,从而提高钢的抗电化学腐蚀能力。一般钢中加入铬、镍、硅等多元素均能提高其电极电位。由于镍较缺乏,大量加入硅会使钢变脆,因此,只有铬是显著提高钢基体电极电位的常用元素。2.合金元素使钢(不锈钢)的表面形成一层稳定、完整且与钢基体结合牢固的钝化膜,从而提高钢的耐化学腐蚀能力。如在钢中加入铬、硅、铝等合金元素,使钢表层形成致密的Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜,就可提高钢(不锈钢)的耐蚀性。3.加入合金元素使钢(不锈钢)在常温时能以单相状态存在,减少微电池数目,从而提高钢的耐蚀性。如插手足够数量的Cr或Cr－Ni,使钢在室温下获得单相铁素体或单相奥氏体。4.加入Mo、Cu等元素，提高抗腐蚀的能力。5.插手Ti，Nb等元素，消弭Cr的晶间偏析，从而减轻了晶间侵蚀倾向。6.插手Mn、N等元素，代替部分Ni获得单相奥氏体组织，同时能提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。随着医学界就环境中的微量元素对健康影响的深入研究，现已证实了许多金属元素如铬、镍、钼、镉、锰、钛等及其化合物对人体健康有着不同性质，不同程度的危害。我国对于用不锈钢制成的厨具也已制订出卫生标准。但是如果使用者缺乏这方面的知识，使用不当，不锈钢中的微量金属元素同样会在人体内慢慢累积，当累积的数量达到某一限度，就会危害人体健康。所以使用不锈钢厨具、食具必须注意如下几点：（1）切忌用不锈钢锅煲中药，因中药含有多种生物碱、有机酸等成分，特别是在加热条件下，很难避免不与之发生化学反应，而使药物失效，甚至生成某些毒性更大的络合物。（2）切勿用强碱性或强氧化性的化学药剂如苏打、漂白粉、次氯酸钠等进行洗涤。因为这些物质都是强电解质，同样会与不锈钢起电化学反应。（3）不可长时间盛放盐、酱油、醋、菜汤等，因这些食品中含有很多电解质，如果长时间盛入，则不锈钢同样会像其他金属一样，与这些电解质起电化学反应，使有毒的金属元素被溶解出来。奥氏体系不锈钢及其热处理工艺（三）奥氏体不锈钢型号1.200系列：铬-镍-锰奥氏体不锈钢2.300系列：铬-镍奥氏体不锈钢------型号301：延展性好，用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和委靡强度优于304不锈钢，产品如：弹簧、钢构、车轮盖。------型号302：耐侵蚀性同304，由于含碳相对要高因此强度更好。------型号303：通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。------型号304L：与304相同特性，但低碳故更耐蚀、易热处理，但机械性较差适用焊接及不易热处理之产品。------型号304N：与304不异特征，是一种含氮的不锈钢，加氮是为了提高钢的强度。------型号309：较之304有更好的耐温性。------型号309S：具多量铬、镍，故耐热、抗氧化性佳，产品如：热交换器、锅炉零组件、喷射引擎。------型号310S：含最多量铬、镍，故耐热、抗氧化性最佳热交换器、锅炉零组件、电机设备。------型号316L：低碳故更耐蚀、易热处理，产品如：化学加工设备、核能发电机、冷冻剂储糟。------型号321：除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之奥氏体系不锈钢及其热处理工艺外其他性能类似304，适于焊接酿酒设备、蒸气管、航空零件。------型号347：添加安定化元素铌，适于焊接航空器具零件及化学设备。严格意义上讲，由于200系列不锈钢中的锰在钢中电极电位起的作用不大，形成的氧化膜的保护作用非常低，不能起到耐腐蚀作用，因此锰合金化的奥氏体不锈钢，不能称之为真正的“不锈钢”。目前国内很多厂家处于成本考虑，在不锈钢中降低了铬、镍，增加了锰的含量。专家认为，不锈钢之所以能不锈，就是因为有铬和镍的存在，降低这两种成分的含量会降低防锈性能。4以下是我国与发达工业国家（美国、日本、德国）的奥氏体不锈钢牌号对比(表2)：GB(中国)ASTM(美国)JIS(日本)DIN(德国)1Cr17Ni7301SUS301X12CrNi1771Cr18Ni9302SUS302X12CrNi1881Cr18Ni10303SUS303X12CrNiS1880Cr18Ni9304SUS304X5CrNi18900Cr19Ni10304LSUS304LX2CrNi1890Cr17Ni12Mo2316SUS316X5CrNiMo181000Cr17Ni14Mo2316LSUS316LX2CrNiMo18100Cr18Ni10Ti321SUS321X10CrNiTi1890Cr19Ni13Mo3317SUS317X2CrNiMo1816（四）奥氏体不锈钢种类1.物理上不锈钢通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即奥氏体系不锈钢及其热处理工艺从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。2.化学上（1）奥氏体不锈钢在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包孕著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并插手Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素开展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如插手S，Ca，Se，Te等元素，则具有良好的易切削性。（2）铁素体不锈钢在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。含铬量在11%~30%，具有体心立方晶体结构。这类钢一般不含镍，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，这类钢具导热系数大，膨胀系数小、抗氧化性好、抗应力腐蚀优良等特点，多用于制造耐大气、水蒸气、水及氧化性酸腐蚀的零部件。这类钢存在塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制了它的应用。炉外精炼技术（AOD或VOD）的应用可使碳、氮等间隙元素降低，因此使这类钢获得广泛应用。（3）奥氏体--铁素体双相不锈钢是奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及奥氏体系不锈钢及其热处理工艺导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。（4）马氏体不锈钢通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型，如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。（五）奥氏体不锈钢的特点奥氏体不锈钢最基本的合金元素是铬和镍，代表性的牌号是含铬为18%左右、含镍为8%左右的铬-镍奥氏体不锈钢。铬和镍的元素配比基本上保证了钢的组织是稳定的奥氏体。奥氏体不锈钢的发展很快，为了适应不同条件的需要，在18-8钢的基础上，改变被的含量或添加其他合金元素，赋予了这类不锈钢更优良的性能。奥氏体不锈钢的组织结构决意了其力学机能的特点是强度较低而塑性和韧性较高。在我国不锈钢标准中，给定的奥氏体不锈钢抗拉强度—般为480～520N/mm2；个体的还有400N/mm2。按标准，奥氏体不锈钢锻材、轧材没给出冲击试验值，实际上，奥氏体不锈钢固溶化热处理后的冲击功可达120J或更高。奥氏体不锈钢的力学机能不能通过热处理进行调整。18-8型奥氏体不锈钢对氧化性介质，如大气、稀硝酸或中等浓度的硝酸、浓硫酸是耐腐蚀的，在氢氧化钠和氢氧化钾的溶液中，在相当宽的浓度和温度范围内有较好的耐腐蚀性。而在还原性介质，如盐酸、亚硫酸中不耐腐蚀，在浓硝酸中也不耐腐蚀。此外，奥氏体不锈钢加热后在850℃～400℃区间缓慢冷却时，铬的碳化物会从晶界析出，使晶界处产生局部贫铬区，从而产生奥氏体系不锈钢及其热处理工艺晶间侵蚀。奥氏体不锈钢的抗晶间侵蚀能力与含碳呈有关，含碳量越低，抗晶间侵蚀能力越强。奥氏体不锈钢对应力侵蚀开裂敏锐。钢中的含镍量对提高耐应力侵蚀开裂有重要的作用。（六）奥氏体不锈钢优缺点奥氏体不锈钢具有面心立方晶体结构，通常具有良好的塑性和韧性，这就决定了这类钢具有良好的弯折、卷曲和冲压成形行。这类钢加工不会产生任何淬火硬化，尽管其线胀系数比较大，但焊接过程中的弹塑性应力应变量很大，故焊接过程中极少出现冷裂纹。从这一点上看，其焊接性比铁素体不锈钢和马氏体不锈钢都要好。不足之处奥氏体不锈钢焊接时焊缝及热影响区热裂纹敏感性大；接头容易产生碳化铬沉淀析出，耐蚀性下降；接头中碳素体含量高时，可能出现475℃或σ相相脆化。（七）奥氏体不锈钢生产工艺奥氏体不锈钢生产工艺性能良好，特别是铬镍奥氏体不锈钢，采用生产特殊钢的常规手段可以顺利地生产出各种常用规格的板、管、带、丝、棒材以及锻件和铸件。由于合金元素(特别是铬)含量高而碳含量又低，多采用电弧炉加氩氧脱碳(AOD)或真空脱氧脱碳(VOD)法大批量生产这类不锈钢材，对于高级牌号的小批量产品可采用真空或非真空非感应炉冶炼，必要时加电渣重熔。铬镍奥氏体不锈钢优良的热塑性使其易于施以锻造、轧制、热穿孔和挤压等热加工，钢锭加热温度为1150～1260℃，变形温度范围一般为900～1150℃，含铜、氮以及用钛、铌稳定化的钢种偏靠低温，而高铬、钼钢种偏靠高温。由于导热差，保温时间应较长。热加工后工件空冷即可。铬锰奥氏体不锈钢热裂纹敏感性较强，钢锭开坯时要小变形、多道次，锻件宜堆冷。可以进行冷轧、冷拔和旋压等冷加工工艺和冲压、弯曲、卷边与折叠等成形操作。铬镍奥氏体不锈钢加工硬化倾向较铬锰钢弱，一次退火后冷变形量可以达到70%～90%，但铬锰奥氏体不锈钢由于变形抗力大，加工硬化倾向强，应增加中间软化退火次数。一般中间软化退火处理为1050～1100℃水冷。奥氏体不锈钢也可生产铸件。为了提高钢液的流动性，改善铸造性能，铸造奥氏体系不锈钢及其热处理工艺钢种合金成分应有所调整：提高硅含量，放宽铬、镍含量的区间，并提高杂质元素硫的含量上限。奥氏体不锈钢使用前应进行固溶处理，以便最大限度地将钢中的碳化物等各种析出相固溶到奥氏体基体中，同时也使组织均匀化及消除应力，从而保证优良的耐蚀性和力学性能。正确的固溶处理制度为1050～1150℃加热后水冷(细薄件也可空冷)。固溶处理温度视钢的合金化程度而定：无钼或低钼钢种应较低(≤1100℃)，而更高合金化的牌号如00Cr20Ni18Mo-6CuN、00Cr25Ni22Mo2N等宜较高(1080～1150℃)。生产中广泛采用先进技术，如炉外精炼率达到95%以上，连铸比超过80%，高速轧机和精、快锻机等普遍推广。特别是在冶炼和加工过程中实现电子计算机控制，保证了产品质量和性能的可靠和稳定。二、金属的侵蚀（一）金属的侵蚀及防护金属材料受周围介质的作用而破坏，称为金属侵蚀。金属的锈蚀是最常见的侵蚀形状。侵蚀时，在金属的界面上发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化（离子）状态。这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学机能，破坏金属构件的多少形状，增加零件间的磨损，恶化电学和光学等物理机能，收缩设备的使用寿命，以至造成火警、爆炸等灾难性事故。美国1975年因金属腐蚀造成的经济损失为700亿美元，占当年国民经济生产总值的4.2%.据统计，每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10~20%.金属腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失就更无法计算。金属的腐蚀现象非常普遍。如铁制品生锈（Fe2O3·xH2O），铝制品表面出现白斑（Al2O3），铜制品表面产生铜绿[Cu2(OH)2CO3]，银器表面变黑（Ag2S,Ag2O）等都属于金属腐蚀，其中用量最大的金属——铁制品的腐蚀最为常见。金属腐蚀的本质：金属在腐蚀过程中所发生的化学变化，从根本上来说就是金属单质被氧化形成化合物。金属侵蚀的途径：金属侵蚀过程一般通过两种途径进行：化学侵蚀和电化学侵蚀。奥氏体系不锈钢及其热处理工艺化学侵蚀：金属表面与周围介质直接发生化学反应而引发的侵蚀。电化学腐蚀：金属材料（合金或不纯的金属）与电解质溶液接触,通过电极反应产生的腐蚀。综上所述，防止金属材料腐蚀的措施：1．金属的电化学保护法（1）阴极保护法；（2）阳极保护法。2．介质处理（1）去除介质中的有害成分；（2）调节介质pH值；（3）降低气体中的湿度。3．缓蚀剂保护法（1）阳极型缓蚀剂；（2）阴极性缓蚀剂；（3）混合型缓蚀剂。4、表面覆盖法5.合理选材6.改良防腐设计及生产工艺流程（二）腐蚀的现象及意义金属腐蚀的现象十分复杂,根据金属腐蚀的机理不同,通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。【详见（三）化学腐蚀及保护膜和（四）电化学腐蚀及其防护】（三）化学腐蚀及保护膜化学腐蚀：金属表面与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。金属的化学腐蚀是金属在干燥气体（如氧、氯、硫化氢等）和非电解质溶液中进行化学反应的结果。化学反应作用引起腐蚀，在腐蚀过程中不产生电流。金属的化学腐蚀只在特定的情况下发生，不具普遍性。例如：金属的氧化M+O→MO。金属材料与干燥气体或非电解质直接发生化学反应而引发的破坏称化学侵蚀。钢铁材料在高温气体环境中发生的侵蚀,平日属化学侵蚀,在生产实际中常遇到以下类型的化学侵蚀。1.钢铁的高温氧化奥氏体系不锈钢及其热处理工艺钢铁材料在空气中加热时,铁与空气中的O2发生化学反应,在570℃以下反应如下:3Fe+2O2=Fe304生成的fe304是一层蓝玄色或棕褐色的致密薄膜,禁止了O2与Fe的继续反应,起了保护膜的作用.在570℃t22_k生成以FeO为主要成分的氧化皮渣,反应以下:2Fe+O2=2FeO生成的FeO是一种既疏松又极易龟裂的物质,在高温下O2可以继续与Fe反应,而使侵蚀向深层开展。不仅空气中的氧气会造成钢铁的高温氧化,高温环境中的CO2,水蒸气也会造成钢铁的高温氧化,反应如下:Fe+CO2=FeO+CO;Fe+H2O=FeO+H2温度对钢铁高温氧化影响极大,温度降低,侵蚀速率显著增加,因此,钢铁材料在高温氧化性介质(O2,CO2,H20等)中加热时,会造成严重的氧化侵蚀。2.钢的脱碳钢中含碳量的多少与钢的性能密切相关.钢在高温氧化性介质中加热时,表面的C或Fe3C极易与介质中O2,CO2,水蒸气,H2等发生反应:=3Fe+2CO;Fe3C(c)+H20=3Fe+CO+H2;Fe3C(c)+2H2=3Fe+CH4图1钢的脱碳上述反应使钢铁工件表面含碳量降底,这种现象称为"钢的脱碳"，如（图1）。钢铁工件表面脱碳后硬度和强度显著下降,直接影响零件的使用寿命,情况严重时,零件报废,给生产造成很大的丧失。3.氢脆氢脆（图2）平日表现为应力作用下的延迟断裂现象。含氢化合物在钢材表面发生化学反应,例如:酸洗反应:FeO+2HCl=FeCl2+H20奥氏体系不锈钢及其热处理工艺Fe+2HCl=FeCl2+2H硫化氢反应:Fe+H2S=FeS+2H高温水蒸气氧化:Fe+H20=FeO+2H图2氢脆这些反应中产生的氢,初期以原子态存在,原子氢体积小,极易沿晶界向钢材的内部扩散,使钢的晶格变形,产生强大的应力,降低了韧性,引起钢材的脆性.这种破坏过程称为"氢脆".合成氨,合成甲醇,石油加氢等含氢化合物参与的工艺中,钢铁设备都存在着氢脆的危害,特别对高强度钢铁构件的危害更应引起注意。4.高温硫化钢铁材料在高温下与含硫介质(硫,硫化氢等)作用,生成硫化物而损坏的过程称"高温硫化",反应如下:Fe+S=FeS;Fe+H2S=FeS+H2图3钢1Cr5Mo高温氢硫化氢腐蚀高温硫化反应一般在钢铁材料表面的晶界发生,逐步沿晶界向内部扩展,高温硫化后的构件,机械强度显著下降,以至整个构件报废.在采油,炼油及高温化工生产中,常会发生高温硫化侵蚀,应该引发注意。5.铸铁的肿胀侵蚀性气体沿铸铁的晶界,石墨夹杂物和渺小裂缝渗入到铸铁内部并发生化学作用,由于所生成的化合物体积较大,因此,不仅引发铸铁构件机械强度降低,而且构件的尺寸也显著增大,这种破坏过程称为"铸铁的肿胀"。（四）电化学侵蚀及其防护电化学腐蚀：金属材料（合金或不纯的金属）与电解质溶液接触,通过电极反应产生的腐蚀。金属表面由于外界介质的化学或电化学作用而酿成的蜕变及破坏的现象或过程称为侵蚀。介质中被还原物质的奥氏体系不锈钢及其热处理工艺粒子在与金属表面碰撞时取得金属原子的价电子而被还原，与失去价电子的被氧化的金属“就地”构成侵蚀产品覆盖在金属表面上，这样一种侵蚀过程称为化学侵蚀。在金属侵蚀学中，习气地把介质中接受金属材料中的电子而被还原的物质叫做去极化剂，经这种途径进行的侵蚀过程，称为电化学侵蚀。侵蚀学里，平日规定电位较低的电极为阳极，电位较高的电极为阴极。阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。当电解质溶液中有氧气存在时，在阴极上发生氧去极化反应而导致阳极金属不断溶解的现象叫氧去极化腐蚀。在海洋环境下，钢铁腐蚀的主要反应为氧去极化腐蚀：Fe处于离子状态的阳极反应，在未达到相当大的深度时,海水充气良好,海水被氧所饱和,非常有益于氧去极化的阴极反应进行,还原大量的OH-,并使海水碱性提高,Fe2+继续侵蚀并构成侵蚀产品。海水中含有大量Cl-离子,其对Fe的侵蚀危害极大。1.金属电化学腐蚀的主要形式（1）析氢侵蚀（侵蚀过程放出氢）以氢离子还原反应为过程的金属电化学侵蚀叫做析氢侵蚀。析氢侵蚀有以下三种控制类型：①阴极极化控制其特点是腐蚀电位与阳极反应平衡电位靠近，在阴极区析氢反应交换电流密度的大小将对腐蚀速度产生很大影响。②阳极极化控制只有当金属在酸溶液中能部分钝化，造成阳极反应阻力增加，才能形成这种控制类型，有利于阳极钝化的因素使腐蚀速度减小。③混合控制其特点是：阴阳极极化程度差不多，腐蚀电位离阳极反应和阴极反应平衡电位都足够远，减小阴极极化或减小阳极极化都会使腐蚀电流密度增大。（2）吸氧腐蚀（腐蚀过程吸收氧）以氧的还原反应为阴极过程的侵蚀叫做吸氧侵蚀。可将氧去极化侵蚀分奥氏体系不锈钢及其热处理工艺为三种情：①如果侵蚀金属在溶液中的电位较高，侵蚀过程中氧的传递速度又很大，则金属侵蚀速度主要由氧在电极上的放电速度决意。②如果腐蚀金属在溶液中的电位非常低，不论氧的传输速度大小，阴极过程将由氧去极化和氢离子去极化两个反应共同组成。③如果腐蚀金属在溶液中的电位较低，处于活性溶解状态，而氧的传输速度又有限，则金属腐蚀速度由氧的极限扩散电流密度决定。2.影响金属表面侵蚀的主要身分（1）金属的可逆电极电势;（2）氢、氧在金属表面的超电势；（3）金属的极化机能；（4）电解质溶液的组成3.金属的电化学保护方法及应用（1）牺牲阳极保护法具体方法为：将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。因这种方法牺牲了阳极保护了阴极，因而叫做牺牲阳极保护法。例如：钢闸门的保护，有的就应用这种方法。它是用一种更为活泼的金属，如锌等，连接在钢闸门上。这样，当发生电化学腐蚀时，被腐蚀的就是那种比铁更活泼的金属，而铁被保护了。通常在轮船的尾部和在船壳的水线以下部分，装上一定数量的锌块，来防止船壳等的腐蚀，就是应用的这种方法。目前，电化学保护法的应用除海水或河道中钢铁设备的保护外，还应用于防止电缆、石油管道、地下设备和化工设备等的腐蚀。（2）阴极电保护法把要保护的钢铁设备作为阴极，另外用不溶性电极作为辅助阳极，两者都放在电解质溶液里，接上外加直流电源．通电后，大量电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷（电子）的积累，只要奥氏体系不锈钢及其热处理工艺外加足够强的电压，金属侵蚀而产生的原电池电流就不能被输送，因此防止了钢铁的侵蚀。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的侵蚀。化工场中艳服酸性溶液的或管道，也经常使用此法。（3）阳极钝化保护法它是指用阳极极化的方法使金属钝化，并用微弱电流维持钝化状态，从而保护金属。此法是基于对金属钝化现象的研究提出的。金属阳极溶解时，在一般情况下，电极电势愈正，阳极溶解速度愈大。但在有些情况下，当正向极化超过肯定数值后，由于表面某种吸附层或新的成相层的构成，金属的溶解速度非但不增加，反而急剧下降。比方铁浸在硝酸溶液中，随着硝酸浓度的降低，铁的溶解速度加快。但当硝酸浓度超过某一临界值后，铁的溶解速度反而显著降低。这种在强化条件下金属正常溶解反而受到阻抑的现象叫做金属的钝化。如图所示就是典型的恒电势阳极极化曲线。曲线分为四个区域AB段为活性溶解区，金属进行正常的阳极溶解。当电势达到过程。金属的溶解速度剧烈降低，故时，金属发生了钝化为临界钝化电势。BC段是过渡钝化区，金属表面由活化状态过渡到钝化状态。CD段是稳定钝化区，这一段电势区通常达1~2V，有的金属甚至可达几十伏，在此电势范围内金属的钝化达到稳定状态，金属的溶解速度达到最低值，在整个CD段溶解速度几乎保持不变。DE段是过钝化区，当进入DE段，这时金属溶解速度又得新加快，造成这一现象有两种可能的原因，一是金属的高价态溶解，另一种可能是发生了其他的阳极反应，例如氧的析出。根据以上分析可知，如果把浸在介质中的金属构件和另一辅助电极组成电池，用恒电位仪把金属构件的电势控制在CD段内，则可以把金属在介质中的腐蚀降低到最小限度。具体实施时，可把准备保护的金属器件作阳极，以石墨为阴极，通入大小肯定的电流密度。并使阳极电位维持在钝化区间，这样金属器件就得到了保护。在钝化态，金属的溶解速度一般是10-6~10-8A·cm-2，比活化态小103~106倍，因此可以认为金属得到了保护。奥氏体系不锈钢及其热处理工艺（五）腐蚀损坏的形式及特点1.点蚀点蚀又称坑蚀和小孔侵蚀。点蚀有大有小，一般情况下，点蚀的深度要比其直径大的多。点蚀经常发生在表面有钝化膜或保护膜的金属上。由于金属材料中存在缺陷、杂质和溶质等的不均一性，当介质中含有某些活性阴离子（如Cl－）时，这些活性阴离子首先被吸附在金属表面某些点上，从而使金属表面钝化膜发生破坏。一旦这层钝化膜被破坏又缺少自钝化能力时，金属表面就发生侵蚀。这是因为在金属表面缺陷处易漏出机体金属，使其呈活化状态，而钝化膜处仍为钝态，这样就构成了活性—钝性侵蚀电池，由于阳极面积比阴极面积小得多，阳极电流密度很大，所以侵蚀往深处开展，金属表面很快就被侵蚀成小孔，这种现象被称为点蚀。在石油、化工的侵蚀失效类型统计中，点蚀约占20%～25%。流动不畅的含活性阴离子的介质中容易构成活性阴离子的积累和浓缩的条件，促使点蚀的生成。粗糙的表面比平滑的表面更容易发生点蚀。PH值降低、温度升高都会增加点蚀的倾向。氧化性金属离子（如Fe3+、Cu2+、Hg2+等）能促进点蚀的产生。但某些含氧阴离子（如氢氧化物、铬酸盐、硝酸盐和硫酸盐等）能防止点蚀。点蚀虽然失重不大，但由于阳极面积很小，所以侵蚀速率很快，严重时可造成设备穿孔，使大量的油、水、气泄露，偶然以至造成火警、爆炸等严重事故，风险性很大。点蚀会使晶间侵蚀、应力侵蚀和侵蚀委靡等加剧，在很多情况下点蚀是这些类型侵蚀的起源。2.缝隙侵蚀在电解液中，金属与金属或金属与金属表面之间构成狭窄的缝隙，缝隙内有关物质的移动受到了阻滞，形成浓差电池，从而产生局部腐蚀，这种腐蚀被称为缝隙腐蚀。缝隙腐蚀常发生在设备中法兰的连接处，垫圈、衬板、缠绕与金属重叠处，它可以在不同的金属和不同的腐蚀介质中出现，从而给生产设备的正常运行造成严重障碍，甚至发生破坏事故。对钛及钛合金来说，缝隙腐蚀是最应关注的腐蚀现象。介质中，氧气浓度增加，缝隙腐蚀量增加；奥氏体系不锈钢及其热处理工艺PH值减小，阳极溶解速度增加，缝隙腐蚀量也增加；活性阴离子的浓度增加，缝隙腐蚀敏感性升高。但是，某些含氧阴离子的增加会减小缝隙腐蚀量。3.应力腐蚀材料在特定的侵蚀介质中和在静拉伸应力（包孕外加载荷、热应力、冷加工、热加工、焊接等所引发的残余应力，以及裂缝锈蚀产品的楔入应力等）下，所呈现的低于强度极限的脆性开裂现象，称为应力侵蚀开裂。金属材料耐侵蚀性分类评级标准（表3）耐蚀性分类完全耐蚀相当耐蚀耐蚀性级别123耐蚀45尚耐蚀67耐蚀性差89不耐蚀10侵蚀速度（mm/年）<0.0010.001~0.0050.005~0.010.01~0.060.06~0.10.1~0.50.5~1.01.0~5.05.0~10.0>10应力侵蚀开裂是先在金属的侵蚀敏锐部位构成微小凹坑，产生细长的裂缝，且裂缝扩展很快，能在短时间内发生严重的破坏。应力侵蚀开裂在石油、化工侵蚀失效类型中所占比例最高，可达50%。应力腐蚀的产生有两个基本条件：一是材料对介质具有一定的应力腐蚀开裂敏感性；二是存在足够高的拉应力。导致应力腐蚀开裂的应力可以来自工作应力，也可以来自制造过程中产生的残余应力。据统计，在应力腐蚀开裂事故中，由残余应力所引起的占80%以上，而由工作应力引起的则不足20%。应力侵蚀过程一般可分为三个阶段。第一阶段为孕育期，在这一阶段内，因侵蚀过程局部化和拉应力作用的结果，使裂纹生核；第二阶段为侵蚀裂纹奥氏体系不锈钢及其热处理工艺开展时期，当裂纹生核后，在侵蚀介质和金属中拉应力的共同作用下，裂纹扩展；第三阶段中，由于拉应力的局部集中，裂纹急剧生长导致零件的破坏。在发生应力腐蚀破裂时，并不发生明显的均匀腐蚀，甚至腐蚀产物极少，有时肉眼也难以发现，因此，应力腐蚀是一种非常危险的破坏。一般来说，介质中氯化物浓度的增加，会收缩应力侵蚀开裂所需的时间。分歧氯化物的侵蚀作用是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na1+、Li1+等离子的顺序递减的。发生应力侵蚀的温度一般在50℃～300℃之间。防止应力侵蚀应从削减侵蚀和消弭拉应力两方面来采纳措施。主要是：一要尽量避免使用对应力侵蚀敏锐的材料；二在设计设备结构时要力求合理，尽量削减应力集中和积存侵蚀介质；三在加工制造设备时，要注意消弭残余应力。4.腐蚀疲劳腐蚀疲劳是在腐蚀介质与循环应力的联合作用下产生的。这种由于腐蚀介质而引起的抗腐蚀疲劳性能的降低，称为腐蚀疲劳。疲劳破坏的应力值低于屈服点，在一定的临界循环应力值（疲劳极限或称疲劳寿命）以上时，才会发生疲劳破坏。而腐蚀疲劳却可能在很低的应力条件下就发生破断，因而它是很危险的。影响材料腐蚀疲劳的因素主要有应力交变速度、介质温度、介质成分、材料尺寸、加工和热处理等。增加载荷循环速度、降低介质的PH值或升高介质的温度，都会使腐蚀疲劳强度下降。材料表面的损伤或较低的粗糙度所产生的应力集中，会使疲劳极限下降，从而也会降低疲劳强度。5.晶间腐蚀晶间腐蚀（图4）是金属材料在特定的腐蚀介质中，沿着材料的晶粒间界受到腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部腐蚀破坏现象。受这种腐蚀的设备或零件，有时从外表看仍是完好光亮，但由于晶粒之间的结合力被破坏，材料几乎丧失了强度，严重者会失去金属声音，轻轻敲击便成为粉末。据统计，在石油、化工设备腐蚀奥氏体系不锈钢及其热处理工艺失效事故中，晶间腐蚀约占4%～9%，主要发生在用轧材焊接的及热交换器上。一般认为，晶界合金元素的贫化是产生晶间侵蚀的主图4晶间侵蚀要原因。通过提高材料的纯度，去除碳、氮、磷和硅等有害微量元素或加入少量稳定化元素（钛、铌），以控制晶界上析出的碳化物及采用适当的热处理制度和适当的加工工艺，可防止晶间腐蚀的产生。6.均匀腐蚀均匀侵蚀是指在与环境接触的全部金属表面上简直以不异速度进行的侵蚀。在应用耐蚀材料时，应以抗均匀侵蚀作为主要的耐蚀机能根据，在特殊情况下才考虑某些抗局部侵蚀的机能。7.磨损腐蚀由磨损和侵蚀联协作用而产生的材料破坏过程叫磨损侵蚀。磨损侵蚀可发生在高速流动的流体管道及载有悬浮摩擦颗粒流体的泵、管道等处。有的过流部件，如高压减压阀中的阀瓣（头）和阀座、离心泵的叶轮、风机中的叶片等，在这些部位腐蚀介质的相对流动速度很高，如图5~图6所示，使钝化型耐蚀金属材料表面的钝化膜，因受到过分的机械冲刷作用而不易恢复，腐蚀率会明显加剧，如果腐蚀介质中存在着固相颗粒，会加剧磨损腐蚀。图5工业锌在H2SO4溶液中溶解示意图图6直接接触的锌与铜奥氏体系不锈钢及其热处理工艺在硫酸中的示意图8.氢脆（六）材料抗蚀性的评定金属材料在某一环境介质下承受或抵抗腐蚀的能力称为金属材料的耐蚀性或抗蚀性。显然必须有公认的表示腐蚀程度、速度的方法和耐蚀性评定标准，才能定量地确定金属材料的耐蚀性。金属遭受腐蚀后，其质量、厚度、机械性能、组织结构及电极过程都会发生变化。这些物理和力学性能的变化率可用来表示金属的腐蚀程度。1.均匀侵蚀的程度与评定方法（1）侵蚀速度的质量指标（2）金属腐蚀速度的深度指标VL=V-×24×365×10/(ρ)=V-×8.76/ρ（3）均匀腐蚀金属耐蚀性评定（表4）我国金属侵蚀性四级标准（表4）级别123侵蚀速度/(mm/s)0.050.05~0.50.5~1.5耐蚀性评价优良良好可用，腐蚀较重奥氏体系不锈钢及其热处理工艺1.52.局部腐蚀的程度与评定方法（1）局部侵蚀程度表示方法①侵蚀强度指标：是指材料侵蚀前后的轻度极限变化率②腐蚀的延伸率指标：是指材料腐蚀前后延伸率的变化（2）局部侵蚀金属耐蚀性评定①局部侵蚀的关系评定指标（表5）不适用，腐蚀严重4金属局部侵蚀耐蚀性参考标准（表5）侵蚀性评定完全极耐完全耐蚀极耐蚀足够耐蚀稍耐蚀简直不耐蚀不耐蚀②应力侵蚀断裂倾向评定（表6）应力侵蚀程度参考标准断裂时塑性指标下降值抗拉时试样表面裂纹数/%55-1010目不增加少量增加大量增加无弱有腐蚀断裂倾向等级1234567v/mm/a0.0010.010.10.31.05.05.0K/%/a0-50-50-55-1010-2020-5050奥氏体系不锈钢及其热处理工艺三、奥氏体不锈钢晶间侵蚀（一）晶间侵蚀产生的机理不锈钢在侵蚀介质作用下，在晶粒之间产生的一种腐蚀现象称为晶间腐蚀（如右图）。产生晶间腐蚀的不锈钢，当受到应力作用时，即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失，这是不锈钢的一种最危险的破坏形式。晶间腐蚀可以分别产生在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上，在熔合线上产生的晶间腐蚀又称刀状腐蚀。不锈钢具有耐侵蚀能力的需求条件是铬的质量分数必需大12%，当温度降低时，碳在不锈钢晶粒内部的散布速度大于铬的散布速度。因为室温时碳在奥氏体中的熔解度很小，约为0.02%～0.03%，而一般奥氏体不锈钢中的含碳量均超过此值，故多余的碳就不竭地向奥氏体晶粒边界散布，并和铬化合，在晶间构成碳化铬的化合物，如（CrFe）23C8等。但是由于铬的散布速度较小，来不及向晶界散布，所以在晶间所构成的碳化铬所需的铬主要不是来自奥氏体晶粒内部，而是来自晶界附近，结果就使晶界附近的含铬量大为削减，当晶界的铬的质量分数低到小于12%时，就构成所谓的“贫铬区”，在侵蚀介质作用下，贫铬区就会失去耐侵蚀能力，而产生晶间侵蚀。从“贫铬理论”的角度看，奥氏体不锈钢在固溶态下，碳以过饱和方式溶解于r固溶体中加热时，过饱和的碳以Cr23C6的习气那时沿晶界析出。Cr23C6析出需求在更高的温度下才干充分进行，所以焊接的敏化温度范围为600~1000℃，高于平衡条件下的敏化温度。在焊接讨论的民化温度区间时，金属晶粒内部过饱和的碳原子会逐步向晶粒边缘散布，与晶粒边缘层的铬原子结合成Cr23C6并沿晶界沉淀析出。这是由于铬原子的散布速率比碳原子慢的多，经历内部的铬原子来不及跨哦三道经理奥氏体系不锈钢及其热处理工艺表面，补充形成Cr23C6所消耗的铬，鼓经历边缘层的哿含量地狱耐蚀所许铬的极限值。有腐蚀介质作用时，区域将明显腐蚀，即产生了焊接接头的晶间腐蚀。（二）不锈钢晶间腐蚀原因分析1．碳化铬沉淀引起的晶间腐蚀不锈钢中的碳与铬形成复杂的不稳定的间隙碳化物Cr23C6,分子呈正交晶格结构，此种碳化物与铁的亲和力较强，在高温时，形成的（Cr，Fe)23C6溶于具有体心立方晶格的相中，温度越高，则碳化物溶解的越多，这种状态以急速冷却方法保存在室温时，形成过饱和固溶体，但在缓慢冷却过程中，碳化物为了保持平衡，会在固溶体中析出。过饱和固溶体不是稳定的，在敏化处理温度（450~850）℃再加热时，碳化物沿晶粒间界优先析出，奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀趋势。当温度高于730℃时，晶间的碳化铬是孤立的颗粒，晶间腐蚀趋势小；低于650℃时，晶间的碳化铬在晶界面上形成连续的片状，晶间腐蚀趋势增大。2.相沉淀引起的晶间腐蚀超低碳不锈钢晶间腐蚀，是由于ó相（FeCr的金属间化合物）在晶界的析出，引起晶界区域贫铬，导致产生晶间腐蚀，由于ó相比γ相耐腐蚀，在强氧化还原电位下，ó相产生选择性的晶间腐蚀。3.MC沉淀引起的晶间腐蚀不锈钢中含有肯定量的M元素，在500~900℃范围内加热，同时在氧化介质中工作，融会线区会呈现沿境界的侵蚀。在融化焊接时，这个部位要加热到固相线附近的高温，不仅M23C6完全溶解，第2次加热时，TiC、NbC也全部溶解，这些碳化物都市沉淀，并且沿晶界进行。在缓慢冷却过程中，溶解后的M23C6以树枝状形状的MC沉淀，在氧化介质中，MC可以被溶解而导致刀线侵蚀。4.吸附沉淀引发的晶间侵蚀不锈钢中含有少量的杂质磷，磷在晶界面产生吸附，与晶界交互作用，晶界处部分球状碳化物受侵蚀。在900~1000℃，晶界有少量的球奥氏体系不锈钢及其热处理工艺状碳化物受侵蚀，温度越高，吸附越小，在钢的熔点（1458~1470℃）吸附消失。因此在亚温相P到熔点完全溶解。（三）影响晶间腐蚀的因素1．加热温度和加热时间当加热温度小于450℃或大于850℃时，不会发生晶间腐蚀。因为由于450℃时，温度较低不会形成碳化铬化合物。而在温度超过850℃时，晶粒内的铬扩散能力加强，有足够的铬扩散到晶界和碳结合，不会形成贫铬区。所以产生的晶间腐蚀的加热温度一般是在450℃至850℃之间，称为产生晶间腐蚀的“危险温度区”。其中尤其以650℃为最危险。焊接时，热影响区中处于危险温度区的地带最易产生晶间腐蚀。因此，在450℃至850℃的温度区间加热时间越长，产生晶间腐蚀的危险性越大，如450℃至850℃间的冷却速度越大，则产生晶间腐蚀的可能性就越小。如下图7所示：图7加热温度和加热时间对晶间侵蚀的影响2．钢中的含碳量随奥氏体不锈钢中含碳量的增加，在晶间构成贫铬区的机会就增加，导致产生晶间侵蚀的倾向也越大。所以碳是晶间侵蚀最有害的元素。奥氏体不锈钢据含碳量分：一般含碳量（<=0.14％）,低碳级（<=0.06%）和超低碳级（<=0.03%）。室温时奥氏体钢中能溶解的最大含碳量是0.02～0.03％，所以超低碳奥氏体不锈钢实际是不会产生晶间腐蚀的，是一种优良品种的不锈钢。奥氏体系不锈钢及其热处理工艺3．金相组织的影响不锈钢的金相组织如果是单相奥氏体，则其抗晶间侵蚀能力较差，如果组织中有铁素体存在，构成奥氏体加铁素体的双相组织，则会提高其抗晶间侵蚀能力。双相组织对抗晶间侵蚀有益作用以下图8所示：图8双相组织对抗晶间腐蚀因为铬在铁素体中的散布速度快，碳化铬在铁素体内部及其附近析出，减轻了奥氏晶间贫铬现象。同时铁素体分隔了奥氏体晶粒之间的连续晶界，使之不产生连续的晶间贫铬区，因此提高了抗晶间侵蚀的能力。但是奥氏体不锈钢中的组织中铁素体含量不能太多，否则易引发焊接讨论的脆化现象。4.热处理工艺的影响通过热处理可消除贫铬区，稳定金属组织，可有效的减少晶间腐蚀的产生。5.其他元素的影响如在不锈钢中加入钛、铌等与碳的结合能力比铬更强的元素，能够与碳结合成稳定的碳化物，可以避免在奥氏体中形成贫铬区，这些元素称为稳定剂，并且钛和铌还是形成铁素体的元素，加入后会促使形成双相组织。所以，通过添加这些元素可以减少晶间腐蚀的产生。（四）防止晶间侵蚀的措施1.冶金措施（1）控制含碳量在0.08％以下因为含碳量在0.08％以下时，可以析出的碳的数量较少，在0.08％以上时，可以析出的碳的数量迅速增加。降低含碳量。当钢中碳的质量分奥氏体系不锈钢及其热处理工艺数在0.03%以下时，即使在700℃较长时间回火也不会产生晶间侵蚀。（2）使焊缝金属具有奥氏体-铁素体双相组织，起铁素日的体积分数应超过4%~12%。在此范围内，不仅能提高焊缝经书抗晶间腐蚀的呢公里和抗应力腐蚀的能力，同时还能提高焊缝金属抗热裂纹的能力。在焊缝中加入铁素体形成元素如铬，硅，铝，钼以形成奥氏体加铁素体的双相组织。采用铁素体和奥氏体双相钢有利于抗晶间腐蚀。铬在铁素体中的扩散速度比奥氏体快，碳化铬就在铁素体内部及附近析出，减轻了奥氏体晶界的贫铬现象。因此，在敏化温度受热时，不产生晶间腐蚀。一般控制焊缝中铁素体含量为5～10％，如铁素体过多，也会使焊缝变脆。（3）在焊缝金属中渗入比铬更容易与碳结合的稳定化学元素，如钛、铌、钽等。由于钛能充分地将碳化铬置换出来，消除了晶界的贫铬地带，从而改善了抗腐蚀性。（4）超低碳有利于防止晶间腐蚀，最大限度地降低碳在焊缝金属中的含量，达到低于碳在不锈钢中室温通解极限值以下，使碳不可能与铬生成Cr23C6,从根本上消除晶界的贫铬区。碳的质量分数在焊缝金属中小于0.03%时，就能提高焊缝金属的抗晶间腐蚀的目的。2.工艺措施（1）首先要选用一种合适的焊接方法，即热输入最小，让焊接讨论尽可能地收缩在敏化温度区间段的停留时间。对于薄件、小型规模的焊接讨论，应选用能量集中的真空电子束焊、等离子弧焊、钨极氩弧焊；对于中等厚度板材的焊缝，可采用融化极气体保护焊来施焊；而大兜肚板材的焊接选用埋弧焊、焊条电弧焊为经常使用的焊接方法，气焊不宜采用。（2）焊接参数的制定在保证焊缝质量的前提下，采用小的焊接电流、最快的焊接速度。（3）操作方面尽量采用窄焊缝、多道多层焊，每一道焊缝或每一层焊缝后，要等焊接处冷却至室温再进行下一道或下一层的焊接操作；在施焊过程中，不允许焊接材料在熔池中摆动；焊接管子采用氩弧焊打底时，可以不加填充材料进熔焊，在可能的条件下，管内通氩七保护，其奥氏体系不锈钢及其热处理工艺作用是保护熔池不易被氧化、加快焊缝的冷却速度、有利于背面焊缝的成形。对于接触副食介质的焊缝，在有条件的情况下一定要最后施焊，以减少接触介质焊缝的受热次数。（4）加快冷却速度因为奥氏体钢不会产生淬硬现象，所以可在焊接过程中提高其冷却速度。可以在焊接后直接把焊接接头放入水中冷却，或直接浇水以提高其冷却速度，以达到减少贫铬区形成的机会，从而起到提高抗晶间腐蚀的作用。焊接工艺上，可采用小电流，大焊速，短弧多道焊等措施，以缩短焊接接头在危险温度区停留时间。（5）添加稳定剂即在钢材和焊接材料中加入比铬与碳亲和力更强的元素。对含钛Ti、铌Nb元素的18-8不锈钢，在高温下使用时，要经过稳定化处理。即在常规的固溶处理后，还要在850-900℃保温1-4小时，然后空冷至室温，以充分生成TiC及NbC。常用的不锈钢材和焊接材料都含有钛和铌。如1Cr18Ni9Ti,H0Cr19Ni9Ti等。（6）固溶处理或稳定化处理固溶处理是把房加热到单一奥氏体区（1050~1150℃），得到成分均匀的单相奥氏体具有最低的强度和硬度、最好的耐蚀性，是防止晶间副食的重要手段。呈现敏化现象的奥氏体不锈钢可再次用固溶处理消弭。稳定化处理是针对含稳定剂的奥氏体不朽放而设计的一种热处理工艺。奥氏体不朽放中加稳定剂（Ti或Nb）的目标是让钢中的碳与Ti或Nb构成稳定的TiC或NbC，而不构成Cr23C6，从而防止晶间侵蚀。稳定化处理加热温度膏腴Cr23C6的溶解温度，低于TiC或NbC的溶解温度，一般在850~900℃，并保温2~4小时。稳定化处理也可用于消弭因敏化加热而产生的晶间侵蚀倾向。方法是在焊接后把焊接讨论加热到1050～1100℃，此时碳又重新深入奥氏体中，然后迅速冷却，稳定了奥氏体组织。另外也可以进行850～950℃保温2小时的稳定化热处理，此时奥氏体晶粒内部的铬逐步散布到晶界，晶奥氏体系不锈钢及其热处理工艺界处的含铬量又重新恢复到大于12％，这样就不会产生晶间腐蚀。固溶处理能使碳化物不析出或少析出。但对含Ti、Nb的不锈钢还要进行稳定化处理。四、奥氏体不锈钢焊缝热影响区的组织分析奥氏体不锈钢较一般结构钢容易产生焊接热裂纹，其主要以焊缝的结晶裂纹为主，个体钢种在近缝区或多层焊层间也可能产生液化裂纹。焊缝的金相组织、化学成分和焊接应力是导致奥氏体不锈钢焊接讨论产生裂纹的主要身分。焊接讨论的热裂纹中最常见的是结晶(凝固)裂纹、热影响区(液化)裂纹和高温低塑性裂纹。（一）焊缝凝固裂纹在奥氏体不锈钢的焊接讨论中常常发觉的凝固裂纹有焊缝纵向、横向及火口裂纹(图9)。这种裂纹是焊缝凝固过程在结晶后期产生的，所以称凝固裂纹。凝固裂纹首先与奥氏体不锈钢导热系数小、线够胀系数大有关，它使焊缝在结晶过程产生较大的收缩变形和拉伸应力，这是产生凝固裂纹的需求条件。结晶裂纹的另一个主要原因原由是某些容易构成低熔点共晶的元素比方S、P、B、Si、Nb等，在奥氏体基体中的溶解度很低，容易在粗大的方向性很强的桂状晶、树枝状晶体之问偏析和构成低熔点共晶液态薄膜。当在结晶后期，基体已经结晶以后，低熔点共晶仍然以液态方式存在，受收缩拉应力的作用，发生沿晶的开裂。图2是00Cr25Ni20Nb奥氏体焊缝的结晶裂纹及其断口上柱状晶的形貌。奥氏体系不锈钢及其热处理工艺图9焊接接头的热裂纹采用国际焊接学会(IIW)举荐的可调拘束裂纹试验机对经常使用的奥氏体不锈钢的热裂纹敏锐性进行了试验，测出表示凝固裂纹敏锐程度的BTR(脆性温度区间)和Emin(临界最小应变)。BTR越大Emin越小．表明凝固裂纹越敏锐，表1中以304、321、347、316、310为序，凝固裂纹敏锐性增强。说明分歧成分的奥氏体不锈钢，凝固裂纹的敏锐性也是分歧的。表中304、321、347的敏锐性相当且最小，310最强，316居中。表7奥氏体不锈钢可变拘束试验抗热裂纹试验结果钢号310316347321304BTR起止温度BTR温度范围DTR起止温度（℃）1400～12401400～12801400～13201430～13601430～1370（℃）160120807060（℃）1200～8501180～1050DTR温度范围（℃）350130Emin0.080.250.450.400.60奥氏体系不锈钢及其热处理工艺图1000Cr20Ni10Nb奥氏体焊缝的结晶裂纹a)焊缝裂纹（×100）；b)裂纹断口形貌由于上述凝固裂纹产生的原因可知防止凝固裂纹的措施之一，即是要尽可能的减少木材，焊材中有害元素的含量。奥氏体钢焊缝中存在少量δ铁素体（4%以上），对防止凝固裂纹有显著的效果，表1中的304，321，347钢的焊缝凝固裂纹敏锐性较小，其主要原因原由就是即是本身自熔焊缝中，焊后也会存在少量的δ铁素体的原因。所以奥氏体不锈钢的配套焊接材料常常在制造时即已经考虑合金元素的含量婚配，使焊缝中构成复合要求的少量铁素体。铁素体的有益作用是对S,P,Si,Nb等元素溶解度较大，能防止这些元素的偏析和构成低熔点共品。焊缝中的铁素体数量是有控制的，过多的铁素体相使焊缝素韧性降低。而且插手在焊后有经受热处理时，可能发生δ→σ+γ`的转变引发焊缝脆化，所以平日18-8，18-12-2等钢的相应焊材铁素体的含量控制在4%～12%之间。另一方面在某些侵蚀环境，即使轻微的铁素体也可能引发严重的题目，比方在尿素，醋酸等介质中，焊缝中的铁素体会发生选择性侵蚀。纯奥氏体的焊缝金属，通过插手Mn,Mo,W,V,Ti可以改善其凝固裂纹敏锐性，如尿素级不锈钢的焊材00Cr25Ni22Mn4Mo2N，00Cr18Ni15Mn5Mo2N钢和耐硫酸，磷酸。有机酸抗孔蚀，应力侵蚀用的00Cr20Ni24Mo5Cu等焊缝金属虽然并不含有铁素体相，但因Mn,Mo含量较高，仍具有良好的抗热烈机能，焊接时不会产生凝固裂纹。Mn在焊缝金属中可与S结合生成高熔点的MnS从而防止S的偏析和产生低熔点共晶，而Mo,W可提高熔池的结晶温度，减少结晶温度范围，V,Ti可以减少脆性温度区间BTR（表1）.因此均对防止凝固裂纹起到良好作用。奥氏体系不锈钢及其热处理工艺（二）热影响区（液化）裂纹奥氏体不锈钢焊接热影响区常常可见到紧邻融合线处的热裂纹。这种裂纹与焊缝凝固裂纹形成的原因相同，是由于木材中奥氏体经界残存着比基体熔点低的熔点共晶薄膜，在焊接电弧焊加热总发生熔化，并在随后的冷却中受收缩拉应力的作用热发生开裂。图11是含硼304钢热影响区的液化裂纹。在多层（多道）焊缝中也会遇到液化裂纹，这种情况往往是先焊的焊道中铁素体含量少或无铁素体而存在低熔点共晶薄膜，在随后的焊道德热影响下发生开裂。同样防止热图11含钢304和钢HA2晶界液化裂纹影响区液化裂纹的主要对策是尽可能减少可能生成低熔点共晶的有害元素和偏析程度。因此，在选用适才和焊材时，特别要注意有害元素的含量，焊接时应采用小的线能量的焊接工艺和规范，防止热影响区过热，以及注意讨论设计和焊接步伐，尽可能削减焊接残余应力。（三）高温低塑性裂纹这种裂纹多数发生在单相奥氏体钢及合金的热影响区或多层焊缝中先一层（道）焊缝上，其产生的温度范围相当于再结晶温度，因此高温低塑性裂纹产生的温度比液化裂纹更低的热影响区。对于奥氏体钢，在低于固相线温度以下的加热过程和冷却过程，其塑性变化是不同的（见图12）。在加热过程中，起初随温度升高，塑性（Φ值）略有增加，在达到温度t3时塑性开始降低。到达taD时降至零。在冷却过程中，塑性开始恢复，当温度降至t3时已接近原来加热时的水平。但在t2～t1温度范围出现塑性降低。此时如果存在较大的收缩应变，就会引起裂纹。表1中的DTR是用可调拘束裂纹试验测出的奥氏体不锈钢产生高温低塑性裂纹的温度。从表1中的高温低塑性裂奥氏体系不锈钢及其热处理工艺纹开始和终了温度及其范围可知，310，316钢分别在1200～840℃和1180～1050℃产生高温低塑性裂纹，其温度范围相应为350℃和130。而347，321，304三种钢，既未发现裂纹也没测出产生裂纹的DTR温度，表明稳定型奥氏体钢具有较大的高温低塑性裂纹倾向。而亚稳奥氏体钢的敏感性较小，一般焊接过程中不会产生这种裂纹。图12加热与冷却中金属的塑性与强度随温度变化的曲线实线-加热中塑性的变化；虚线-冷却中塑性的变化t1-t2-高温塑性下降温度区；t3-冷却中塑性规复温度；tmD-无塑性温度；tda-无强度温度奥氏体钢及台金冷却过程中出现塑性降低和产生高温低塑性裂纹的机制相当复杂，简单说与热影响区在“再结晶温度”二次晶界的形成有关。二次晶界又与金属在高温下点阵缺陷(空位、位错)的运动和晶界迁移等扩散行为有关。因此凡是能提高“再结晶温度”和增加扩散激括能的因素都可以阻碍二次晶界的形成，从而降低高温低塑性裂纹的敏感性。焊缝中的铁素体可以有效阻止位错运动，使多层焊缝防止高温低塑性裂纹。合金元素Mo、W、Ta、Ti等可有效地增加多边化激活能，提高再结晶温度，在钢和焊缝中掭加这些元素，都有利于防止高温低塑性裂纹。奥氏体不锈钢的热裂纹问题，曾经是这类钢最担心的问题。因此也就成为奥氏体钢工艺焊接性的指标。事实上，早期不锈钢制品中，热裂纹是经常出现的，相当多的焊接结构存在隐患，是“带病”工作。随着对奥氏体钢焊接裂纹的成因、不锈钢及焊接材料中元素对裂纹的影响、焊缝中铁素体作用奥氏体系不锈钢及其热处理工艺的研究以及新型焊接工艺的开发等，现在奥氏体不锈钢的热裂纹，在实际焊接产品上已经很少发现，显著改进了焊接性，提高了焊接结构的安全程度．可以说奥氏体不锈钢的热裂纹已经有办法避免和清除。五、奥氏体不锈钢的热处理工艺分析根据化学成分、热处理目标的分歧，奥氏体不锈钢常采用的热处理方式有固溶化处理、稳定化退火处理、消弭应力处理以及敏化处理等。（一）固溶化处理奥氏体不锈钢固溶化处理就是将钢加热到过剩相充分溶解到固溶体中的某一温度，保持一定时间之后快速冷却的工艺方法。奥氏体不锈钢固溶化热处理的目的是要把在以前各加工工序中产生或析出的合金碳化物，如（FeCr）23C6等以及σ相重新溶解到奥氏体中，获取单一的奥氏体组织(有的可能存在少量的δ铁素体)，以保证材料有良好的机械性能和耐腐蚀性能，充分地消除应力和冷作硬化现象。固溶化处理适合任何成分和牌号的奥氏体不锈钢。由下图1可知，当奥氏体不锈钢加热到ES线以上时，奥氏体中的碳化物（Cr,Fe）23C又重新溶解，在组织上变成单相奥氏体，然后再采用快冷的方法，抑制奥氏体在冷却过程中碳化物（Cr,Fe）23C的析出。奥氏体系不锈钢及其热处理工艺（二）稳定化退火稳定化退火是对含稳定化元素钛或铌的奥氏体不锈钢采用的热处理方法。采用这种方法的目的是利用钛、铌与碳的强结合特性，稳定碳，使其尽量不与铬结合，最终达到稳定铬目的，提高铬在奥氏体中的稳定性，避免从晶界析出，确保材料的耐腐蚀性。奥氏体不锈钢稳定化处理的冷却方式和冷却速度对稳定化效果没有多大影响。所以，为了防止形状庞大工件的变形或为包管工件的应力最小，可采用较小的冷却速度，如空冷或炉冷。一般是在固溶处理后进行，常用于含Ti、Nb的18-8钢，固处理后，将钢加热到850～880℃保温后空冷，此时Cr的碳化物完全溶解，脱而钛的碳化物不完全溶解，且在冷却过程中充分析出，使碳不可能再形成铬的碳化物，因而有效地消除了晶间腐蚀。1Cr18Ni9Ti棒材稳定化处理替代固溶处理的工艺研究，通过对1Cr18Ni9Ti热轧不锈钢棒材稳定化处理和固溶处理的试验结果进行比较,发觉两种工艺处理后的机械机能和耐晶间侵蚀机能基本不异,而且稳定化处理对提高其耐晶间侵蚀机能是有益的,因此确认1Cr18Ni9Ti不锈钢可以用稳定化处理工艺替代平日采用的固溶处理工艺。奥氏体系不锈钢及其热处理工艺（三）消除应力处理确定奥氏体不锈钢消除应力处理工艺方法，应根据材质类型、使用环境、消除应力目的及工件形状尺寸等情况，注意掌握一些原则。去除加工过程中产生的应力或去除加工后的残留应力。可采用固溶化处理加热温度并快冷，I类、II类奥氏体不锈钢可采用较缓慢的冷却入式。为包管工件最终尺寸的稳定性，可采用低的加热温度和缓慢的冷却速度。为消弭很大的残留应力，消弭在工作环境中可能产生新应力的工件的残余应力或为消弭大截面焊接件的焊接应力，应采用因溶化加热温度，III类奥氏体不锈钢必需快冷。这种情况最好选用I类或II类奥氏体不锈钢，加热后缓慢冷却，消弭应力的效果更好。为消弭只能采用局部加热方式工件的残留应力。应采纳低温度加热并缓慢冷却的方式。（四）敏化处理敏化处理实际上不属于奥氏体不锈钢或其制品在生产制造过程中应该采用的热处理方法。而是作为在检验奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀能力进行试验时所采用的一个程序。敏化处理实质上是使奥氏体不锈钢对晶间侵蚀更敏锐化的处理。对一些特殊使用处合，为更严格地考核材料的抗晶间侵蚀能力，在某些标准中，对奥氏体尽锈钠的敏化制度规定得更加苛刻，根据工件将来使用的温度及材料的含碳里以及是否含铅元素等身分而采用分歧的敏化制度，有的还对敏化处理的升、降温速度加以控制。所以，在判定奥氏体不锈钢晶间侵蚀倾向性大小时，应注意采用的敏化制度。例如不锈钢阀门敏化处理实验：18-8奥氏体不锈钢经高温加热后缓慢冷却，就会是碳化铬自奥氏体中析出，固溶化处理以后，如在460~800℃温度再加热，碳化铬的析出过程更强烈，因固溶化处理以后，所得到的奥氏体是一种过饱和固溶体，它是不稳定的，使钢对晶间腐蚀特别敏感。鉴于上述情况，当钢经高温加热后，应快速冷却，以使碳化铬来不及自奥氏体中析出;在制造过程中，应尽可能避免使钢受到敏化温度(460~800℃)的影响和缩短敏化处理的时间。敏化处理，不奥氏体系不锈钢及其热处理工艺是直接将阀体进行这种处理来得到最好耐腐蚀性能或较好的机械性能的，而是在试验室里通过试件进行的，试件经650℃,1~2小时敏