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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??煞譃榛瘜W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。
 ?、谕ㄟ^加入合金元素提高金屬基體的電極電位及淬火方法。
 ?、奂尤牒辖鹪?,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。
 ?、谥骷釉兀篊r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。
 ?、燮渌兀杭尤隡o、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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