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经典文献摘要丨奥氏体不锈钢消除应力热处理

卢梭说压力容器 2018-06-26 00:23:58

美国金属学会(ASM)手册第四卷:热处理(第10版)对奥氏体不锈钢的消除应力热处理作了详细的介绍,并被广为引用。

 这本ASM HANDBOOK VOLUM4: HEAT TREATING在某度上可以找到,某宝上可以买到机械工业出版社的ASM METALSHANDBOOK案头版(DESK EDITION)英文原版。

ASM手册关于奥氏体不锈钢的消除应力热处理的介绍整理补充如下:

 一、奥氏体不锈钢必须加热到900℃才能充分消除应力,在870℃以下只能部分消除。并且必须慢冷,水淬或快冷会重新引起残余应力。

二、只有在可能出现应力腐蚀或晶间腐蚀的场合,才需要考虑进行消除应力热处理。

三、完全消除应力的热处理,将会破坏奥氏体不锈钢的抗腐蚀性能,为了保证抗腐蚀能力,只能进行部分消除应力的热处理。

四、冶金特性

(a) 480℃~815℃范围内,所有非稳定化(unstabilized)奥氏体不锈钢将会在晶界析出铬碳化合物,造成晶间贫铬,导致晶间腐蚀。(含Ti、Nb稳定化元素,及超低碳不锈钢,可以避免铬碳化合物在晶界析出。)

(b) 540℃~925℃范围内,如果不锈钢含有铁素体(如309,309Cb,312,329)将会产生脆硬的σ相,损害不锈钢的抗腐蚀能力和延展性。(纯(fully)奥氏体不锈钢不会有这个问题,但为了防止热裂纹、提高强度、增强耐腐蚀性能,通常会有意使奥氏体不锈钢在含有一定量的铁素体。)

(c) 如果是慢冷,冷却时无法快速通过这一温度区间,有充足的时间生成铬碳化物和σ相这两种有害物。

(d) 815℃~925℃范围内,铬碳化合物或σ相会出现聚集(coalescence),这种情况对抗腐蚀能力和机械性能的影响相对较小。

(e) 955℃~1120℃范围内,可以使晶界上的铬碳化合物重新分解,或使σ相转变成铁素体。

(f) 与碳钢不同,通过热处理无法提高奥氏体不锈钢的冲击韧性。热处理过程中可能产生的σ相反而会降低冲击韧性。

五、热处理方法的选择

热处理方法的选择应针对具体的材料、制造工艺、设计及使用环境综合考虑。除非是应力腐蚀的工况,一般不建议消除应力热处理。(若使用稳定化或超低碳不锈钢,消除应力热处理的温度有更大的选择范围。)

 表1 奥氏体不锈钢消除应力热处理

使用环境或热处理目的

热处理方法建议(注1)

超低碳不锈钢

304L或316L

稳定化不锈钢

318,321或347

非稳定化不锈钢

304或316

严重应力腐蚀

A,B

B,A

(注2)

中等应力腐蚀

A,B,C

B,A,C

C(注2)

轻微应力腐蚀

A,B,C,E,F

B,A,C,E,F

C,F

仅消除峰值应力

F

F

F

没有应力腐蚀

不需要

不需要

不需要

晶间腐蚀

A,C(注3)

A,C,B(注3)

C

加工后有较大的残留应力

A,C

A,C

C

中间消除应力

A,B,C

B,A,C

C(注4)

保证零件尺寸稳定性(注5)

A,C,B

A,C,B

C

方法说明:

A,1065~1120℃退火后,缓慢冷却;

B,900℃消除应力后,缓慢冷却;

C,1065~1120℃退火后,淬火或快速冷却;

D,900℃消除应力后,淬火或快速冷却;

E,480~650℃消除应力后,缓慢冷却;

F,480℃以下消除应力后,缓慢冷却;

G,205~480℃消除应力后,缓慢冷却(通常需要每25mm厚度4h时间) 

注:

1、从左到右,方法优先级降低;

2、推荐使用稳定化或超低碳不锈钢;

3、多数情况不需要热处理,但在制造过程中出现敏化,可以采用热处理;

4、方法A,B,D也可采用,若在成形后随即按方法C进行处理;

5、有严重应力腐蚀,高载荷,可能引起裂纹,及重型部件焊接后。

六、奥氏体不锈钢的消除应力热处理,许多情况下,采用碳钢常用的温度(540~650℃)。在这种温度下,碳钢中的残余应力可以完全消除,但只能消除奥氏体不锈钢中30%~40%的残余应力。因为这种消除应力的不充分,不锈钢在这个温度范围对应力腐蚀很敏感。(奥氏体抗应力腐蚀、晶间腐蚀的能力低,这是奥氏体不锈钢最大的缺点)

 七、ASM手册最后举了几个实例:

(1)、316制容器经退火(1065~1120℃)和水淬重新引起高残余应力,在严重应力腐蚀环境下(周围存在氯化物)失效。(316不建议运用于存在严重应力腐蚀的环境)

(2)、316制容器在620~650℃进行热处理,只能部分消除残余应力,而在海水中出现晶间腐蚀。(应进行高温完全消除应力热处理)

(3)、304制换热器在650℃,2h消除应力处理,炉冷,服役后即出现晶间腐蚀。(应进行高温完全消除应力热处理)

(4)、316L制换热器955℃消除应力热处理后,在酸性有机氯化物及氯化氨中能够抵抗应力腐蚀。(表1方法B)

(5)、316L制容器在540℃消除应力热处理后,在85%磷酸中能够抵抗应力腐蚀。(表1方法B)

八、采用稳定化和超低碳不锈钢能够避免晶间腐蚀;对于不稳定型不锈钢,经900℃热处理后,虽有碳化物在晶界析出,但也具有一定的抵抗晶间腐蚀的能力。

 

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