深入分析铁素体不锈钢热处理的作用及目的

铁素体不锈钢一般情况下是稳定的单相铁系体组织，加热和冷却不发生相变，所以，铁素体不锈钢热处理的目的不是改变组织，而是要消除或减弱在各生产工序中可能产生的第二相及其带来的不利影响，这些影响大概可以包括以下几个方面。
1．σ相脆性
铁素体不锈钢，特别是高铬铁素体不锈钢是容易生成σ相的钢种。σ相的形成与钢的成分、组织、加热温度、预先冷加工等因素有关。含铬量越高则越易生成σ相，硅、镍、锰、钼促进σ相生成，碳、氮有抑制σ相生成的作用，通常在540～815℃加热就会产生σ相，在700～800℃加热，σ相生成速度最快。
σ相是富铬的金属间化合物，是一种硬而脆的相。所以，σ相的存在会使钢变脆，其通常是在铁素体晶界处析出，还会降低钢的耐腐蚀性能。使用铁素体不锈钢时，应尽量减少σ相的存在。
σ相的生成是可逆的。把钢加热到高于σ相生成温度范围，σ相便会重新溶解到固溶体中，减少对钢的危害。通常把钢加热到900℃以上即可消除σ相。
在有些特定的使用环境中，如用于静载荷或摩擦条件下，可利用σ相对钢起到强化作用，提高使用效果。
2．475℃脆性
铁素体不锈钢在400～500℃长时间加热后，会表现出强度升高、韧性大幅度下降的特征，因其在475℃左右表现最明显，故常称为475℃脆性。铁素体不锈钢的这种脆性倾向，随钢中含铬量的提高而增大，产生脆性的温度也随含铬量增高而移向较高的温度。
研究表明，铁素体不锈钢在400～500℃这个温度区间长时间加热过程中，铁素体内的铬原子将重新排列，形成许多富铬的小区域，它们与母相共铬，引起点阵畸变和内应力，从而使钢的强度升高，韧性降低，见下图。
 
同时，晶体内既然形成了富铬区，也必然存在贫铬区，又加之有内应力存在，使钢的耐腐蚀性也会降低。
铁素体不锈钢高于700℃温度加热时，由于铬原子重新排列引起的畸变和内应力会消除，所以，其带来的对钢的不利影响也随之消除。即475℃脆性在高于这个温度进行加热会被消除。
3．高温脆性
当铁素体不锈钢中含有一定量的碳、氮等间隙元素时，加热到950℃以上再冷却下来，可使钢在室温下的塑性和韧性降低，呈现出明显的脆性，一般称为铁素体下锈钢的高温脆性。这种现象经常发生在铸件、焊接件及在950℃以上加热的工件中。
铁素体不锈钢中高温脆性产生的原因，认为是自高温冷却下来的过程中，钢中的铬与碳和氮形成化合物并在晶界内和晶界析出的结果。这种析出物的存在不仅降低钢的韧性，也降低钢的耐腐蚀性。这种不利影响不仅限制了钢在高温下的使用，也对焊接质量产生的害的作用。
铁素体不锈钢的高温脆性可以通过将钢加热到750～850℃，然后以较快速度冷却来消除，使钢的塑性得到恢复。
4．晶间腐蚀
铁素体不锈钢也会产生晶间腐蚀。研究和实践证明，铁素体不锈钢加热到925℃以上，就是以较快速度冷却到室温，也将处于引起晶间腐蚀的敏化状态。这点与奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的条件是不同的。普通铁素体不锈钢焊接后，焊缝区，特别是紧邻熔合线处即符合这种产生敏化的条件。
铁素体不锈钢产生晶间腐蚀的原因，认为是钢从较高温度冷却下来时，会有含铬的碳化物和氮化物从晶间沉淀析出的结果。而在低于900℃温度加热冷却后，晶间腐蚀倾向明显减弱。这可从许多研究者的大量实验结果得到证实，见表2-1。

表2-1  热处理对0.095碳－0.077氮－26铬不锈钢晶间腐蚀的影响

No

状态

腐蚀速度(mm/a)

1

交货状态

0.76

2

1000℃·30min·水冷

19.80

3

1000℃·30min·水冷+850℃·30min·水冷

1.07

4

1100·30min以12.5℃/min冷到1100·水冷

19.48

5

900℃·水冷

0.69

6

800℃·水冷

0.51

7

700℃·水冷

0.46

注：介质是Fe2(SO4)3+50%H2SO3。
通过研究还证明，对于已经处于晶间腐蚀敏感状态的铁素体不锈钢，一般经过700～800℃短时间加热处理，便可减少或消除晶间腐蚀倾向，这一点也可从表2-1的实验数据中得到验证。
对铁素体不锈钢进行热处理的出发点，就是要消除或减少钢中的σ相脆性、475℃脆性、高温脆性和晶间腐蚀倾向存在而产生的不良效果，同时，尽量减少铸造、焊接、冷加工等加工过程中产生的应力、应变。以保证铁素体不锈钢在使用中具有良好的韧性和耐腐蚀性能，使构件组织、形状和尺寸稳定。
更多信息
请直接与东莞市瀚弘不锈钢铜铝有限公司服务人员联络（热线电话：0769-82621066，全国统一服务热线：400-699-1286），以获得更多的有关深入分析铁素体不锈钢热处理的作用及目的以及不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、沉淀硬化不锈钢、440C、SUS440C、304不锈钢、SUS304、313L、SUS316L、630、SUS630、17-4PH、耐氢氟酸不锈钢、镜面铝、无氧铜等的选择、应用、热处理及库存等相关资料。
资料来源：东莞市瀚弘不锈钢铜铝有限公司
『版权所有，转载或引用请注明链接和出处』
【点击次数：】 【加入时间：2013-08-09】 【关闭本页】