奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝

奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝目錄1.奧氏體不銹鋼(一)奧氏體不銹鋼成分(二)奧氏體不銹鋼合金化原理1.奧氏體不銹鋼(一)奧氏體不銹鋼成分奧氏體不銹鋼是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。當(dāng)鋼中含有約18%的鉻、8%~10%的鎳和約0.1%的碳時(shí),就會形成穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼,以及在此基礎(chǔ)上增加鉻、鎳含量并加入鉬、銅、硅、鈮、鈦等元素而發(fā)展起來的高鉻-鎳系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性,且具有高韌性和塑性,但強(qiáng)度較低,無法通過相變強(qiáng)化,只能通過冷加工進(jìn)行強(qiáng)化。如果在奧氏體不銹鋼中加入硫、鈣、硒、碲等元素,則可以提高其易切削性。奧氏體不銹鋼在不銹鋼中一直扮演著最重要的角色,其生產(chǎn)量和使用量約占不銹鋼總產(chǎn)量及用量的70%。由于其優(yōu)良的性能和特點(diǎn),奧氏體不銹鋼越來越受到重視和應(yīng)用,特別是在核電設(shè)備制造中,被廣泛用于制造重要、關(guān)鍵的零部件。此類鋼除了耐氧化性酸介質(zhì)侵蝕外,如果含有鉬、銅等元素,還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的侵蝕。如果含碳量低于0.03%或含有鈦、鎳,也可顯著提高其耐晶間侵蝕性能。高硅的奧氏體不銹鋼在濃硝酸中也具有良好的耐蝕性。由于奧氏體不銹鋼具有全面和良好的綜合性能,在各行各業(yè)中廣受應(yīng)用。(二)奧氏體不銹鋼合金化原理提高鋼耐蝕性的方法很多,如表面涂覆耐蝕金屬、涂敷非金屬層、電化學(xué)保護(hù)和改變腐蝕環(huán)境介質(zhì)等。但利用合金化方法,提高材料本身的耐蝕性是最有效的防止腐蝕破壞的措施之一,其原理及方法如下:1.加入合金元素,提高鋼基體的電極電位,從而提高鋼的抗電化學(xué)腐蝕能力。一般鋼中加入鉻、鎳、硅等多元素均能提高其電極電位。由于鎳較缺乏,大量加入硅會使鋼變脆,因此,只有鉻是顯著提高鋼基體電極電位的常用元素。2.合金元素使鋼(不銹鋼)的表面形成一層穩(wěn)定、完整且與鋼基體結(jié)合牢固的鈍化膜,從而提高鋼的耐化學(xué)腐蝕能力。如在鋼中加入鉻、硅、鋁等合金元素,使鋼表層形成致密的Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜,就可提高鋼(不銹鋼)的耐蝕性。3.加入合金元素使鋼(不銹鋼)在常溫時(shí)能以單相狀態(tài)存在,減少微電池?cái)?shù)目,從而提高鋼的耐蝕性。如插手足夠數(shù)量的Cr或Cr－Ni,使鋼在室溫下獲得單相鐵素體或單相奧氏體。4.加入Mo、Cu等元素，提高抗腐蝕的能力。5.插手Ti，Nb等元素，消弭Cr的晶間偏析，從而減輕了晶間侵蝕傾向。6.插手Mn、N等元素，代替部分Ni獲得單相奧氏體組織，同時(shí)能提高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性。隨著醫(yī)學(xué)界就環(huán)境中的微量元素對健康影響的深入研究，現(xiàn)已證實(shí)了許多金屬元素如鉻、鎳、鉬、鎘、錳、鈦等及其化合物對人體健康有著不同性質(zhì)，不同程度的危害。我國對于用不銹鋼制成的廚具也已制訂出衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。但是如果使用者缺乏這方面的知識，使用不當(dāng)，不銹鋼中的微量金屬元素同樣會在人體內(nèi)慢慢累積，當(dāng)累積的數(shù)量達(dá)到某一限度，就會危害人體健康。所以使用不銹鋼廚具、食具必須注意如下幾點(diǎn)：（1）切忌用不銹鋼鍋煲中藥，因中藥含有多種生物堿、有機(jī)酸等成分，特別是在加熱條件下，很難避免不與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而使藥物失效，甚至生成某些毒性更大的絡(luò)合物。（2）切勿用強(qiáng)堿性或強(qiáng)氧化性的化學(xué)藥劑如蘇打、漂白粉、次氯酸鈉等進(jìn)行洗滌。因?yàn)檫@些物質(zhì)都是強(qiáng)電解質(zhì)，同樣會與不銹鋼起電化學(xué)反應(yīng)。（3）不可長時(shí)間盛放鹽、醬油、醋、菜湯等，因這些食品中含有很多電解質(zhì)，如果長時(shí)間盛入，則不銹鋼同樣會像其他金屬一樣，與這些電解質(zhì)起電化學(xué)反應(yīng)，使有毒的金屬元素被溶解出來。奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝（三）奧氏體不銹鋼型號1.200系列：鉻-鎳-錳奧氏體不銹鋼2.300系列：鉻-鎳奧氏體不銹鋼------型號301：延展性好，用于成型產(chǎn)品。也可通過機(jī)械加工使其迅速硬化。焊接性好?？鼓バ院臀覐?qiáng)度優(yōu)于304不銹鋼，產(chǎn)品如：彈簧、鋼構(gòu)、車輪蓋。------型號302：耐侵蝕性同304，由于含碳相對要高因此強(qiáng)度更好。------型號303：通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。------型號304L：與304相同特性，但低碳故更耐蝕、易熱處理，但機(jī)械性較差適用焊接及不易熱處理之產(chǎn)品。------型號304N：與304不異特征，是一種含氮的不銹鋼，加氮是為了提高鋼的強(qiáng)度。------型號309：較之304有更好的耐溫性。------型號309S：具多量鉻、鎳，故耐熱、抗氧化性佳，產(chǎn)品如：熱交換器、鍋爐零組件、噴射引擎。------型號310S：含最多量鉻、鎳，故耐熱、抗氧化性最佳熱交換器、鍋爐零組件、電機(jī)設(shè)備。------型號316L：低碳故更耐蝕、易熱處理，產(chǎn)品如：化學(xué)加工設(shè)備、核能發(fā)電機(jī)、冷凍劑儲糟。------型號321：除了因?yàn)樘砑恿蒜佋亟档土瞬牧虾缚p銹蝕的風(fēng)險(xiǎn)之奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝外其他性能類似304，適于焊接釀酒設(shè)備、蒸氣管、航空零件。------型號347：添加安定化元素鈮，適于焊接航空器具零件及化學(xué)設(shè)備。嚴(yán)格意義上講，由于200系列不銹鋼中的錳在鋼中電極電位起的作用不大，形成的氧化膜的保護(hù)作用非常低，不能起到耐腐蝕作用，因此錳合金化的奧氏體不銹鋼，不能稱之為真正的“不銹鋼”。目前國內(nèi)很多廠家處于成本考慮，在不銹鋼中降低了鉻、鎳，增加了錳的含量。專家認(rèn)為，不銹鋼之所以能不銹，就是因?yàn)橛秀t和鎳的存在，降低這兩種成分的含量會降低防銹性能。4以下是我國與發(fā)達(dá)工業(yè)國家（美國、日本、德國）的奧氏體不銹鋼牌號對比(表2)：GB(中國)ASTM(美國)JIS(日本)DIN(德國)1Cr17Ni7301SUS301X12CrNi1771Cr18Ni9302SUS302X12CrNi1881Cr18Ni10303SUS303X12CrNiS1880Cr18Ni9304SUS304X5CrNi18900Cr19Ni10304LSUS304LX2CrNi1890Cr17Ni12Mo2316SUS316X5CrNiMo181000Cr17Ni14Mo2316LSUS316LX2CrNiMo18100Cr18Ni10Ti321SUS321X10CrNiTi1890Cr19Ni13Mo3317SUS317X2CrNiMo1816（四）奧氏體不銹鋼種類1.物理上不銹鋼通俗地說，不銹鋼就是不容易生銹的鋼，實(shí)際上一部分不銹鋼，既有不銹性，又有耐酸性（耐蝕性）。不銹鋼的不銹性和耐蝕性是由于其表面上富鉻氧化膜（鈍化膜）的形成。這種不銹性和耐蝕性是相對的。試驗(yàn)表明，鋼在大氣、水等弱介質(zhì)中和硝酸等氧化性介質(zhì)中，其耐蝕性隨鋼中鉻含量的增加而提高，當(dāng)鉻含量達(dá)到一定的百分比時(shí)，鋼的耐蝕性發(fā)生突變，即奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝從易生銹到不易生銹，從不耐蝕到耐腐蝕。不銹鋼的分類方法很多。按室溫下的組織結(jié)構(gòu)分類，有馬氏體型、奧氏體型、鐵素體和雙相不銹鋼；按主要化學(xué)成分分類，基本上可分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼兩大系統(tǒng)；按用途分則有耐硝酸不銹鋼、耐硫酸不銹鋼、耐海水不銹鋼等等，按耐蝕類型分可分為耐點(diǎn)蝕不銹鋼、耐應(yīng)力腐蝕不銹鋼、耐晶間腐蝕不銹鋼等；按功能特點(diǎn)分類又可分為無磁不銹鋼、易切削不銹鋼、低溫不銹鋼、高強(qiáng)度不銹鋼等等。由于不銹鋼材具有優(yōu)異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度范圍內(nèi)的強(qiáng)韌性等系列特點(diǎn)，所以在重工業(yè)、輕工業(yè)、生活用品行業(yè)以及建筑裝飾等行業(yè)中獲取得廣泛的應(yīng)用。2.化學(xué)上（1）奧氏體不銹鋼在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni8%~10%、C約0.1%時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包孕著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并插手Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素開展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強(qiáng)度較低，不可能通過相變使之強(qiáng)化，僅能通過冷加工進(jìn)行強(qiáng)化。如插手S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。（2）鐵素體不銹鋼在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。含鉻量在11%~30%，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)。這類鋼一般不含鎳，有時(shí)還含有少量的Mo、Ti、Nb等到元素，這類鋼具導(dǎo)熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等特點(diǎn)，多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性酸腐蝕的零部件。這類鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點(diǎn)，因而限制了它的應(yīng)用。爐外精煉技術(shù)（AOD或VOD）的應(yīng)用可使碳、氮等間隙元素降低，因此使這類鋼獲得廣泛應(yīng)用。（3）奧氏體--鐵素體雙相不銹鋼是奧氏體和鐵素體組織各約占一半的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時(shí)還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點(diǎn)。與奧氏體不銹鋼相比，強(qiáng)度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高。雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。（4）馬氏體不銹鋼通過熱處理可以調(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號為Cr13型，如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。粹火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強(qiáng)韌性組合，主要用于蒸汽輪機(jī)葉片、餐具、外科手術(shù)器械。根據(jù)化學(xué)成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據(jù)組織和強(qiáng)化機(jī)理的不同，還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體（或半馬氏體）沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時(shí)效不銹鋼等。（五）奧氏體不銹鋼的特點(diǎn)奧氏體不銹鋼最基本的合金元素是鉻和鎳，代表性的牌號是含鉻為18%左右、含鎳為8%左右的鉻-鎳奧氏體不銹鋼。鉻和鎳的元素配比基本上保證了鋼的組織是穩(wěn)定的奧氏體。奧氏體不銹鋼的發(fā)展很快，為了適應(yīng)不同條件的需要，在18-8鋼的基礎(chǔ)上，改變被的含量或添加其他合金元素，賦予了這類不銹鋼更優(yōu)良的性能。奧氏體不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)決意了其力學(xué)機(jī)能的特點(diǎn)是強(qiáng)度較低而塑性和韌性較高。在我國不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)中，給定的奧氏體不銹鋼抗拉強(qiáng)度—般為480～520N/mm2；個(gè)體的還有400N/mm2。按標(biāo)準(zhǔn)，奧氏體不銹鋼鍛材、軋材沒給出沖擊試驗(yàn)值，實(shí)際上，奧氏體不銹鋼固溶化熱處理后的沖擊功可達(dá)120J或更高。奧氏體不銹鋼的力學(xué)機(jī)能不能通過熱處理進(jìn)行調(diào)整。18-8型奧氏體不銹鋼對氧化性介質(zhì)，如大氣、稀硝酸或中等濃度的硝酸、濃硫酸是耐腐蝕的，在氫氧化鈉和氫氧化鉀的溶液中，在相當(dāng)寬的濃度和溫度范圍內(nèi)有較好的耐腐蝕性。而在還原性介質(zhì)，如鹽酸、亞硫酸中不耐腐蝕，在濃硝酸中也不耐腐蝕。此外，奧氏體不銹鋼加熱后在850℃～400℃區(qū)間緩慢冷卻時(shí)，鉻的碳化物會從晶界析出，使晶界處產(chǎn)生局部貧鉻區(qū)，從而產(chǎn)生奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝晶間侵蝕。奧氏體不銹鋼的抗晶間侵蝕能力與含碳呈有關(guān)，含碳量越低，抗晶間侵蝕能力越強(qiáng)。奧氏體不銹鋼對應(yīng)力侵蝕開裂敏銳。鋼中的含鎳量對提高耐應(yīng)力侵蝕開裂有重要的作用。（六）奧氏體不銹鋼優(yōu)缺點(diǎn)奧氏體不銹鋼具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，通常具有良好的塑性和韌性，這就決定了這類鋼具有良好的彎折、卷曲和沖壓成形行。這類鋼加工不會產(chǎn)生任何淬火硬化，盡管其線脹系數(shù)比較大，但焊接過程中的彈塑性應(yīng)力應(yīng)變量很大，故焊接過程中極少出現(xiàn)冷裂紋。從這一點(diǎn)上看，其焊接性比鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼都要好。不足之處奧氏體不銹鋼焊接時(shí)焊縫及熱影響區(qū)熱裂紋敏感性大；接頭容易產(chǎn)生碳化鉻沉淀析出，耐蝕性下降；接頭中碳素體含量高時(shí)，可能出現(xiàn)475℃或σ相相脆化。（七）奧氏體不銹鋼生產(chǎn)工藝奧氏體不銹鋼生產(chǎn)工藝性能良好，特別是鉻鎳奧氏體不銹鋼，采用生產(chǎn)特殊鋼的常規(guī)手段可以順利地生產(chǎn)出各種常用規(guī)格的板、管、帶、絲、棒材以及鍛件和鑄件。由于合金元素(特別是鉻)含量高而碳含量又低，多采用電弧爐加氬氧脫碳(AOD)或真空脫氧脫碳(VOD)法大批量生產(chǎn)這類不銹鋼材，對于高級牌號的小批量產(chǎn)品可采用真空或非真空非感應(yīng)爐冶煉，必要時(shí)加電渣重熔。鉻鎳奧氏體不銹鋼優(yōu)良的熱塑性使其易于施以鍛造、軋制、熱穿孔和擠壓等熱加工，鋼錠加熱溫度為1150～1260℃，變形溫度范圍一般為900～1150℃，含銅、氮以及用鈦、鈮穩(wěn)定化的鋼種偏靠低溫，而高鉻、鉬鋼種偏靠高溫。由于導(dǎo)熱差，保溫時(shí)間應(yīng)較長。熱加工后工件空冷即可。鉻錳奧氏體不銹鋼熱裂紋敏感性較強(qiáng)，鋼錠開坯時(shí)要小變形、多道次，鍛件宜堆冷?？梢赃M(jìn)行冷軋、冷拔和旋壓等冷加工工藝和沖壓、彎曲、卷邊與折疊等成形操作。鉻鎳奧氏體不銹鋼加工硬化傾向較鉻錳鋼弱，一次退火后冷變形量可以達(dá)到70%～90%，但鉻錳奧氏體不銹鋼由于變形抗力大，加工硬化傾向強(qiáng)，應(yīng)增加中間軟化退火次數(shù)。一般中間軟化退火處理為1050～1100℃水冷。奧氏體不銹鋼也可生產(chǎn)鑄件。為了提高鋼液的流動性，改善鑄造性能，鑄造奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝鋼種合金成分應(yīng)有所調(diào)整：提高硅含量，放寬鉻、鎳含量的區(qū)間，并提高雜質(zhì)元素硫的含量上限。奧氏體不銹鋼使用前應(yīng)進(jìn)行固溶處理，以便最大限度地將鋼中的碳化物等各種析出相固溶到奧氏體基體中，同時(shí)也使組織均勻化及消除應(yīng)力，從而保證優(yōu)良的耐蝕性和力學(xué)性能。正確的固溶處理制度為1050～1150℃加熱后水冷(細(xì)薄件也可空冷)。固溶處理溫度視鋼的合金化程度而定：無鉬或低鉬鋼種應(yīng)較低(≤1100℃)，而更高合金化的牌號如00Cr20Ni18Mo-6CuN、00Cr25Ni22Mo2N等宜較高(1080～1150℃)。生產(chǎn)中廣泛采用先進(jìn)技術(shù)，如爐外精煉率達(dá)到95%以上，連鑄比超過80%，高速軋機(jī)和精、快鍛機(jī)等普遍推廣。特別是在冶煉和加工過程中實(shí)現(xiàn)電子計(jì)算機(jī)控制，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和性能的可靠和穩(wěn)定。二、金屬的侵蝕（一）金屬的侵蝕及防護(hù)金屬材料受周圍介質(zhì)的作用而破壞，稱為金屬侵蝕。金屬的銹蝕是最常見的侵蝕形狀。侵蝕時(shí)，在金屬的界面上發(fā)生了化學(xué)或電化學(xué)多相反應(yīng)，使金屬轉(zhuǎn)入氧化（離子）狀態(tài)。這會顯著降低金屬材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)機(jī)能，破壞金屬構(gòu)件的多少形狀，增加零件間的磨損，惡化電學(xué)和光學(xué)等物理機(jī)能，收縮設(shè)備的使用壽命，以至造成火警、爆炸等災(zāi)難性事故。美國1975年因金屬腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失為700億美元，占當(dāng)年國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的4.2%.據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于金屬腐蝕造成的鋼鐵損失約占當(dāng)年鋼產(chǎn)量的10~20%.金屬腐蝕事故引起的停產(chǎn)、停電等間接損失就更無法計(jì)算。金屬的腐蝕現(xiàn)象非常普遍。如鐵制品生銹（Fe2O3·xH2O），鋁制品表面出現(xiàn)白斑（Al2O3），銅制品表面產(chǎn)生銅綠[Cu2(OH)2CO3]，銀器表面變黑（Ag2S,Ag2O）等都屬于金屬腐蝕，其中用量最大的金屬——鐵制品的腐蝕最為常見。金屬腐蝕的本質(zhì)：金屬在腐蝕過程中所發(fā)生的化學(xué)變化，從根本上來說就是金屬單質(zhì)被氧化形成化合物。金屬侵蝕的途徑：金屬侵蝕過程一般通過兩種途徑進(jìn)行：化學(xué)侵蝕和電化學(xué)侵蝕。奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝化學(xué)侵蝕：金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引發(fā)的侵蝕。電化學(xué)腐蝕：金屬材料（合金或不純的金屬）與電解質(zhì)溶液接觸,通過電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。綜上所述，防止金屬材料腐蝕的措施：1．金屬的電化學(xué)保護(hù)法（1）陰極保護(hù)法；（2）陽極保護(hù)法。2．介質(zhì)處理（1）去除介質(zhì)中的有害成分；（2）調(diào)節(jié)介質(zhì)pH值；（3）降低氣體中的濕度。3．緩蝕劑保護(hù)法（1）陽極型緩蝕劑；（2）陰極性緩蝕劑；（3）混合型緩蝕劑。4、表面覆蓋法5.合理選材6.改良防腐設(shè)計(jì)及生產(chǎn)工藝流程（二）腐蝕的現(xiàn)象及意義金屬腐蝕的現(xiàn)象十分復(fù)雜,根據(jù)金屬腐蝕的機(jī)理不同,通常可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類?！驹斠姡ㄈ┗瘜W(xué)腐蝕及保護(hù)膜和（四）電化學(xué)腐蝕及其防護(hù)】（三）化學(xué)腐蝕及保護(hù)膜化學(xué)腐蝕：金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。金屬的化學(xué)腐蝕是金屬在干燥氣體（如氧、氯、硫化氫等）和非電解質(zhì)溶液中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果?；瘜W(xué)反應(yīng)作用引起腐蝕，在腐蝕過程中不產(chǎn)生電流。金屬的化學(xué)腐蝕只在特定的情況下發(fā)生，不具普遍性。例如：金屬的氧化M+O→MO。金屬材料與干燥氣體或非電解質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引發(fā)的破壞稱化學(xué)侵蝕。鋼鐵材料在高溫氣體環(huán)境中發(fā)生的侵蝕,平日屬化學(xué)侵蝕,在生產(chǎn)實(shí)際中常遇到以下類型的化學(xué)侵蝕。1.鋼鐵的高溫氧化奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝鋼鐵材料在空氣中加熱時(shí),鐵與空氣中的O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在570℃以下反應(yīng)如下:3Fe+2O2=Fe304生成的fe304是一層藍(lán)玄色或棕褐色的致密薄膜,禁止了O2與Fe的繼續(xù)反應(yīng),起了保護(hù)膜的作用.在570℃t22_k生成以FeO為主要成分的氧化皮渣,反應(yīng)以下:2Fe+O2=2FeO生成的FeO是一種既疏松又極易龜裂的物質(zhì),在高溫下O2可以繼續(xù)與Fe反應(yīng),而使侵蝕向深層開展。不僅空氣中的氧氣會造成鋼鐵的高溫氧化,高溫環(huán)境中的CO2,水蒸氣也會造成鋼鐵的高溫氧化,反應(yīng)如下:Fe+CO2=FeO+CO;Fe+H2O=FeO+H2溫度對鋼鐵高溫氧化影響極大,溫度降低,侵蝕速率顯著增加,因此,鋼鐵材料在高溫氧化性介質(zhì)(O2,CO2,H20等)中加熱時(shí),會造成嚴(yán)重的氧化侵蝕。2.鋼的脫碳鋼中含碳量的多少與鋼的性能密切相關(guān).鋼在高溫氧化性介質(zhì)中加熱時(shí),表面的C或Fe3C極易與介質(zhì)中O2,CO2,水蒸氣,H2等發(fā)生反應(yīng):=3Fe+2CO;Fe3C(c)+H20=3Fe+CO+H2;Fe3C(c)+2H2=3Fe+CH4圖1鋼的脫碳上述反應(yīng)使鋼鐵工件表面含碳量降底,這種現(xiàn)象稱為"鋼的脫碳"，如（圖1）。鋼鐵工件表面脫碳后硬度和強(qiáng)度顯著下降,直接影響零件的使用壽命,情況嚴(yán)重時(shí),零件報(bào)廢,給生產(chǎn)造成很大的喪失。3.氫脆氫脆（圖2）平日表現(xiàn)為應(yīng)力作用下的延遲斷裂現(xiàn)象。含氫化合物在鋼材表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),例如:酸洗反應(yīng):FeO+2HCl=FeCl2+H20奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝Fe+2HCl=FeCl2+2H硫化氫反應(yīng):Fe+H2S=FeS+2H高溫水蒸氣氧化:Fe+H20=FeO+2H圖2氫脆這些反應(yīng)中產(chǎn)生的氫,初期以原子態(tài)存在,原子氫體積小,極易沿晶界向鋼材的內(nèi)部擴(kuò)散,使鋼的晶格變形,產(chǎn)生強(qiáng)大的應(yīng)力,降低了韌性,引起鋼材的脆性.這種破壞過程稱為"氫脆".合成氨,合成甲醇,石油加氫等含氫化合物參與的工藝中,鋼鐵設(shè)備都存在著氫脆的危害,特別對高強(qiáng)度鋼鐵構(gòu)件的危害更應(yīng)引起注意。4.高溫硫化鋼鐵材料在高溫下與含硫介質(zhì)(硫,硫化氫等)作用,生成硫化物而損壞的過程稱"高溫硫化",反應(yīng)如下:Fe+S=FeS;Fe+H2S=FeS+H2圖3鋼1Cr5Mo高溫氫硫化氫腐蝕高溫硫化反應(yīng)一般在鋼鐵材料表面的晶界發(fā)生,逐步沿晶界向內(nèi)部擴(kuò)展,高溫硫化后的構(gòu)件,機(jī)械強(qiáng)度顯著下降,以至整個(gè)構(gòu)件報(bào)廢.在采油,煉油及高溫化工生產(chǎn)中,常會發(fā)生高溫硫化侵蝕,應(yīng)該引發(fā)注意。5.鑄鐵的腫脹侵蝕性氣體沿鑄鐵的晶界,石墨夾雜物和渺小裂縫滲入到鑄鐵內(nèi)部并發(fā)生化學(xué)作用,由于所生成的化合物體積較大,因此,不僅引發(fā)鑄鐵構(gòu)件機(jī)械強(qiáng)度降低,而且構(gòu)件的尺寸也顯著增大,這種破壞過程稱為"鑄鐵的腫脹"。（四）電化學(xué)侵蝕及其防護(hù)電化學(xué)腐蝕：金屬材料（合金或不純的金屬）與電解質(zhì)溶液接觸,通過電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。金屬表面由于外界介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)作用而釀成的蛻變及破壞的現(xiàn)象或過程稱為侵蝕。介質(zhì)中被還原物質(zhì)的奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝粒子在與金屬表面碰撞時(shí)取得金屬原子的價(jià)電子而被還原，與失去價(jià)電子的被氧化的金屬“就地”構(gòu)成侵蝕產(chǎn)品覆蓋在金屬表面上，這樣一種侵蝕過程稱為化學(xué)侵蝕。在金屬侵蝕學(xué)中，習(xí)氣地把介質(zhì)中接受金屬材料中的電子而被還原的物質(zhì)叫做去極化劑，經(jīng)這種途徑進(jìn)行的侵蝕過程，稱為電化學(xué)侵蝕。侵蝕學(xué)里，平日規(guī)定電位較低的電極為陽極，電位較高的電極為陰極。陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)。當(dāng)電解質(zhì)溶液中有氧氣存在時(shí)，在陰極上發(fā)生氧去極化反應(yīng)而導(dǎo)致陽極金屬不斷溶解的現(xiàn)象叫氧去極化腐蝕。在海洋環(huán)境下，鋼鐵腐蝕的主要反應(yīng)為氧去極化腐蝕：Fe處于離子狀態(tài)的陽極反應(yīng)，在未達(dá)到相當(dāng)大的深度時(shí),海水充氣良好,海水被氧所飽和,非常有益于氧去極化的陰極反應(yīng)進(jìn)行,還原大量的OH-,并使海水堿性提高,Fe2+繼續(xù)侵蝕并構(gòu)成侵蝕產(chǎn)品。海水中含有大量Cl-離子,其對Fe的侵蝕危害極大。1.金屬電化學(xué)腐蝕的主要形式（1）析氫侵蝕（侵蝕過程放出氫）以氫離子還原反應(yīng)為過程的金屬電化學(xué)侵蝕叫做析氫侵蝕。析氫侵蝕有以下三種控制類型：①陰極極化控制其特點(diǎn)是腐蝕電位與陽極反應(yīng)平衡電位靠近，在陰極區(qū)析氫反應(yīng)交換電流密度的大小將對腐蝕速度產(chǎn)生很大影響。②陽極極化控制只有當(dāng)金屬在酸溶液中能部分鈍化，造成陽極反應(yīng)阻力增加，才能形成這種控制類型，有利于陽極鈍化的因素使腐蝕速度減小。③混合控制其特點(diǎn)是：陰陽極極化程度差不多，腐蝕電位離陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)平衡電位都足夠遠(yuǎn)，減小陰極極化或減小陽極極化都會使腐蝕電流密度增大。（2）吸氧腐蝕（腐蝕過程吸收氧）以氧的還原反應(yīng)為陰極過程的侵蝕叫做吸氧侵蝕?？蓪⒀跞O化侵蝕分奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝為三種情：①如果侵蝕金屬在溶液中的電位較高，侵蝕過程中氧的傳遞速度又很大，則金屬侵蝕速度主要由氧在電極上的放電速度決意。②如果腐蝕金屬在溶液中的電位非常低，不論氧的傳輸速度大小，陰極過程將由氧去極化和氫離子去極化兩個(gè)反應(yīng)共同組成。③如果腐蝕金屬在溶液中的電位較低，處于活性溶解狀態(tài)，而氧的傳輸速度又有限，則金屬腐蝕速度由氧的極限擴(kuò)散電流密度決定。2.影響金屬表面侵蝕的主要身分（1）金屬的可逆電極電勢;（2）氫、氧在金屬表面的超電勢；（3）金屬的極化機(jī)能；（4）電解質(zhì)溶液的組成3.金屬的電化學(xué)保護(hù)方法及應(yīng)用（1）犧牲陽極保護(hù)法具體方法為：將還原性較強(qiáng)的金屬作為保護(hù)極，與被保護(hù)金屬相連構(gòu)成原電池，還原性較強(qiáng)的金屬將作為負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)而消耗，被保護(hù)的金屬作為正極就可以避免腐蝕。因這種方法犧牲了陽極保護(hù)了陰極，因而叫做犧牲陽極保護(hù)法。例如：鋼閘門的保護(hù)，有的就應(yīng)用這種方法。它是用一種更為活潑的金屬，如鋅等，連接在鋼閘門上。這樣，當(dāng)發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，被腐蝕的就是那種比鐵更活潑的金屬，而鐵被保護(hù)了。通常在輪船的尾部和在船殼的水線以下部分，裝上一定數(shù)量的鋅塊，來防止船殼等的腐蝕，就是應(yīng)用的這種方法。目前，電化學(xué)保護(hù)法的應(yīng)用除海水或河道中鋼鐵設(shè)備的保護(hù)外，還應(yīng)用于防止電纜、石油管道、地下設(shè)備和化工設(shè)備等的腐蝕。（2）陰極電保護(hù)法把要保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作為陰極，另外用不溶性電極作為輔助陽極，兩者都放在電解質(zhì)溶液里，接上外加直流電源．通電后，大量電子被強(qiáng)制流向被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備，使鋼鐵表面產(chǎn)生負(fù)電荷（電子）的積累，只要奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝外加足夠強(qiáng)的電壓，金屬侵蝕而產(chǎn)生的原電池電流就不能被輸送，因此防止了鋼鐵的侵蝕。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金屬設(shè)備的侵蝕?；鲋衅G服酸性溶液的或管道，也經(jīng)常使用此法。（3）陽極鈍化保護(hù)法它是指用陽極極化的方法使金屬鈍化，并用微弱電流維持鈍化狀態(tài)，從而保護(hù)金屬。此法是基于對金屬鈍化現(xiàn)象的研究提出的。金屬陽極溶解時(shí)，在一般情況下，電極電勢愈正，陽極溶解速度愈大。但在有些情況下，當(dāng)正向極化超過肯定數(shù)值后，由于表面某種吸附層或新的成相層的構(gòu)成，金屬的溶解速度非但不增加，反而急劇下降。比方鐵浸在硝酸溶液中，隨著硝酸濃度的降低，鐵的溶解速度加快。但當(dāng)硝酸濃度超過某一臨界值后，鐵的溶解速度反而顯著降低。這種在強(qiáng)化條件下金屬正常溶解反而受到阻抑的現(xiàn)象叫做金屬的鈍化。如圖所示就是典型的恒電勢陽極極化曲線。曲線分為四個(gè)區(qū)域AB段為活性溶解區(qū)，金屬進(jìn)行正常的陽極溶解。當(dāng)電勢達(dá)到過程。金屬的溶解速度劇烈降低，故時(shí)，金屬發(fā)生了鈍化為臨界鈍化電勢。BC段是過渡鈍化區(qū)，金屬表面由活化狀態(tài)過渡到鈍化狀態(tài)。CD段是穩(wěn)定鈍化區(qū)，這一段電勢區(qū)通常達(dá)1~2V，有的金屬甚至可達(dá)幾十伏，在此電勢范圍內(nèi)金屬的鈍化達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，金屬的溶解速度達(dá)到最低值，在整個(gè)CD段溶解速度幾乎保持不變。DE段是過鈍化區(qū)，當(dāng)進(jìn)入DE段，這時(shí)金屬溶解速度又得新加快，造成這一現(xiàn)象有兩種可能的原因，一是金屬的高價(jià)態(tài)溶解，另一種可能是發(fā)生了其他的陽極反應(yīng)，例如氧的析出。根據(jù)以上分析可知，如果把浸在介質(zhì)中的金屬構(gòu)件和另一輔助電極組成電池，用恒電位儀把金屬構(gòu)件的電勢控制在CD段內(nèi)，則可以把金屬在介質(zhì)中的腐蝕降低到最小限度。具體實(shí)施時(shí)，可把準(zhǔn)備保護(hù)的金屬器件作陽極，以石墨為陰極，通入大小肯定的電流密度。并使陽極電位維持在鈍化區(qū)間，這樣金屬器件就得到了保護(hù)。在鈍化態(tài)，金屬的溶解速度一般是10-6~10-8A·cm-2，比活化態(tài)小103~106倍，因此可以認(rèn)為金屬得到了保護(hù)。奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝（五）腐蝕損壞的形式及特點(diǎn)1.點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕又稱坑蝕和小孔侵蝕。點(diǎn)蝕有大有小，一般情況下，點(diǎn)蝕的深度要比其直徑大的多。點(diǎn)蝕經(jīng)常發(fā)生在表面有鈍化膜或保護(hù)膜的金屬上。由于金屬材料中存在缺陷、雜質(zhì)和溶質(zhì)等的不均一性，當(dāng)介質(zhì)中含有某些活性陰離子（如Cl－）時(shí)，這些活性陰離子首先被吸附在金屬表面某些點(diǎn)上，從而使金屬表面鈍化膜發(fā)生破壞。一旦這層鈍化膜被破壞又缺少自鈍化能力時(shí)，金屬表面就發(fā)生侵蝕。這是因?yàn)樵诮饘俦砻嫒毕萏幰茁┏鰴C(jī)體金屬，使其呈活化狀態(tài)，而鈍化膜處仍為鈍態(tài)，這樣就構(gòu)成了活性—鈍性侵蝕電池，由于陽極面積比陰極面積小得多，陽極電流密度很大，所以侵蝕往深處開展，金屬表面很快就被侵蝕成小孔，這種現(xiàn)象被稱為點(diǎn)蝕。在石油、化工的侵蝕失效類型統(tǒng)計(jì)中，點(diǎn)蝕約占20%～25%。流動不暢的含活性陰離子的介質(zhì)中容易構(gòu)成活性陰離子的積累和濃縮的條件，促使點(diǎn)蝕的生成。粗糙的表面比平滑的表面更容易發(fā)生點(diǎn)蝕。PH值降低、溫度升高都會增加點(diǎn)蝕的傾向。氧化性金屬離子（如Fe3+、Cu2+、Hg2+等）能促進(jìn)點(diǎn)蝕的產(chǎn)生。但某些含氧陰離子（如氫氧化物、鉻酸鹽、硝酸鹽和硫酸鹽等）能防止點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕雖然失重不大，但由于陽極面積很小，所以侵蝕速率很快，嚴(yán)重時(shí)可造成設(shè)備穿孔，使大量的油、水、氣泄露，偶然以至造成火警、爆炸等嚴(yán)重事故，風(fēng)險(xiǎn)性很大。點(diǎn)蝕會使晶間侵蝕、應(yīng)力侵蝕和侵蝕委靡等加劇，在很多情況下點(diǎn)蝕是這些類型侵蝕的起源。2.縫隙侵蝕在電解液中，金屬與金屬或金屬與金屬表面之間構(gòu)成狹窄的縫隙，縫隙內(nèi)有關(guān)物質(zhì)的移動受到了阻滯，形成濃差電池，從而產(chǎn)生局部腐蝕，這種腐蝕被稱為縫隙腐蝕?？p隙腐蝕常發(fā)生在設(shè)備中法蘭的連接處，墊圈、襯板、纏繞與金屬重疊處，它可以在不同的金屬和不同的腐蝕介質(zhì)中出現(xiàn)，從而給生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重障礙，甚至發(fā)生破壞事故。對鈦及鈦合金來說，縫隙腐蝕是最應(yīng)關(guān)注的腐蝕現(xiàn)象。介質(zhì)中，氧氣濃度增加，縫隙腐蝕量增加；奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝PH值減小，陽極溶解速度增加，縫隙腐蝕量也增加；活性陰離子的濃度增加，縫隙腐蝕敏感性升高。但是，某些含氧陰離子的增加會減小縫隙腐蝕量。3.應(yīng)力腐蝕材料在特定的侵蝕介質(zhì)中和在靜拉伸應(yīng)力（包孕外加載荷、熱應(yīng)力、冷加工、熱加工、焊接等所引發(fā)的殘余應(yīng)力，以及裂縫銹蝕產(chǎn)品的楔入應(yīng)力等）下，所呈現(xiàn)的低于強(qiáng)度極限的脆性開裂現(xiàn)象，稱為應(yīng)力侵蝕開裂。金屬材料耐侵蝕性分類評級標(biāo)準(zhǔn)（表3）耐蝕性分類完全耐蝕相當(dāng)耐蝕耐蝕性級別123耐蝕45尚耐蝕67耐蝕性差89不耐蝕10侵蝕速度（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應(yīng)力侵蝕開裂是先在金屬的侵蝕敏銳部位構(gòu)成微小凹坑，產(chǎn)生細(xì)長的裂縫，且裂縫擴(kuò)展很快，能在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的破壞。應(yīng)力侵蝕開裂在石油、化工侵蝕失效類型中所占比例最高，可達(dá)50%。應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)生有兩個(gè)基本條件：一是材料對介質(zhì)具有一定的應(yīng)力腐蝕開裂敏感性；二是存在足夠高的拉應(yīng)力。導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)力可以來自工作應(yīng)力，也可以來自制造過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在應(yīng)力腐蝕開裂事故中，由殘余應(yīng)力所引起的占80%以上，而由工作應(yīng)力引起的則不足20%。應(yīng)力侵蝕過程一般可分為三個(gè)階段。第一階段為孕育期，在這一階段內(nèi)，因侵蝕過程局部化和拉應(yīng)力作用的結(jié)果，使裂紋生核；第二階段為侵蝕裂紋奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝開展時(shí)期，當(dāng)裂紋生核后，在侵蝕介質(zhì)和金屬中拉應(yīng)力的共同作用下，裂紋擴(kuò)展；第三階段中，由于拉應(yīng)力的局部集中，裂紋急劇生長導(dǎo)致零件的破壞。在發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂時(shí)，并不發(fā)生明顯的均勻腐蝕，甚至腐蝕產(chǎn)物極少，有時(shí)肉眼也難以發(fā)現(xiàn)，因此，應(yīng)力腐蝕是一種非常危險(xiǎn)的破壞。一般來說，介質(zhì)中氯化物濃度的增加，會收縮應(yīng)力侵蝕開裂所需的時(shí)間。分歧氯化物的侵蝕作用是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na1+、Li1+等離子的順序遞減的。發(fā)生應(yīng)力侵蝕的溫度一般在50℃～300℃之間。防止應(yīng)力侵蝕應(yīng)從削減侵蝕和消弭拉應(yīng)力兩方面來采納措施。主要是：一要盡量避免使用對應(yīng)力侵蝕敏銳的材料；二在設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)時(shí)要力求合理，盡量削減應(yīng)力集中和積存侵蝕介質(zhì)；三在加工制造設(shè)備時(shí)，要注意消弭殘余應(yīng)力。4.腐蝕疲勞腐蝕疲勞是在腐蝕介質(zhì)與循環(huán)應(yīng)力的聯(lián)合作用下產(chǎn)生的。這種由于腐蝕介質(zhì)而引起的抗腐蝕疲勞性能的降低，稱為腐蝕疲勞。疲勞破壞的應(yīng)力值低于屈服點(diǎn)，在一定的臨界循環(huán)應(yīng)力值（疲勞極限或稱疲勞壽命）以上時(shí)，才會發(fā)生疲勞破壞。而腐蝕疲勞卻可能在很低的應(yīng)力條件下就發(fā)生破斷，因而它是很危險(xiǎn)的。影響材料腐蝕疲勞的因素主要有應(yīng)力交變速度、介質(zhì)溫度、介質(zhì)成分、材料尺寸、加工和熱處理等。增加載荷循環(huán)速度、降低介質(zhì)的PH值或升高介質(zhì)的溫度，都會使腐蝕疲勞強(qiáng)度下降。材料表面的損傷或較低的粗糙度所產(chǎn)生的應(yīng)力集中，會使疲勞極限下降，從而也會降低疲勞強(qiáng)度。5.晶間腐蝕晶間腐蝕（圖4）是金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中，沿著材料的晶粒間界受到腐蝕，使晶粒之間喪失結(jié)合力的一種局部腐蝕破壞現(xiàn)象。受這種腐蝕的設(shè)備或零件，有時(shí)從外表看仍是完好光亮，但由于晶粒之間的結(jié)合力被破壞，材料幾乎喪失了強(qiáng)度，嚴(yán)重者會失去金屬聲音，輕輕敲擊便成為粉末。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在石油、化工設(shè)備腐蝕奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝失效事故中，晶間腐蝕約占4%～9%，主要發(fā)生在用軋材焊接的及熱交換器上。一般認(rèn)為，晶界合金元素的貧化是產(chǎn)生晶間侵蝕的主圖4晶間侵蝕要原因。通過提高材料的純度，去除碳、氮、磷和硅等有害微量元素或加入少量穩(wěn)定化元素（鈦、鈮），以控制晶界上析出的碳化物及采用適當(dāng)?shù)臒崽幚碇贫群瓦m當(dāng)?shù)募庸すに嚕煞乐咕чg腐蝕的產(chǎn)生。6.均勻腐蝕均勻侵蝕是指在與環(huán)境接觸的全部金屬表面上簡直以不異速度進(jìn)行的侵蝕。在應(yīng)用耐蝕材料時(shí)，應(yīng)以抗均勻侵蝕作為主要的耐蝕機(jī)能根據(jù)，在特殊情況下才考慮某些抗局部侵蝕的機(jī)能。7.磨損腐蝕由磨損和侵蝕聯(lián)協(xié)作用而產(chǎn)生的材料破壞過程叫磨損侵蝕。磨損侵蝕可發(fā)生在高速流動的流體管道及載有懸浮摩擦顆粒流體的泵、管道等處。有的過流部件，如高壓減壓閥中的閥瓣（頭）和閥座、離心泵的葉輪、風(fēng)機(jī)中的葉片等，在這些部位腐蝕介質(zhì)的相對流動速度很高，如圖5~圖6所示，使鈍化型耐蝕金屬材料表面的鈍化膜，因受到過分的機(jī)械沖刷作用而不易恢復(fù)，腐蝕率會明顯加劇，如果腐蝕介質(zhì)中存在著固相顆粒，會加劇磨損腐蝕。圖5工業(yè)鋅在H2SO4溶液中溶解示意圖圖6直接接觸的鋅與銅奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝在硫酸中的示意圖8.氫脆（六）材料抗蝕性的評定金屬材料在某一環(huán)境介質(zhì)下承受或抵抗腐蝕的能力稱為金屬材料的耐蝕性或抗蝕性。顯然必須有公認(rèn)的表示腐蝕程度、速度的方法和耐蝕性評定標(biāo)準(zhǔn)，才能定量地確定金屬材料的耐蝕性。金屬遭受腐蝕后，其質(zhì)量、厚度、機(jī)械性能、組織結(jié)構(gòu)及電極過程都會發(fā)生變化。這些物理和力學(xué)性能的變化率可用來表示金屬的腐蝕程度。1.均勻侵蝕的程度與評定方法（1）侵蝕速度的質(zhì)量指標(biāo)（2）金屬腐蝕速度的深度指標(biāo)VL=V-×24×365×10/(ρ)=V-×8.76/ρ（3）均勻腐蝕金屬耐蝕性評定（表4）我國金屬侵蝕性四級標(biāo)準(zhǔn)（表4）級別123侵蝕速度/(mm/s)0.050.05~0.50.5~1.5耐蝕性評價(jià)優(yōu)良良好可用，腐蝕較重奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝1.52.局部腐蝕的程度與評定方法（1）局部侵蝕程度表示方法①侵蝕強(qiáng)度指標(biāo)：是指材料侵蝕前后的輕度極限變化率②腐蝕的延伸率指標(biāo)：是指材料腐蝕前后延伸率的變化（2）局部侵蝕金屬耐蝕性評定①局部侵蝕的關(guān)系評定指標(biāo)（表5）不適用，腐蝕嚴(yán)重4金屬局部侵蝕耐蝕性參考標(biāo)準(zhǔn)（表5）侵蝕性評定完全極耐完全耐蝕極耐蝕足夠耐蝕稍耐蝕簡直不耐蝕不耐蝕②應(yīng)力侵蝕斷裂傾向評定（表6）應(yīng)力侵蝕程度參考標(biāo)準(zhǔn)斷裂時(shí)塑性指標(biāo)下降值抗拉時(shí)試樣表面裂紋數(shù)/%55-1010目不增加少量增加大量增加無弱有腐蝕斷裂傾向等級1234567v/mm/a0.0010.010.10.31.05.05.0K/%/a0-50-50-55-1010-2020-5050奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝三、奧氏體不銹鋼晶間侵蝕（一）晶間侵蝕產(chǎn)生的機(jī)理不銹鋼在侵蝕介質(zhì)作用下，在晶粒之間產(chǎn)生的一種腐蝕現(xiàn)象稱為晶間腐蝕（如右圖）。產(chǎn)生晶間腐蝕的不銹鋼，當(dāng)受到應(yīng)力作用時(shí)，即會沿晶界斷裂、強(qiáng)度幾乎完全消失，這是不銹鋼的一種最危險(xiǎn)的破壞形式。晶間腐蝕可以分別產(chǎn)生在焊接接頭的熱影響區(qū)、焊縫或熔合線上，在熔合線上產(chǎn)生的晶間腐蝕又稱刀狀腐蝕。不銹鋼具有耐侵蝕能力的需求條件是鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必需大12%，當(dāng)溫度降低時(shí)，碳在不銹鋼晶粒內(nèi)部的散布速度大于鉻的散布速度。因?yàn)槭覝貢r(shí)碳在奧氏體中的熔解度很小，約為0.02%～0.03%，而一般奧氏體不銹鋼中的含碳量均超過此值，故多余的碳就不竭地向奧氏體晶粒邊界散布，并和鉻化合，在晶間構(gòu)成碳化鉻的化合物，如（CrFe）23C8等。但是由于鉻的散布速度較小，來不及向晶界散布，所以在晶間所構(gòu)成的碳化鉻所需的鉻主要不是來自奧氏體晶粒內(nèi)部，而是來自晶界附近，結(jié)果就使晶界附近的含鉻量大為削減，當(dāng)晶界的鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低到小于12%時(shí)，就構(gòu)成所謂的“貧鉻區(qū)”，在侵蝕介質(zhì)作用下，貧鉻區(qū)就會失去耐侵蝕能力，而產(chǎn)生晶間侵蝕。從“貧鉻理論”的角度看，奧氏體不銹鋼在固溶態(tài)下，碳以過飽和方式溶解于r固溶體中加熱時(shí)，過飽和的碳以Cr23C6的習(xí)氣那時(shí)沿晶界析出。Cr23C6析出需求在更高的溫度下才干充分進(jìn)行，所以焊接的敏化溫度范圍為600~1000℃，高于平衡條件下的敏化溫度。在焊接討論的民化溫度區(qū)間時(shí)，金屬晶粒內(nèi)部過飽和的碳原子會逐步向晶粒邊緣散布，與晶粒邊緣層的鉻原子結(jié)合成Cr23C6并沿晶界沉淀析出。這是由于鉻原子的散布速率比碳原子慢的多，經(jīng)歷內(nèi)部的鉻原子來不及跨哦三道經(jīng)理奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝表面，補(bǔ)充形成Cr23C6所消耗的鉻，鼓經(jīng)歷邊緣層的哿含量地獄耐蝕所許鉻的極限值。有腐蝕介質(zhì)作用時(shí)，區(qū)域?qū)⒚黠@腐蝕，即產(chǎn)生了焊接接頭的晶間腐蝕。（二）不銹鋼晶間腐蝕原因分析1．碳化鉻沉淀引起的晶間腐蝕不銹鋼中的碳與鉻形成復(fù)雜的不穩(wěn)定的間隙碳化物Cr23C6,分子呈正交晶格結(jié)構(gòu)，此種碳化物與鐵的親和力較強(qiáng)，在高溫時(shí)，形成的（Cr，F(xiàn)e)23C6溶于具有體心立方晶格的相中，溫度越高，則碳化物溶解的越多，這種狀態(tài)以急速冷卻方法保存在室溫時(shí)，形成過飽和固溶體，但在緩慢冷卻過程中，碳化物為了保持平衡，會在固溶體中析出。過飽和固溶體不是穩(wěn)定的，在敏化處理溫度（450~850）℃再加熱時(shí)，碳化物沿晶粒間界優(yōu)先析出，奧氏體不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕趨勢。當(dāng)溫度高于730℃時(shí)，晶間的碳化鉻是孤立的顆粒，晶間腐蝕趨勢??；低于650℃時(shí)，晶間的碳化鉻在晶界面上形成連續(xù)的片狀，晶間腐蝕趨勢增大。2.相沉淀引起的晶間腐蝕超低碳不銹鋼晶間腐蝕，是由于ó相（FeCr的金屬間化合物）在晶界的析出，引起晶界區(qū)域貧鉻，導(dǎo)致產(chǎn)生晶間腐蝕，由于ó相比γ相耐腐蝕，在強(qiáng)氧化還原電位下，ó相產(chǎn)生選擇性的晶間腐蝕。3.MC沉淀引起的晶間腐蝕不銹鋼中含有肯定量的M元素，在500~900℃范圍內(nèi)加熱，同時(shí)在氧化介質(zhì)中工作，融會線區(qū)會呈現(xiàn)沿境界的侵蝕。在融化焊接時(shí)，這個(gè)部位要加熱到固相線附近的高溫，不僅M23C6完全溶解，第2次加熱時(shí)，TiC、NbC也全部溶解，這些碳化物都市沉淀，并且沿晶界進(jìn)行。在緩慢冷卻過程中，溶解后的M23C6以樹枝狀形狀的MC沉淀，在氧化介質(zhì)中，MC可以被溶解而導(dǎo)致刀線侵蝕。4.吸附沉淀引發(fā)的晶間侵蝕不銹鋼中含有少量的雜質(zhì)磷，磷在晶界面產(chǎn)生吸附，與晶界交互作用，晶界處部分球狀碳化物受侵蝕。在900~1000℃，晶界有少量的球奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝狀碳化物受侵蝕，溫度越高，吸附越小，在鋼的熔點(diǎn)（1458~1470℃）吸附消失。因此在亞溫相P到熔點(diǎn)完全溶解。（三）影響晶間腐蝕的因素1．加熱溫度和加熱時(shí)間當(dāng)加熱溫度小于450℃或大于850℃時(shí)，不會發(fā)生晶間腐蝕。因?yàn)橛捎?50℃時(shí)，溫度較低不會形成碳化鉻化合物。而在溫度超過850℃時(shí)，晶粒內(nèi)的鉻擴(kuò)散能力加強(qiáng)，有足夠的鉻擴(kuò)散到晶界和碳結(jié)合，不會形成貧鉻區(qū)。所以產(chǎn)生的晶間腐蝕的加熱溫度一般是在450℃至850℃之間，稱為產(chǎn)生晶間腐蝕的“危險(xiǎn)溫度區(qū)”。其中尤其以650℃為最危險(xiǎn)。焊接時(shí)，熱影響區(qū)中處于危險(xiǎn)溫度區(qū)的地帶最易產(chǎn)生晶間腐蝕。因此，在450℃至850℃的溫度區(qū)間加熱時(shí)間越長，產(chǎn)生晶間腐蝕的危險(xiǎn)性越大，如450℃至850℃間的冷卻速度越大，則產(chǎn)生晶間腐蝕的可能性就越小。如下圖7所示：圖7加熱溫度和加熱時(shí)間對晶間侵蝕的影響2．鋼中的含碳量隨奧氏體不銹鋼中含碳量的增加，在晶間構(gòu)成貧鉻區(qū)的機(jī)會就增加，導(dǎo)致產(chǎn)生晶間侵蝕的傾向也越大。所以碳是晶間侵蝕最有害的元素。奧氏體不銹鋼據(jù)含碳量分：一般含碳量（<=0.14％）,低碳級（<=0.06%）和超低碳級（<=0.03%）。室溫時(shí)奧氏體鋼中能溶解的最大含碳量是0.02～0.03％，所以超低碳奧氏體不銹鋼實(shí)際是不會產(chǎn)生晶間腐蝕的，是一種優(yōu)良品種的不銹鋼。奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝3．金相組織的影響不銹鋼的金相組織如果是單相奧氏體，則其抗晶間侵蝕能力較差，如果組織中有鐵素體存在，構(gòu)成奧氏體加鐵素體的雙相組織，則會提高其抗晶間侵蝕能力。雙相組織對抗晶間侵蝕有益作用以下圖8所示：圖8雙相組織對抗晶間腐蝕因?yàn)殂t在鐵素體中的散布速度快，碳化鉻在鐵素體內(nèi)部及其附近析出，減輕了奧氏晶間貧鉻現(xiàn)象。同時(shí)鐵素體分隔了奧氏體晶粒之間的連續(xù)晶界，使之不產(chǎn)生連續(xù)的晶間貧鉻區(qū)，因此提高了抗晶間侵蝕的能力。但是奧氏體不銹鋼中的組織中鐵素體含量不能太多，否則易引發(fā)焊接討論的脆化現(xiàn)象。4.熱處理工藝的影響通過熱處理可消除貧鉻區(qū)，穩(wěn)定金屬組織，可有效的減少晶間腐蝕的產(chǎn)生。5.其他元素的影響如在不銹鋼中加入鈦、鈮等與碳的結(jié)合能力比鉻更強(qiáng)的元素，能夠與碳結(jié)合成穩(wěn)定的碳化物，可以避免在奧氏體中形成貧鉻區(qū)，這些元素稱為穩(wěn)定劑，并且鈦和鈮還是形成鐵素體的元素，加入后會促使形成雙相組織。所以，通過添加這些元素可以減少晶間腐蝕的產(chǎn)生。（四）防止晶間侵蝕的措施1.冶金措施（1）控制含碳量在0.08％以下因?yàn)楹剂吭?.08％以下時(shí)，可以析出的碳的數(shù)量較少，在0.08％以上時(shí)，可以析出的碳的數(shù)量迅速增加。降低含碳量。當(dāng)鋼中碳的質(zhì)量分奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝數(shù)在0.03%以下時(shí)，即使在700℃較長時(shí)間回火也不會產(chǎn)生晶間侵蝕。（2）使焊縫金屬具有奧氏體-鐵素體雙相組織，起鐵素日的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)超過4%~12%。在此范圍內(nèi)，不僅能提高焊縫經(jīng)書抗晶間腐蝕的呢公里和抗應(yīng)力腐蝕的能力，同時(shí)還能提高焊縫金屬抗熱裂紋的能力。在焊縫中加入鐵素體形成元素如鉻，硅，鋁，鉬以形成奧氏體加鐵素體的雙相組織。采用鐵素體和奧氏體雙相鋼有利于抗晶間腐蝕。鉻在鐵素體中的擴(kuò)散速度比奧氏體快，碳化鉻就在鐵素體內(nèi)部及附近析出，減輕了奧氏體晶界的貧鉻現(xiàn)象。因此，在敏化溫度受熱時(shí)，不產(chǎn)生晶間腐蝕。一般控制焊縫中鐵素體含量為5～10％，如鐵素體過多，也會使焊縫變脆。（3）在焊縫金屬中滲入比鉻更容易與碳結(jié)合的穩(wěn)定化學(xué)元素，如鈦、鈮、鉭等。由于鈦能充分地將碳化鉻置換出來，消除了晶界的貧鉻地帶，從而改善了抗腐蝕性。（4）超低碳有利于防止晶間腐蝕，最大限度地降低碳在焊縫金屬中的含量，達(dá)到低于碳在不銹鋼中室溫通解極限值以下，使碳不可能與鉻生成Cr23C6,從根本上消除晶界的貧鉻區(qū)。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在焊縫金屬中小于0.03%時(shí)，就能提高焊縫金屬的抗晶間腐蝕的目的。2.工藝措施（1）首先要選用一種合適的焊接方法，即熱輸入最小，讓焊接討論盡可能地收縮在敏化溫度區(qū)間段的停留時(shí)間。對于薄件、小型規(guī)模的焊接討論，應(yīng)選用能量集中的真空電子束焊、等離子弧焊、鎢極氬弧焊；對于中等厚度板材的焊縫，可采用融化極氣體保護(hù)焊來施焊；而大兜肚板材的焊接選用埋弧焊、焊條電弧焊為經(jīng)常使用的焊接方法，氣焊不宜采用。（2）焊接參數(shù)的制定在保證焊縫質(zhì)量的前提下，采用小的焊接電流、最快的焊接速度。（3）操作方面盡量采用窄焊縫、多道多層焊，每一道焊縫或每一層焊縫后，要等焊接處冷卻至室溫再進(jìn)行下一道或下一層的焊接操作；在施焊過程中，不允許焊接材料在熔池中擺動；焊接管子采用氬弧焊打底時(shí)，可以不加填充材料進(jìn)熔焊，在可能的條件下，管內(nèi)通氬七保護(hù)，其奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝作用是保護(hù)熔池不易被氧化、加快焊縫的冷卻速度、有利于背面焊縫的成形。對于接觸副食介質(zhì)的焊縫，在有條件的情況下一定要最后施焊，以減少接觸介質(zhì)焊縫的受熱次數(shù)。（4）加快冷卻速度因?yàn)閵W氏體鋼不會產(chǎn)生淬硬現(xiàn)象，所以可在焊接過程中提高其冷卻速度。可以在焊接后直接把焊接接頭放入水中冷卻，或直接澆水以提高其冷卻速度，以達(dá)到減少貧鉻區(qū)形成的機(jī)會，從而起到提高抗晶間腐蝕的作用。焊接工藝上，可采用小電流，大焊速，短弧多道焊等措施，以縮短焊接接頭在危險(xiǎn)溫度區(qū)停留時(shí)間。（5）添加穩(wěn)定劑即在鋼材和焊接材料中加入比鉻與碳親和力更強(qiáng)的元素。對含鈦Ti、鈮Nb元素的18-8不銹鋼，在高溫下使用時(shí)，要經(jīng)過穩(wěn)定化處理。即在常規(guī)的固溶處理后，還要在850-900℃保溫1-4小時(shí)，然后空冷至室溫，以充分生成TiC及NbC。常用的不銹鋼材和焊接材料都含有鈦和鈮。如1Cr18Ni9Ti,H0Cr19Ni9Ti等。（6）固溶處理或穩(wěn)定化處理固溶處理是把房加熱到單一奧氏體區(qū)（1050~1150℃），得到成分均勻的單相奧氏體具有最低的強(qiáng)度和硬度、最好的耐蝕性，是防止晶間副食的重要手段。呈現(xiàn)敏化現(xiàn)象的奧氏體不銹鋼可再次用固溶處理消弭。穩(wěn)定化處理是針對含穩(wěn)定劑的奧氏體不朽放而設(shè)計(jì)的一種熱處理工藝。奧氏體不朽放中加穩(wěn)定劑（Ti或Nb）的目標(biāo)是讓鋼中的碳與Ti或Nb構(gòu)成穩(wěn)定的TiC或NbC，而不構(gòu)成Cr23C6，從而防止晶間侵蝕。穩(wěn)定化處理加熱溫度膏腴Cr23C6的溶解溫度，低于TiC或NbC的溶解溫度，一般在850~900℃，并保溫2~4小時(shí)。穩(wěn)定化處理也可用于消弭因敏化加熱而產(chǎn)生的晶間侵蝕傾向。方法是在焊接后把焊接討論加熱到1050～1100℃，此時(shí)碳又重新深入奧氏體中，然后迅速冷卻，穩(wěn)定了奧氏體組織。另外也可以進(jìn)行850～950℃保溫2小時(shí)的穩(wěn)定化熱處理，此時(shí)奧氏體晶粒內(nèi)部的鉻逐步散布到晶界，晶奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝界處的含鉻量又重新恢復(fù)到大于12％，這樣就不會產(chǎn)生晶間腐蝕。固溶處理能使碳化物不析出或少析出。但對含Ti、Nb的不銹鋼還要進(jìn)行穩(wěn)定化處理。四、奧氏體不銹鋼焊縫熱影響區(qū)的組織分析奧氏體不銹鋼較一般結(jié)構(gòu)鋼容易產(chǎn)生焊接熱裂紋，其主要以焊縫的結(jié)晶裂紋為主，個(gè)體鋼種在近縫區(qū)或多層焊層間也可能產(chǎn)生液化裂紋。焊縫的金相組織、化學(xué)成分和焊接應(yīng)力是導(dǎo)致奧氏體不銹鋼焊接討論產(chǎn)生裂紋的主要身分。焊接討論的熱裂紋中最常見的是結(jié)晶(凝固)裂紋、熱影響區(qū)(液化)裂紋和高溫低塑性裂紋。（一）焊縫凝固裂紋在奧氏體不銹鋼的焊接討論中常常發(fā)覺的凝固裂紋有焊縫縱向、橫向及火口裂紋(圖9)。這種裂紋是焊縫凝固過程在結(jié)晶后期產(chǎn)生的，所以稱凝固裂紋。凝固裂紋首先與奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小、線夠脹系數(shù)大有關(guān)，它使焊縫在結(jié)晶過程產(chǎn)生較大的收縮變形和拉伸應(yīng)力，這是產(chǎn)生凝固裂紋的需求條件。結(jié)晶裂紋的另一個(gè)主要原因原由是某些容易構(gòu)成低熔點(diǎn)共晶的元素比方S、P、B、Si、Nb等，在奧氏體基體中的溶解度很低，容易在粗大的方向性很強(qiáng)的桂狀晶、樹枝狀晶體之問偏析和構(gòu)成低熔點(diǎn)共晶液態(tài)薄膜。當(dāng)在結(jié)晶后期，基體已經(jīng)結(jié)晶以后，低熔點(diǎn)共晶仍然以液態(tài)方式存在，受收縮拉應(yīng)力的作用，發(fā)生沿晶的開裂。圖2是00Cr25Ni20Nb奧氏體焊縫的結(jié)晶裂紋及其斷口上柱狀晶的形貌。奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝圖9焊接接頭的熱裂紋采用國際焊接學(xué)會(IIW)舉薦的可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)機(jī)對經(jīng)常使用的奧氏體不銹鋼的熱裂紋敏銳性進(jìn)行了試驗(yàn)，測出表示凝固裂紋敏銳程度的BTR(脆性溫度區(qū)間)和Emin(臨界最小應(yīng)變)。BTR越大Emin越小．表明凝固裂紋越敏銳，表1中以304、321、347、316、310為序，凝固裂紋敏銳性增強(qiáng)。說明分歧成分的奧氏體不銹鋼，凝固裂紋的敏銳性也是分歧的。表中304、321、347的敏銳性相當(dāng)且最小，310最強(qiáng)，316居中。表7奧氏體不銹鋼可變拘束試驗(yàn)抗熱裂紋試驗(yàn)結(jié)果鋼號310316347321304BTR起止溫度BTR溫度范圍DTR起止溫度（℃）1400～12401400～12801400～13201430～13601430～1370（℃）160120807060（℃）1200～8501180～1050DTR溫度范圍（℃）350130Emin0.080.250.450.400.60奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝圖1000Cr20Ni10Nb奧氏體焊縫的結(jié)晶裂紋a)焊縫裂紋（×100）；b)裂紋斷口形貌由于上述凝固裂紋產(chǎn)生的原因可知防止凝固裂紋的措施之一，即是要盡可能的減少木材，焊材中有害元素的含量。奧氏體鋼焊縫中存在少量δ鐵素體（4%以上），對防止凝固裂紋有顯著的效果，表1中的304，321，347鋼的焊縫凝固裂紋敏銳性較小，其主要原因原由就是即是本身自熔焊縫中，焊后也會存在少量的δ鐵素體的原因。所以奧氏體不銹鋼的配套焊接材料常常在制造時(shí)即已經(jīng)考慮合金元素的含量婚配，使焊縫中構(gòu)成復(fù)合要求的少量鐵素體。鐵素體的有益作用是對S,P,Si,Nb等元素溶解度較大，能防止這些元素的偏析和構(gòu)成低熔點(diǎn)共品。焊縫中的鐵素體數(shù)量是有控制的，過多的鐵素體相使焊縫素韌性降低。而且插手在焊后有經(jīng)受熱處理時(shí)，可能發(fā)生δ→σ+γ`的轉(zhuǎn)變引發(fā)焊縫脆化，所以平日18-8，18-12-2等鋼的相應(yīng)焊材鐵素體的含量控制在4%～12%之間。另一方面在某些侵蝕環(huán)境，即使輕微的鐵素體也可能引發(fā)嚴(yán)重的題目，比方在尿素，醋酸等介質(zhì)中，焊縫中的鐵素體會發(fā)生選擇性侵蝕。純奧氏體的焊縫金屬，通過插手Mn,Mo,W,V,Ti可以改善其凝固裂紋敏銳性，如尿素級不銹鋼的焊材00Cr25Ni22Mn4Mo2N，00Cr18Ni15Mn5Mo2N鋼和耐硫酸，磷酸。有機(jī)酸抗孔蝕，應(yīng)力侵蝕用的00Cr20Ni24Mo5Cu等焊縫金屬雖然并不含有鐵素體相，但因Mn,Mo含量較高，仍具有良好的抗熱烈機(jī)能，焊接時(shí)不會產(chǎn)生凝固裂紋。Mn在焊縫金屬中可與S結(jié)合生成高熔點(diǎn)的MnS從而防止S的偏析和產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶，而Mo,W可提高熔池的結(jié)晶溫度，減少結(jié)晶溫度范圍，V,Ti可以減少脆性溫度區(qū)間BTR（表1）.因此均對防止凝固裂紋起到良好作用。奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝（二）熱影響區(qū)（液化）裂紋奧氏體不銹鋼焊接熱影響區(qū)常?？梢姷骄o鄰融合線處的熱裂紋。這種裂紋與焊縫凝固裂紋形成的原因相同，是由于木材中奧氏體經(jīng)界殘存著比基體熔點(diǎn)低的熔點(diǎn)共晶薄膜，在焊接電弧焊加熱總發(fā)生熔化，并在隨后的冷卻中受收縮拉應(yīng)力的作用熱發(fā)生開裂。圖11是含硼304鋼熱影響區(qū)的液化裂紋。在多層（多道）焊縫中也會遇到液化裂紋，這種情況往往是先焊的焊道中鐵素體含量少或無鐵素體而存在低熔點(diǎn)共晶薄膜，在隨后的焊道德熱影響下發(fā)生開裂。同樣防止熱圖11含鋼304和鋼HA2晶界液化裂紋影響區(qū)液化裂紋的主要對策是盡可能減少可能生成低熔點(diǎn)共晶的有害元素和偏析程度。因此，在選用適才和焊材時(shí)，特別要注意有害元素的含量，焊接時(shí)應(yīng)采用小的線能量的焊接工藝和規(guī)范，防止熱影響區(qū)過熱，以及注意討論設(shè)計(jì)和焊接步伐，盡可能削減焊接殘余應(yīng)力。（三）高溫低塑性裂紋這種裂紋多數(shù)發(fā)生在單相奧氏體鋼及合金的熱影響區(qū)或多層焊縫中先一層（道）焊縫上，其產(chǎn)生的溫度范圍相當(dāng)于再結(jié)晶溫度，因此高溫低塑性裂紋產(chǎn)生的溫度比液化裂紋更低的熱影響區(qū)。對于奧氏體鋼，在低于固相線溫度以下的加熱過程和冷卻過程，其塑性變化是不同的（見圖12）。在加熱過程中，起初隨溫度升高，塑性（Φ值）略有增加，在達(dá)到溫度t3時(shí)塑性開始降低。到達(dá)taD時(shí)降至零。在冷卻過程中，塑性開始恢復(fù)，當(dāng)溫度降至t3時(shí)已接近原來加熱時(shí)的水平。但在t2～t1溫度范圍出現(xiàn)塑性降低。此時(shí)如果存在較大的收縮應(yīng)變，就會引起裂紋。表1中的DTR是用可調(diào)拘束裂紋試驗(yàn)測出的奧氏體不銹鋼產(chǎn)生高溫低塑性裂紋的溫度。從表1中的高溫低塑性裂奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝紋開始和終了溫度及其范圍可知，310，316鋼分別在1200～840℃和1180～1050℃產(chǎn)生高溫低塑性裂紋，其溫度范圍相應(yīng)為350℃和130。而347，321，304三種鋼，既未發(fā)現(xiàn)裂紋也沒測出產(chǎn)生裂紋的DTR溫度，表明穩(wěn)定型奧氏體鋼具有較大的高溫低塑性裂紋傾向。而亞穩(wěn)奧氏體鋼的敏感性較小，一般焊接過程中不會產(chǎn)生這種裂紋。圖12加熱與冷卻中金屬的塑性與強(qiáng)度隨溫度變化的曲線實(shí)線-加熱中塑性的變化；虛線-冷卻中塑性的變化t1-t2-高溫塑性下降溫度區(qū)；t3-冷卻中塑性規(guī)復(fù)溫度；tmD-無塑性溫度；tda-無強(qiáng)度溫度奧氏體鋼及臺金冷卻過程中出現(xiàn)塑性降低和產(chǎn)生高溫低塑性裂紋的機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，簡單說與熱影響區(qū)在“再結(jié)晶溫度”二次晶界的形成有關(guān)。二次晶界又與金屬在高溫下點(diǎn)陣缺陷(空位、位錯(cuò))的運(yùn)動和晶界遷移等擴(kuò)散行為有關(guān)。因此凡是能提高“再結(jié)晶溫度”和增加擴(kuò)散激括能的因素都可以阻礙二次晶界的形成，從而降低高溫低塑性裂紋的敏感性。焊縫中的鐵素體可以有效阻止位錯(cuò)運(yùn)動，使多層焊縫防止高溫低塑性裂紋。合金元素Mo、W、Ta、Ti等可有效地增加多邊化激活能，提高再結(jié)晶溫度，在鋼和焊縫中掭加這些元素，都有利于防止高溫低塑性裂紋。奧氏體不銹鋼的熱裂紋問題，曾經(jīng)是這類鋼最擔(dān)心的問題。因此也就成為奧氏體鋼工藝焊接性的指標(biāo)。事實(shí)上，早期不銹鋼制品中，熱裂紋是經(jīng)常出現(xiàn)的，相當(dāng)多的焊接結(jié)構(gòu)存在隱患，是“帶病”工作。隨著對奧氏體鋼焊接裂紋的成因、不銹鋼及焊接材料中元素對裂紋的影響、焊縫中鐵素體作用奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝的研究以及新型焊接工藝的開發(fā)等，現(xiàn)在奧氏體不銹鋼的熱裂紋，在實(shí)際焊接產(chǎn)品上已經(jīng)很少發(fā)現(xiàn)，顯著改進(jìn)了焊接性，提高了焊接結(jié)構(gòu)的安全程度．可以說奧氏體不銹鋼的熱裂紋已經(jīng)有辦法避免和清除。五、奧氏體不銹鋼的熱處理工藝分析根據(jù)化學(xué)成分、熱處理目標(biāo)的分歧，奧氏體不銹鋼常采用的熱處理方式有固溶化處理、穩(wěn)定化退火處理、消弭應(yīng)力處理以及敏化處理等。（一）固溶化處理奧氏體不銹鋼固溶化處理就是將鋼加熱到過剩相充分溶解到固溶體中的某一溫度，保持一定時(shí)間之后快速冷卻的工藝方法。奧氏體不銹鋼固溶化熱處理的目的是要把在以前各加工工序中產(chǎn)生或析出的合金碳化物，如（FeCr）23C6等以及σ相重新溶解到奧氏體中，獲取單一的奧氏體組織(有的可能存在少量的δ鐵素體)，以保證材料有良好的機(jī)械性能和耐腐蝕性能，充分地消除應(yīng)力和冷作硬化現(xiàn)象。固溶化處理適合任何成分和牌號的奧氏體不銹鋼。由下圖1可知，當(dāng)奧氏體不銹鋼加熱到ES線以上時(shí)，奧氏體中的碳化物（Cr,Fe）23C又重新溶解，在組織上變成單相奧氏體，然后再采用快冷的方法，抑制奧氏體在冷卻過程中碳化物（Cr,Fe）23C的析出。奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝（二）穩(wěn)定化退火穩(wěn)定化退火是對含穩(wěn)定化元素鈦或鈮的奧氏體不銹鋼采用的熱處理方法。采用這種方法的目的是利用鈦、鈮與碳的強(qiáng)結(jié)合特性，穩(wěn)定碳，使其盡量不與鉻結(jié)合，最終達(dá)到穩(wěn)定鉻目的，提高鉻在奧氏體中的穩(wěn)定性，避免從晶界析出，確保材料的耐腐蝕性。奧氏體不銹鋼穩(wěn)定化處理的冷卻方式和冷卻速度對穩(wěn)定化效果沒有多大影響。所以，為了防止形狀龐大工件的變形或?yàn)榘芄ぜ膽?yīng)力最小，可采用較小的冷卻速度，如空冷或爐冷。一般是在固溶處理后進(jìn)行，常用于含Ti、Nb的18-8鋼，固處理后，將鋼加熱到850～880℃保溫后空冷，此時(shí)Cr的碳化物完全溶解，脫而鈦的碳化物不完全溶解，且在冷卻過程中充分析出，使碳不可能再形成鉻的碳化物，因而有效地消除了晶間腐蝕。1Cr18Ni9Ti棒材穩(wěn)定化處理替代固溶處理的工藝研究，通過對1Cr18Ni9Ti熱軋不銹鋼棒材穩(wěn)定化處理和固溶處理的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,發(fā)覺兩種工藝處理后的機(jī)械機(jī)能和耐晶間侵蝕機(jī)能基本不異,而且穩(wěn)定化處理對提高其耐晶間侵蝕機(jī)能是有益的,因此確認(rèn)1Cr18Ni9Ti不銹鋼可以用穩(wěn)定化處理工藝替代平日采用的固溶處理工藝。奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝（三）消除應(yīng)力處理確定奧氏體不銹鋼消除應(yīng)力處理工藝方法，應(yīng)根據(jù)材質(zhì)類型、使用環(huán)境、消除應(yīng)力目的及工件形狀尺寸等情況，注意掌握一些原則。去除加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力或去除加工后的殘留應(yīng)力?？刹捎霉倘芑幚砑訜釡囟炔⒖炖洌琁類、II類奧氏體不銹鋼可采用較緩慢的冷卻入式。為包管工件最終尺寸的穩(wěn)定性，可采用低的加熱溫度和緩慢的冷卻速度。為消弭很大的殘留應(yīng)力，消弭在工作環(huán)境中可能產(chǎn)生新應(yīng)力的工件的殘余應(yīng)力或?yàn)橄舸蠼孛婧附蛹暮附討?yīng)力，應(yīng)采用因溶化加熱溫度，III類奧氏體不銹鋼必需快冷。這種情況最好選用I類或II類奧氏體不銹鋼，加熱后緩慢冷卻，消弭應(yīng)力的效果更好。為消弭只能采用局部加熱方式工件的殘留應(yīng)力。應(yīng)采納低溫度加熱并緩慢冷卻的方式。（四）敏化處理敏化處理實(shí)際上不屬于奧氏體不銹鋼或其制品在生產(chǎn)制造過程中應(yīng)該采用的熱處理方法。而是作為在檢驗(yàn)奧氏體不銹鋼抗晶間腐蝕能力進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)所采用的一個(gè)程序。敏化處理實(shí)質(zhì)上是使奧氏體不銹鋼對晶間侵蝕更敏銳化的處理。對一些特殊使用處合，為更嚴(yán)格地考核材料的抗晶間侵蝕能力，在某些標(biāo)準(zhǔn)中，對奧氏體盡銹鈉的敏化制度規(guī)定得更加苛刻，根據(jù)工件將來使用的溫度及材料的含碳里以及是否含鉛元素等身分而采用分歧的敏化制度，有的還對敏化處理的升、降溫速度加以控制。所以，在判定奧氏體不銹鋼晶間侵蝕傾向性大小時(shí)，應(yīng)注意采用的敏化制度。例如不銹鋼閥門敏化處理實(shí)驗(yàn)：18-8奧氏體不銹鋼經(jīng)高溫加熱后緩慢冷卻，就會是碳化鉻自奧氏體中析出，固溶化處理以后，如在460~800℃溫度再加熱，碳化鉻的析出過程更強(qiáng)烈，因固溶化處理以后，所得到的奧氏體是一種過飽和固溶體，它是不穩(wěn)定的，使鋼對晶間腐蝕特別敏感。鑒于上述情況，當(dāng)鋼經(jīng)高溫加熱后，應(yīng)快速冷卻，以使碳化鉻來不及自奧氏體中析出;在制造過程中，應(yīng)盡可能避免使鋼受到敏化溫度(460~800℃)的影響和縮短敏化處理的時(shí)間。敏化處理，不奧氏體系不銹鋼及其熱處理工藝是直接將閥體進(jìn)行這種處理來得到最好耐腐蝕性能或較好的機(jī)械性能的，而是在試驗(yàn)室里通過試件進(jìn)行的，試件經(jīng)650℃,1~2小時(shí)敏