奥氏体不锈钢具有很好的耐腐蚀性能,高温机械性能和抗氧化性能,它在超低温下仍能保持良好的韧性。奥氏体不锈钢的主要缺点是容易产生晶间腐蚀,其原因是当稳定性较低或含碳量较高时,钢通过敏化温度范围(430-820°C)时,缓慢加热或冷却,都能使碳化铬(Cr23C6)析出在晶界上,并导致邻近区域发生贫铬现象,如果钢在使用在腐蚀性环境中,晶界首先就被]腐蚀,即产生晶间腐蚀。
克服奥氏体不锈钢晶间腐蚀缺陷,通常有三种方式:即向钢中加入稳定化元素,如钛、铌等;降低钢中的含碳量,如降至0.03%以下;对钢施加一定的热处理。常用的热处理方式有固溶处理、稳定化处理、深冷处理和去应力处理。
1.固溶处理,就是将铬镍氏体不锈钢加热到向温单相区,即奥氏体区保持一定时间,使过剩相(如碳化物、σ相等)充分分解、固溶,得到成分均匀的单相固溶体(奥氏体),然后快速冷却,使高温时形成的过饱和固溶体,一直保持到室温的热处理工艺称为固溶处理。奥氏体不锈钢的牌号众多,化学成各不相同,但其固溶温度均在1000-1150°C范围内。值到注意的是,奥氏体不锈钢导热性差,低温时更差,因此在450°C以下时加温要缓慢,在450-850°C时升温要快。固溶处理后冷却要快,否则会析出碳化物相或σ相,会降低钢的耐腐蚀性能,固溶处理一般用清水冷却。
2.稳定化处理,克服晶间腐蚀的另一方式,就是加入稳定化元素Ti和Nb,这些含稳定化元素的不锈风钢,要进行稳定化处理,以便充分发挥Ti和Nb的稳定化作用。当普通奥氏体不锈钢加入Ti和Nb,与钢中的C结合形成TiC或NbC,这些碳化物比碳化铬(Cr23C6)的稳定性高,因此将将C固定在TiC或NbC,可防止钢在敏化温度作用下析出碳化物,从而可能克服奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀倾向。稳定化的目的,就是促进稳定化元素的碳化物充分析出,从而发挥它们的稳定作用,将钢加热到高于铬溶解温度,加热到稳定元素的碳化物几乎全部析出温度(850-900°C),保持一定时间,然后空冷。稳定化处理可作为去应力处理。
3.深冷处理,18%Cr-8%Ni进行深冷处理的原因有两个:一是如果钢的马氏体转变开始点高于阀门使用温度,则在使用温度下,钢中部分奥氏体转变成马氏体,将引起体积变化,致密封面变形;二是当阀门降至使用温度时,由于冷缩和温差作用,将引起零件不规则的变形。通常是在阀门密封零件在机加工后和研磨前进行深冷处理,尽量消除这两种变形,减少超低温阀门在使用温度下产生渗漏。
去应力处理,通常只有工件在应力腐蚀条件下工作时,进行去应力处理才较为有利,在许多情况下,即部分地消除应力,亦可保证工件不因应力腐蚀而造成事故。
