特殊性能钢之不锈钢的淬火方法
发布时间：2012-10-24 16:44:45
特殊性能钢是指具有特殊物理化学性能并可在特殊环境下工作的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢及低温用钢等。
1．金属腐蚀与防护
金属腐蚀通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种类型。前者是金属在干燥气体或非电解质溶液中的腐蚀，腐蚀过程不产生电流，钢在高温下的氧化属于典型的化学腐蚀；后者是金属与电解质溶液接触时所发生的腐蚀，腐蚀过程中有电流产生，钢在室温下的锈蚀主要属于电化学腐蚀，大部分金属的腐蚀都属于电化学腐蚀。
当两种互相接触的金属放人电解质溶液时，由于两种金属的电极电位及淬火方法不同，彼此之间就形成一个微电池，并有电流产生。电极电位低的金属为阳极，电极电位高的金属为阴极，阳极的金属将不断被熔解，而阴极金属就不被腐蚀。对于同一种合金，由于组成合金的相或组织不同，淬火方法也不同，也会形成微电池，造成电化学腐蚀。提高金属的抗电化学腐蚀能力，通常采取以下措施：
①通过淬火方法获得单相均匀的金属组织，从而不会产生原电池作用。
②通过加入合金元素提高金属基体的电极电位及淬火方法。
③加入合金元素，在金属表面形成一层致密的氧化膜，又称钝化膜，把金属与介质分隔开，防止进一步的腐蚀，为淬火方法做准备。
2．不锈钢的用途及性能要求
不锈钢在石油、化工、原子能、宇航、海洋开发、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活中都得到广泛应用。对不锈钢的性能要求最主要的是耐蚀性，除此之外，制作工具的不锈钢还要求高硬度、高耐磨性，制作重要结构零件要求高强度，某些不锈钢则要求有较好的加性能，需采用不同的淬火方法。
3．不锈钢的成分特点
①碳含量：耐蚀性要求愈高，碳含量应愈低。大多数不锈钢的碳质量分数为0.1%-0.2%。对碳质量分数要求较高0.85%-0.95%的不锈钢，应相应地提高铬含量和特殊的淬火方法。
②主加元素：Cr是最重要的必加元素，不但提高铁素体电位，钢的耐蚀性明显提高。同时，在金属表面形成致密氧化膜使腐蚀过程受阻，从而提高钢的耐蚀性；Ni是扩大奥氏体区元素，经适宜的淬火方法，用于形成单相固溶体奥氏体组织，显著提高耐蚀性，也可提高材料电极电位，但镍稀缺，钢中Ni与Cr铬常配合使用则会大大提高其在氧化性及非氧化性介质中的耐蚀性。
③其他元素：加入Mo、Cu等元素，经适宜的淬火方法可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力；加入Ti、Nb能优先同碳形成稳定碳化物，使Cr保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻钢的晶界腐蚀倾向。加入Mn、N等，部分代替Ni以获得奥氏体组织，经适宜的淬火方法能提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。
4．常用不锈钢
不锈钢按正火状态的组织可分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢。
(1)马氏体不锈钢：为了提离耐蚀性，马氏体不锈钢的含碳量都控制在很低的含量范围，一般不超过0.4%。含碳量越低，经合适的淬火方法，钢的耐蚀性就越好。含碳量越高，基体中的含碳量就越高，则钢的强度和硬度就越高；但含碳量越高，形成铬的碳化物量也就越多，其耐蚀性就变得越差一些。lCr13、2Cr13钢：耐蚀性较好，且有较好的力学性能。一般采用调质处理与选择合适的淬火方法。3Cr13、4Cr13：钢因碳含量增加，强度和耐磨性提高，但耐蚀性降低。采用淬火方法进行淬火、低温回火处理，制作具有较高硬度和耐磨性的医工具。
(2)铁素体型不锈钢：常用的铁素体不锈钢的含碳量低于0.15%，含铬量为12%-30%。，也属于铬不锈钢。由于含碳量相应地降低，含铬量有相应地提高淬火方法，铁素体型不锈钢为单相铁素体组织，耐蚀性比Cr13型钢更好，塑性、淬火方法的淬火性、焊接性也优于马氏体不锈钢。这类钢在淬火介质中进行退火或正火状态下处理下，塑性很好，但强度显然比马氏体不锈钢低，经合适的淬火方法，主要用制造耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件。
(3)奥氏体型不锈钢：由于镍的加入，扩大了奥氏体区，因而18-8型不锈钢在退火状态下呈现奥氏体+碳化物的组织。碳化物的存在，对钢的耐腐蚀性有很大损伤，故通常采用固溶处理或其他淬火方法进一步提高其耐蚀性，即把钢加热到1100℃后水冷，淬火方法使碳化物溶解在高温下的奥氏体中，再通过快令，就在室温下获得单相的奥氏体组织。
单相奥氏体不锈钢具有很强的加工硬化特性，奥氏体型不锈钢的淬火方法一般利用形变强化提高强度，其形变强化能力比铁素体型不锈钢要强。此外，还具有较好的耐热性，可在700℃下长期使用。这类钢不仅耐腐蚀性能好，而且钢的冷热加工性和焊接性也很好。
在450-850℃加热，或在焊接时，由于在晶界析出铬的碳化物，使晶界附近的含铬量降低，在介质中会引起晶间腐蚀。故18—8型不锈钢中常加入Ti或Nb，以防止晶间腐蚀，也可以进一步降低钢的含碳量，即生产超低碳的不锈钢。对于已产生晶间腐蚀倾向的零件，也可通过固溶处理消除。
本文参考《金属工艺基础与实践》一书。
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