依據化學成分、熱處理目的的不同,奧氏體不銹鋼管常采用的熱處理方式有固溶化處理、穩定化退火處理、消除應力處理以及敏化處理等。

(一)固溶化處理

奧氏體不銹鋼管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,保持一定時間之后快速冷卻的工藝方法。奧氏體不銹鋼管固溶化熱處理的目的是要把在以前各加工工序中產生或析出的合金碳化物,如(FeCr23C6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械性能和耐腐蝕性能,充分地消除應力和冷作硬化現象。固溶化處理適合任何成分和牌號的奧氏體不銹鋼管。由下圖1可知,當奧氏體不銹鋼管加熱到ES線以上時,奧氏體中的碳化物(Cr,Fe23C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,Fe23C的析出。

(二)穩定化退火

穩定化退火是對含穩定化元素鈦或鈮的奧氏體不銹鋼管采用的熱處理方法。采用這種方法的目的是利用鈦、鈮與碳的強結合特性,穩定碳,使其盡量不與鉻結合,最終達到穩定鉻目的,提高鉻在奧氏體中的穩定性,避免從晶界析出,確保材料的耐腐蝕性。

奧氏體不銹鋼管穩定化處理的冷卻方式和冷卻速度對穩定化效果沒有多大影響。所以,為了防止形狀復雜工件的變形或為保證工件的應力最小,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行,常用于含Ti、Nb18-8鋼,固處理后,將鋼加熱到850880℃保溫后空冷,此時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棒材穩定化處理替代固溶處理的工藝研究,通過對1Cr18Ni9Ti熱軋不銹鋼管棒材穩定化處理和固溶處理的試驗結果進行比較,發現兩種工藝處理后的機械性能和耐晶間腐蝕性能基本相同,而且穩定化處理對提高其耐晶間腐蝕性能是有利的,因此確認1Cr18Ni9Ti不銹鋼管可以用穩定化處理工藝替代通常采用的固溶處理工藝。

(三)消除應力處理

確定奧氏體不銹鋼管消除應力處理工藝方法,應根據材質類型、使用環境、消除應力目的及工件形狀尺寸等情況,注意掌握一些原則。

去除加工過程中產生的應力或去除加工后的殘留應力??刹捎霉倘芑幚砑訜釡囟炔⒖炖?,I類、II類奧氏體不銹鋼管可采用較緩慢的冷卻入式。為保證工件最終尺寸的穩定性,可采用低的加熱溫度和緩慢的冷卻速度。為消除很大的殘留應力,消除在工作環境中可能產生新應力的工件的殘余應力或為消除大截面焊接件的焊接應力,應采用因溶化加熱溫度,III類奧氏體不銹鋼管必須快冷。這種情況最好選用I類或II類奧氏體不銹鋼管,加熱后緩慢冷卻,消除應力的效果更好。為消除只能采用局部加熱方式工件的殘留應力。應采取低溫度加熱并緩慢冷卻的方式。

(四)敏化處理

敏化處理實際上不屬于奧氏體不銹鋼管或其制品在生產制造過程中應該采用的熱處理方法。而是作為在檢驗奧氏體不銹鋼管抗晶間腐蝕能力進行試驗時所采用的一個程序。

敏化處理實質上是使奧氏體不銹鋼管對晶間腐蝕更敏感化的處理。對一些特殊使用場合,為更嚴格地考核材料的抗晶間腐蝕能力,在某些標準中,對奧氏體盡銹鈉的敏化制度規定得更為苛刻,依據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因素而采用不同的敏化制度,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管晶間腐蝕傾向性大小時,應注意采用的敏化制度。

例如不銹鋼管閥門敏化處理實驗:

18-8奧氏體不銹鋼管經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,它是不穩定的,使鋼對晶間腐蝕特別敏感。鑒于上述情況,當鋼經高溫加熱后,應快速冷卻,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間。敏化處理,不是直接將閥體進行這種處理來得到最好耐腐蝕性能或較好的機械性能的,而是在試驗室里通過試件進行的,試件經650,1~2小時敏化處理,以考核閥件的抗晶間腐蝕能力。比如,不銹鋼管閥門若在高于350℃條件下使用,就需要用敏化處理來檢驗鋼對晶間腐蝕的敏感性。如有晶間腐蝕傾向應用固溶化處理予以消除。

長期以來,人們選用含穩定化元素Ti,Nb的奧氏體不銹鋼管,例如1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni11Ti,1Cr18Ni12Mo2Ti,1Cr18Ni12Mo3Ti,1Cr18Ni11Nb,0Cr18Ni11Nb等以防止敏化態晶間腐蝕并取得了滿意的結果。Ti,Nb的作用主要是與鋼中過飽和的碳形成穩定的TiC,NbC等碳化物而防止或減少鉻碳化物Cr23C6的形成。但是含穩定化元素Ti,Nb,特別是含Ti不銹鋼管有許多缺點。在不銹鋼管冶煉工藝日新月異的今天。有些缺點已嚴重阻礙了不銹鋼管冶煉生產的科技進步并給使用帶來了不必要的損失和危害。例如,Ti的加入使鋼的粘度增加,流動性降低,給不銹鋼管的連續澆注工藝帶來了困難;Ti的加入,使鋼錠,鋼坯表面質量變壞,不僅大大增加冶金廠的修磨量,而且顯降低鋼的成材率,從而提高了不銹鋼管的成本;Ti的加入,由于TiN等非金屬夾雜物的形成,降低了鋼的純潔度,不僅使鋼的拋光性能變差,而且由于TiN等夾雜常常成為點蝕源而使鋼的耐蝕性下降;含Ti不銹鋼管焊后在介質作用下,沿焊縫熔合線易出現“刀狀腐蝕”,同樣引起焊接結構設備的腐蝕破壞。

由于含Ti不銹鋼管的上述缺點,在不銹鋼管產量最大的日本,美國含Ti18-8Cr-Ni不銹鋼管的產量僅占Cr-Ni不銹鋼管產量的1~2%,而我國仍占Cr-Ni不銹鋼管產量的90%以上。這既反映了我國不銹鋼管生產和鋼種使用上的不合理,也說明我國在不銹鋼管生產和使用中,鋼種結構上的落后狀況。建議選用超低碳Cr-Ni奧氏體不銹鋼管。由于超低碳[C<=0.02~0.03%]Cr-Ni奧氏體不銹鋼管的強度較用Ti,Nb穩定化的不銹鋼管為低,當強度嫌不足時,可選用控氮[N0.05~0.08%]和氮合金化[N>=0.10%]的超低碳Cr-Ni奧氏體不銹鋼管,它們不僅強度高且耐晶間腐蝕,耐點蝕等性能也均較含Ti,Nb不銹鋼管為佳。建議含Ti,NbCr-Ni奧氏體不銹鋼管僅用于低碳,超低碳不銹鋼管無法替代的條件下,例如作為耐熱鋼使用和在連多硫酸等用途中使用。