关于含铌不锈钢的热处理

237 附录 1 关于含铌不锈钢的热处理 因为本没有设置不锈钢的热处理专述章节，这里把含 Nb的各种不锈钢热处理的特别 问记述如下。 (1) 12Cr-Nb马氏体不锈钢。 12Cr-Nb马氏体钢的化学成分(%)如下： C Cr Nb 0.13/0.18 11.5/13.0 0.35/0.45 钢中加入 Nb提高了抗回火性,力学性能好,伸长率高。热处理均匀性好。为了使 Nb的碳 化物固溶,需要提高淬火温度(约 1100℃)，回火温度高于 650～700℃，抗软化性能较强。 和无 Nb同类钢相比，在获得同样的硬度，含 Nb钢比无 Nb钢回火温度高出 50℃。高 出 750℃，抗回火性消失。 750℃回火韧性好，冲击值比无 Nb钢高得多。 12Cr系含 Nb耐热钢 H46、Rex448、HGT4、TAF一般 1150℃油淬，650～680℃空冷， 而同时加Mo的 TAF需 200℃空冷回火。 (2) Nb促进 475℃脆性含 Cr 12%以上的铁素体不锈钢，在 370～540℃加热后出现 475 ℃脆性，消除这种脆性需 600℃以上加热，塑性才能恢复。 (3) 晶间腐蚀。含 C 0.002%、N 0.0095%的铁素体不锈钢，即使 950～1150℃快冷也不 被敏化。但是 C 0.012%，N 0.012%，N 0.022%从 926℃以上快冷就会敏化；但加 m(Ti)≥ 6m(C+N)或 m(Nb)≥8m(C+N)就可防止敏化(硫酸　硫酸铜试验)。但是加 Ti对于像 65%硝酸 那样的强氧化介质无效果，而以加 Nb为宜。 (4) 434+Nb，即 S43600。此钢 w(C)≤0.12%，17Cr,MoNb主要用于汽车，内外装修及风 挡、尾灯、车门框架。退火温度为 788～850℃。 (5) 奥氏体不锈钢敏化分级。从附图可以看出Nb稳定化钢的敏化倾向最小，见附图1.1和附1.1。 附图 1.1 奥氏体不锈钢敏化的组织分级 C1—没有碳化物析出；C2—析出微量碳化物；C3—析出少量碳化物； 238 C4—析出中量碳化物；C5—析出多量碳化物；C6—析出大量碳化物 附表 1.1 敏化奥氏体钢的分级 敏 化 处 理 材 质 C Nb Ti 650℃，1h 650℃，2h 650℃，1h 650℃，2h 304 304L 347 321 0.060 0.030 0.059 0.047 — — 0.63 — — — — 0.40 C4 C1 C1 C1 C5 C2 C1 C2 C5 C1 C1 C1 C6 C2 C1 C2 (6)304钢的晶粒度。高温蠕变断裂性能，随固溶温度的提高，晶粒粗大化得到改善。Ti、 Nb稳定化钢晶粒容易细化，因此固溶温度比一般情况要求高些，目标大致粗于 7级，在奥 氏体固溶度上限处理，在 700～800℃之间预热需较长时间。 (7)稳定化处理和敏化处理。加 Ti、Nb稳定化的钢，为了确实使 C稳定化，有时需要进 行稳定化处理，即固溶处理后进行 850～930℃加热后水冷、油冷或者空冷。 18-8 Ti与 18-8 Nb不锈钢的加热温度与固溶 C的成分，见附图 1.2。清楚显示，两个钢 在高于 900℃以上加热具有不同的敏化倾向，这就是 18-8 Ti在固溶处理后仍具有显著的晶 间腐蚀倾向，这是焊缝热影响区具有晶间腐蚀的原因。18-8 Nb的固溶 C就少得多。 附图 1.2 稳定化不锈钢的加热温度与 C固溶量的关系 所以进行稳定化处理温度 18-8 Ti是 900℃，1h，而 18-8 Nb为 920℃，1h。 18-8 Ti焊后不进行稳定化处理，在强氧化介质中应用，便会发生严重的“刀口腐蚀”。 而同样条件下，18-8 Nb只有轻微的或中等程度的刀口腐蚀。消除敏化处理：(815～845)℃， 24h空冷 500～800℃长时期工作的热交换器具有自身“免疫性”。这是因为在此温度下已形 成铬碳物，由于时间长、Cr的迁移可以补充“贫铬区”中的 Cr而不形成贫铬区。随着现代 冶炼技术的发展，C 可以降低到相当低的水平，不用稳定化处理也可通过检验。Nb 稳定化 或 Nb-Ti双稳定化钢对此有优势。 316 Nb在敏化温度区间长时间(大于 100h)以上可能出现 Fe2(MoNb)相引脆化而开裂。并 不是晶间腐蚀。 18-8Ti钢(C 0.07、Ti 0.42)和 18-8 Nb钢(C 0.07、Nb 0.47)稳定化不锈钢的加热温度与 C 固溶量的关系见附图 1.2。 (8)光亮退火。因为 Nb、Ti、Al、Mn等较 Cr容易氧化，使表面变暗。所以，加入 Ti、 Nb或 Al、Mn量较多的不锈钢在连续退火保护气体中宜使用高纯氢，7个 9的露点-70℃，9 个 9 的露点-90℃，这样的纯度需采用钯合金膜制取。更高的光亮要求，必须进行真空热处 理。而不能用含 N气氛，因为易渗氮，产生不利影响。w(N)＜10×10-4%可不担心渗氮。 239 (9)18Cr-2.2Mo-1.0Nb钢热处理析出物的组成。附表 1.2示出高温固溶处理析出物组成的 变化，指出Mo只有 0.02%，和钢中的 2.2%Mo相比可以说Mo是不参与析出，而铌出量变 化很大，1150℃30minNb 析出 0.14%，如果再降低温度处理，又有 0.62%Nb 从固溶体中析 出，再重复加长时间处理 Nb仍为 0.61%，Nb的析出量几乎不变，说明 Nb过饱和部分已析 出完毕。附图 1.3示出 18-2.2Mo-1.0Nb铁素体不锈钢的析出物形貌，左为M6X和MX型碳 氮化物，而右为 Fe2Nb Laves相。 附表 1.2 18Cr-2.2Mo-1.0Nb钢每种元素的基体中析出的比例（%） 热 处 理 Fe Cr Nb Mo 在 1150℃退火 30min 0.11 0.04 0.14 0.02 在 1150℃退火 30min 后,在 1000℃时效 15min 087 0.17 0.62 0.02 在 1100℃退火 30min 0.91 0.16 0.61 0.02 附图 1.3 18Cr-2.2Mo-1Nb钢的析出物 TEM电镜照片 a—在 1150℃下退火 30min；b—在 1150℃下退火后再生 1000℃时效 15min 参 考 文 献 1 ［日］藤田辉夫.不锈钢的热处理.北京：机械工业出版社，1983 2 铌·科学与技术.中信微合金化技术中心编译.北京：冶金工业出版社，2003：608