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
因为本书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
问题记述如下。
(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...
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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;
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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。
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(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
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