高性能奥氏体不锈钢的热处理——消除应力

高性能奥氏体不锈钢的热处理——固溶退火



消除应力的温度低于退火温度，而且不足以溶解析出物。消除应力不能将残余应力全部消除，只能去除部分，对材料硬度的影响极小。由于温度较低，消除应力进程缓慢，以小时计算，固溶退火过程是按分钟计算。消除应力的温度通常会降至二次相析出温度的下限。在这些温度下，为了防止降低耐腐蚀性能的析出相产生，必须谨慎选择退火时间。退火时间关系到应力消除量的多少。当决定是否采用低温消除应力、中温消除应力还是全固溶退火时，必须仔细权衡消除应力的潜在优点与敏化风险。



许多使用不锈钢，碳钢或合金钢混合结构的情形都要求对碳钢进行应力消除。在这种情况下中，以碳钢规范要求的退火时间和温度为准。工程技术人员必须确认碳钢所需的热周期是否会对不锈钢造成负面影响。如果会造成负面影响，可能需要采用其它不锈钢牌号。



低温消除应力通常在“安全”温度区间内进行，上限不超过540°C(1000°F)。下图表明经过该处理，原始应力可减少近40%。低温处理的最大优点是没有敏化风险。该图还表明540-900° (1000-1650°F) 中温处理可消除更多的应力。但是这个温度区间是碳化物和二次相析出的温度区间。因此，必须严格控制保温时间。所幸绝大多数应力都是在达到中等温度的头半个小时消除的。


当采用中温消除应力时，必须要考虑所有热周期对工件产生的累积效应。消除应力周期本身包括加热，保温和冷却。在消除应力前，多道次焊缝的热影响区(HAZ)可能已在该温度下暴露相当长的时间。在临界TTS区域内消除应力增加了热暴露时间， 会造成二次相的意外析出，降低热影响区的耐腐蚀性能和机械性能。绝大多数高铬或高钼高性能奥氏体不锈钢会在相当短的时间内形成金属间相，所以它们只能进行低温消除应力处理。



消除应力后的部件采用何种冷却值得深思。由于热收缩的差异，高冷却速率，如水冷却，可能会重新产生应力。要冷却不同截面的大型复杂部件又不产生新应力是非常困难的。对于在敏化时间和温度区间进行的处理而言， 强制空气冷却到析出温度的下限， 接着进行自然空冷是不错的选择。一般情况下，低温消除应力处理后进行自然空冷就可以。



消除应力处理前，不锈钢的表面处理和固溶退火的要求一样，要彻底去除污染物。低温消除应力处理不会像固溶退火那样，产生大量的氧化皮，但是会造成表面氧化。如果处理后表面呈现金色或蓝色，就需进行酸洗，恢复其耐腐蚀性能。

固溶退火是一种高性能奥氏体不锈钢的热处理方法，主要目的是提高材料的耐腐蚀性能和机械性能。固溶退火过程包括加热、保温和冷却三个阶段。在加热阶段，将材料加热至固溶温度，通常在1000-1150°C之间。保温阶段需要在固溶温度下保持一定时间，以使材料中的各种元素充分溶解。最后，在冷却阶段，将材料迅速冷却至室温，以防止析出物的形成。

固溶退火的主要优点是可以提高奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能和机械性能。通过固溶退火处理，可以消除材料中的残余应力，提高材料的塑性和韧性。此外，固溶退火还可以改善材料的组织结构，提高其抗腐蚀性能。

在进行固溶退火处理时，需要注意以下几点：

1. 选择合适的固溶温度和保温时间。固溶温度和保温时间的选择需要根据不锈钢的成分和性能要求来确定。过高的固溶温度可能导致材料的粗大化，降低其耐腐蚀性能；过长的保温时间可能导致析出物的形成，影响材料的性能。

2. 控制冷却速度。在冷却阶段，需要迅速将材料冷却至室温，以防止析出物的形成。过慢的冷却速度可能导致析出物的形成，降低材料的耐腐蚀性能和机械性能。

3. 清洁表面。在进行固溶退火处理前，需要对不锈钢表面进行彻底清洁，去除油污、锈迹等污染物。处理后的表面可能会出现氧化皮，需要进行酸洗处理，以恢复其耐腐蚀性能。

总之，固溶退火是一种有效的高性能奥氏体不锈钢热处理方法，可以提高材料的耐腐蚀性能和机械性能。在进行固溶退火处理时，需要注意控制固溶温度、保温时间和冷却速度，以及确保材料表面的清洁。
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