[科普中国]-固溶化处理

介绍

将钢加热至1050～1100℃，然后在水中快速冷却，便可获得单相奥氏体组织，这种过程叫固溶化处理。固溶化处理的温度应根据钢的含碳量来选择，通常含碳量高时取上限，含碳量低时取下限，但是，温度既不宜过高，也不宜过低。温度过高，将出现大量铁索体，并且使钢的晶粒粗大，这样不仅使加工工艺性变坏，而且使钢抵抗均匀腐蚀的能力降低。从晶间腐蚀的角度来看，加热温度愈高，奥氏体的过饱和度愈大，在以后析出碳化铬的温度区问再加热，碳化铬的析出过程也就愈强烈，使钢对晶间腐蚀的敏感性增大。如温度过低，则影响钢的成分均匀化和碳化物的充分溶解，这样达不到固溶化处理的应有效果。

固溶化处理在加热时应防止表面渗碳，因为渗碳使钢对晶间腐蚀的敏感性增大，在阀门中，阀体、阀座一类直接接触工作介质的所谓内件，对一般腐蚀性能要求及抗晶间腐蚀能力的要求比其它不锈钢阀件高得多，因此，内件的固溶化处理尤其需要注意表面渗碳。

加热时，通常可在中性或稍具氧化性的气氛中进行。对于热处理后不再进行加工或加工余量很小的零件，加热前应注意炉膛的清洁度，并清除零件表面的油污，以防止这些污垢在加热时分解，使零件表面渗碳。

固溶化处理以后，钢的强度随着含碳量的增加而提高。不过，总的说来，这类钢的强度都不高，与敏化处理及稳定化处理相比较，固溶化处理后的强度最低。所以，固溶化处理也是最大程度的软化处理。

固溶化处理使钢中的碳化物在高温加热时溶解，并为随后的快冷面固定在奥氏体中，所以固溶化处理的钢具有最高的耐腐蚀性能，对于不含钛或铌的18-8钢，固溶化处理是防止晶间腐蚀的重要手段。1

作用奥氏体不锈钢固溶化热处理的目的是要把在以前各加工工序中产生或析出的合金碳化物，如(FeCr)23C6等以及σ相重新溶解到奥氏体中，获取单一的奥氏体组织（有的可能存在少量的δ铁素体），以保证材料有良好的机械性能和耐腐蚀性能，充分地消除应力和冷作硬化现象。

固溶化处理加热温度的选择奥氏体系列的不锈钢虽然化学成分、种类不同，但固溶化处理加热温度的差别不大。

奥氏体不锈钢中的含铬碳化物和σ相的分解、固溶是随加热温度的升高而增加的。在实际加热条件下，850℃左右碳化物即开始分解、固溶，但在这个温度需要长时间保温。提高加热温度，可减少保温时间，即可使碳化物充分分解和固溶。有资料报道，0Cr18Ni9钢的碳化物溶入奥氏体中，在1000℃需要10min，在1065℃需要3min，在1176℃只需要1.5min。当然，加热温度太高会带来其他的不利作用。所以，0Cr18Ni9、1Cr18Ni9奥氏体不锈钢生产中，固溶化加热温度采用1050℃左右是适宜的；含钼的奥氏体不锈钢，因钼会降低固溶扩散速度，其固溶化加热温度可提高一些，如采用1080℃左右；含稳定化元素的奥氏体不锈钢，如果采用较高的加热温度，会使钛或铌的碳化物过度溶解而不利于发挥稳定化元素的作用，所以，含稳定化元素的奥氏体不锈钢固溶化加热温度可低一些，如1000℃左右即可；奥氏体不锈钢的化学成分中，当形成铁素体元素（以铬当量计）和形成奥氏体元素（以镍当量计）的比例在Schaeffler图（图1-1）上位置接近出现铁素体的区界时，此钢的固溶化处理加热温度宜取较低温度；铸造奥氏体不锈钢，因其组织成分不均匀性强，为保证固溶化处理效果，固溶化加热温度比同牌号的锻材、轧材要偏高。

加热保温时间奥氏体不锈钢含有大量的合金元素，铬的碳化物溶解固溶速度较慢，钢的导热率低，所以，奥氏体不锈钢固溶化处理的加热保温时间比一般合金钢要加长20%～30%。以保证内部均温和铬及碳化物的充分固溶。

固溶化处理的冷却经固溶加热、保温的奥氏体不锈钢在冷却时，如果冷却速度不足，则已固溶于奥氏体中的合金碳化物或σ相还可能析出，所以，固溶化处理的冷却速度很重要。

从理论上讲，固溶化冷却速度越快越好，但在具体生产中会存在零件变形和残留应力的问题。在我国和其他一些国家的标准中，将奥氏体不锈钢的冷却方式标注为“快冷”，在许多情况下，对“快冷”的理解可能不同，“快”的程度不好界定。

综合不同文献资料介绍的情况，奥氏体不锈钢固溶化冷却方式可按以下原则掌握。

含铬量大于22%，且含镍较高的奥氏体不锈钢；含碳量大于0.08%的奥氏体不锈钢；含碳量小于或等于0.08%，但有效尺寸大于3mm的奥氏体不锈钢，应选水冷。

含碳量小于或等于0.08%，但有效尺寸小于3mm的奥氏体不锈钢，可用风冷。有效尺寸为0.5mm以下的薄板件可空冷。

截面尺寸大的奥氏体不锈钢零部件毛坯即使水冷，其心部或接近心部处的冷却速度也未必满足要求，一旦加工成零件后，这部分成为接触介质的表面，就会影响该部分的耐腐蚀性能，在这种情况下，可先加工，使工作面能尽量地接近固溶化冷却介质，保证较快地冷却。或者选用含稳定化元素的奥氏体不锈钢，并在固溶化处理后进行稳定化退火处理。2