奥氏体不锈钢固溶处理

奥氏体不锈钢丝通过固溶处理来软化，一般将钢丝加热到950～1150℃左右，保温一段时间，使碳化物和各种合金元素充分均匀地溶解于奥氏体中，然后快速淬水冷却，碳及其它合金元素来不及析出，获得纯奥氏体组织，称之为固溶处理。固溶处理的作用有3点。

⑴使钢丝组织和成分均匀一致，这对原料尤其重要，因为热轧线材各段的轧制温度和冷却速度不一样，造成组织结构不一致。在高温下原子活动加剧，σ相溶解，化学成分趋于均匀，快速冷却后就获得均匀的单相组织。

⑵消除加工硬化，以利于继续冷加工。通过固溶处理，歪扭的晶格恢复，伸长和破碎的晶粒重新结晶，内应力消除，钢丝抗拉强度下降，伸长率上升。

⑶恢复不锈钢固有的耐蚀性能。由于冷加工造成碳化物析出，晶格缺陷，使不锈钢耐蚀性能下降。固溶处理后钢丝耐蚀性能恢复到佳状态。

对于钢丝而言，固溶处理的3个要素是温度、保温时间和冷却速度。

固溶温度主要根据化学成分确定。一般说来，合金元素种类多、含量高的牌号，固溶温度要相应提高。特别是锰、钼、镍、硅含量高的钢，只有提高固溶温度，使其充分溶解，才能达到软化效果。但稳定化钢，如1Cr18Ni9Ti，固溶温度高时稳定化元素的碳化物充分溶解于奥氏体中，在随后的冷却中会以Cr₂₃C₆的形态在晶界析出，造成晶间腐蚀。为使稳定化元素的碳化物（TiC和NbC）不分解、不固溶，一般采用下限固溶温度。

保温时间应根据热处理炉型和装炉量确定。周期炉多采用热装炉，即炉温升到预定温度后装炉，保温后快速出炉淬水。从装炉到出炉热处理周期一般为0.5-2h。

冷却速度对不锈钢性能有很大影响。如前所述，在冷却过程中碳要从奥氏体中析出，550～800℃为σ相析出区，还有475℃脆性区，因此，固溶后的钢丝应采用快速冷却的方式防止碳化物析出，避开上述温度区，获得佳热处理效果。直径φ3.0mm以上的钢丝一般用水冷，直径φ3.0mm以下可以用风冷。美国304(0Cr19Ni9)和316(0Cr17Ni12Mo2)钢现场冷却作业标准认为，超过3min钢仍为红色就说明冷却速度不够。一般说来，固溶处理后钢丝抗拉强度主要取决于固溶温度，温度升高，抗拉强度偏低。伸长率似乎更多取决于冷却速度，冷却加快，伸长率偏高。

近年来，新兴不锈钢丝生产企业几乎全部选用氨分解气体保护连续炉，自由放线、倒立式收线或线轴收线的方式进行钢丝热处理。选用氨分解气体（25%N₂+75%H₂的体积比）作为保护气的原因是液氨资源丰富，储运方便，制气装备简单，制出的气体纯度比较高，稍作净化即可使用。因为不锈钢中铬含量高，保护气体中的氧和水份的含量必须降到相当低的水平才能实现光亮热处理。对于铬—镍不锈钢，保护气体露点为-45～-55℃就能得到光亮表面。对于含有稳定化元素Ti、Nb或Mn、Al含量较高的钢，因为这些元素与氧的亲和力比铬大，即使保护气体的露点低于-55℃，钢的表面也会变成淡灰色和亮灰色。以氢气保护连续炉热处理0Cr17Ni7Al为例，氢气露点和钢表面变色的关系如表2-1。不锈钢表面蓝色氧化皮很难酸洗去除，如还原性气氛露点达不到要求，还不如采微氧化性（含5%游离O₂）气氛好。

表2-1  氢气露点与0Cr17Ni7Al表面色泽关系           奥氏体不锈钢固溶处理

不锈钢丝气体保护连续炉设计规范对保护气体要求一般为氧含量≤10ppm,露点低于-60℃。另外一个重要参数是气体流量，不同企业热处理实际使用流量往往有很大差别，造成差别的原因有两方面：①系统的气密性，②钢丝的洁净度。

系统的气密性是指气体发生装置和传输管路泄漏状况，尤其应注意管路的焊接头、连接点、法兰盘及阀门的泄漏，系统泄漏不仅造成气体流失，还严重降低气体纯度，造成不锈钢丝氧化变色。炉管两端的封堵，特别是进气端的封堵，可以有效地减少气体流量。

钢丝表面洁净度是一个容易忽视的因素，表面潮气、残留油脂和润滑剂带入炉管，恶化炉管内气氛，往往造成钢丝氧化。此时为使钢丝恢复光亮，必须用大量高纯气体稀释水气，改善炉管内气氛，这就是不同企业热处理炉气体流量差别很大的原因 。现代化不锈钢丝生产线非常注意拉拔后钢丝表面清洗，通常在拉丝机后配上一组清洗槽，有的还在连续炉前再配置一组电解清洗装置和干燥炉，成品钢丝表面质量确实有根本性提高。

保护气体流量可以用换气系数来确定，每小时通气量等于炉管总容积时换气系数为1。不锈钢丝光亮热处理炉的实际换气系数为15～45。
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