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奥氏体不锈钢制件的应力及危害

来源:博创兴(博创兴金属整理发布)   时间:2021-10-16

当物体受到外力作用发生变形时,其内部就会出现一种抵抗变形的力;物体在加热膨胀和冷却收缩过程中受到阻碍时,在内部也会产生应力;材料在加热或冷却过程中,如果有组织转变时,也会产生相变应力。因此,奥氏体不锈钢在制造成零部件的生产加工过程中,都不可避免地产生应力,并残留在零部件中。

铸造时,由于铸件形状、各部位尺寸不同,冷却速度和冷却顺序不同,会产生铸造应力;锻造、轧制时,会因为变形及变形量不同等原因产生锻造应力;在机械切削加工时,因切削力产生应力;在焊接时,工件不同部位的不同时加热、不同时冷却以及焊件各部位形状、尺寸不均匀而产生焊接应力;复杂件、大型件、截面不均匀件在热处理快速加热或冷却过程中产生热应力等,这些应力的存在,除会引起变形外,对奥氏体不锈钢的另一个不良作用是会在某些使用环境、条件下发生应力腐蚀。所以,对奥氏体不锈钢制造的零部件应注意消除残留应力。

具有残留应力的制件和金属,由于能量提高,原子处于热力学不稳定状态,当将其加热到一定温度,就会较快地恢复到平衡状态,使应力得以消除。

适当地热处理就是减小或消除奥氏体不锈钢残留应力的重要手段之一。通常叫消除应力热处理。

钛或铌作为稳定化元素加入奥氏体不锈钢中,会提高其抗晶间腐蚀的能力,这是因为它们与碳的结合能力强于铬,使钢中的碳尽量形成TiC、NbC,减少铬与碳结合形成(FeCr)23 C6并从晶界析出的机会,使铬能较好地存在于固溶体中,保持铬的有效浓度,不产生贫铬区。但是,虽然奥氏体不锈钢中含有了足够量的钛或铌,在进行固溶化处理时,在(FeCr)23 C6溶解的同时,TiC,NbC也会溶解,奥氏体中饱和了大量的碳,在以后的450~800℃区间加热时,由于钛或铌的原子半径大于铬的原子半径,钛或铌比铬扩散困难,结果还会形成大量的铬的碳化物。可见,只进行固溶化热处理,钛或铌不能充分发挥作用。

经研究发现,如果把含有稳定化元素的奥氏体不锈钢重新加热到(FeCr)23 C6能溶解,而TiC或NbC不能溶解的温度,此时,从(FeCr)23 C6分解出来的碳又会被钛或铌化合成TiC或NbC,从而最大限度地发挥了钛或铌的作用。使铬没有与碳结合的机会并保持在奥氏体中,这种热处理方法就是含稳定化元素奥氏体不锈钢的稳定化热处理(也叫稳定化退火)。

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