不銹钢之热处理.docVIP

不銹鋼之熱處理 无锡不锈钢市场 不銹鋼技術知識庫 不銹鋼之熱處理 2007-1-26 9:56:01 不銹鋼之熱處理 ? 熱處理的種類 材料的組織，本質上會影響其特性，而熱處理正是可以改變其組織，以達成目的特性的有效方式。若由材料之製造或是下游加工過程所需的特性來看，熱處理基本上有強化的作用存在，並且可定義為材料、零件的製造要件之一，或為依循各種溫度-時間軌跡的一種材料加工工程。此時若再組合其他熱加工方法，即成為所謂的加工熱處理，其主要的目的如下： (1) 組織變態(淬火硬化)；(2) 無關餘組織之變態，僅就其大小、形狀及分佈狀態作變化(軟化退火)；(3) 減少內部應力及其分佈變化(回火)。 依上述熱處理之特徵及目的，泛用之熱處理方法可大略分為淬火、退火及回火等。其中，退火係材料製程特性所需，而淬火回火則為下游加工或成品特性所需，下表為熱處理方法之分類。 退火 1. 擴散退火 2. 晶粒粗大化退火、完全退火 3. 正常化 4. 網狀碳化物溶解 5. 軟化退火 6. 再結晶退火 7. 結晶回復 8. 應力去除退火 9. 安定化處理(改善耐蝕性) 10. 固溶化退火(改善耐蝕性) 淬火 全體淬火(鋼的淬火) 表面淬火(表面硬化) 調質處理(調質鋼) 回火 分散析出強化回火 ?  退火 退火的方法若依照上表所列有10種之多，其中與變態有關的項目包括 (2)晶粒粗大化退火、(3)正常化及(4)球化退火等。 至於(1)擴散退火雖然加熱溫度在變態點以上，但其目的在藉由高溫達到成分元素之擴散均質化，而不在變態的過程。最後，(5)軟化退火、(6)再結晶退火、(7)結晶回復及(8)應力去除退火等，加熱溫度皆在變態點以下，故屬於與變態無關之退火。圖1為鐵-碳平衡圖中各種退火溫度示意圖。 ? ? (1) 擴散退火或均質化處理(Homogenizing)： 鋼胚製造過程會於初期凝固區產生高純度的現象，這些凝固初晶，一面形成柱狀晶或樹枝狀晶，一面向內生長。另一方面，鋼液通常容易在凝固界面上呈現合金元素局部濃縮的現象，此一殘留部分枝溶更低，最後隨著溫度之降低而埋在樹枝狀晶間完全凝固。因此產生了鋼胚內部不論巨觀或微觀上，成分元素或不純物的偏析，尤其是脫氧鋼，此種傾向便很顯著，此種偏析相在熱加工之際，會延著軋延方向延伸而產生軋延材常見的帶狀組織，例如普通鋼熱軋延材易形成帶狀肥粒鐵組織，而此帶狀組織之形成主要原因為肥粒鐵形成元素P及As等產生偏析所致。在合金剛方面，除了前述的不純物外，特殊合金元素亦會產生偏析的現象，其中以Mo最為顯著，其次依序為Cr、Mn、Cu、Ni等。 擴散退火即是以擴散的方式消除鋼料內部偏析現象及均質化鑄造組織的一種退火方法，圖2為各元素在沃斯田鐵相中之擃散係數與溫度的關係。一般而言，侵入型元素(如碳，氮)之擴散係數比置換型者大許多。但是含兩種以合金元素以上時即會受到影響，例如碳原子與易行程碳化物之元素Cr、Mn、V等共存時，即易產生此類置換型元素的偏析，因此其擴散處理議會受到此類置換型元素擴散不易之影響，故合金鋼的擴散退火長需要高溫且長時間之處理。實際上，大綱胚在軋延成小鋼胚的過程會先經過高溫均熱階段，藉此兼作為擴散退火的例子亦不少。此外，高溫加熱對防止紅熱脆性亦有顯著效果，由於硫原子易形成硫化物偏析於晶界，特別是含Ni鋼或是含S快削鋼，所以擴散退火乃必要之處理。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 擴散處理過程，必須考慮的因子有： (a) 初期偏析程度(b) 一次帶狀偏析之間隔(c) 偏析元素之擴散能(d) 容許殘留偏析度 若在小擴散係數、大初期偏析度、大的一次帶狀組之間隔、大偏析指數及盡可能小的殘偏析度等要求條件下，則需要更長的加熱時間才能消除濃度差及二次組織不均勻性。圖3.為擴散退火對構造用低合金鋼衝擊韌性的影響，顯示其可以提昇橫方向性之衝擊值。擴散退火若伴有晶粒成長的副作用時，則有必要再以普通退火或正常化處理來細化晶粒。另外對於帶狀組織偏析嚴重之鋼料，藉由退火來使組織均質化之處理，又稱為均質化處理(Homogenizing)。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (2)晶粒粗大化退火或完全退火(Full annealing)： 為改善切削性而考慮到粗大化晶粒時，鋼料必須以Ac3以上溫度作長時間保持，在徐冷到Ar1溫度以下，此種處理稱為晶粒粗大化退火或完全退火。一般常說的退火，大都指完全退火。就影響鋼料切削性之因子而言，除了強度及硬度外，組織是相當重要的因子，特別是切削速度慢時(切屑不呈片狀而呈連續狀)。由於晶粒粗大化者韌性較差，因而切削後表面狀態較佳。例如低碳鋼(如表面硬化鋼)硬度低，表面易附著油等異物，狀態較差，故需要作晶粒粗化退火處理。其加熱的溫度，比變態溫度上限