由于奧氏體不銹鋼管在加熱到高溫時不發(fā)生相變,其熱處理就是把鋼管加熱到1000~1100℃,在奧氏體再結晶的同時,使加工中產生的碳化物和σ相分解物固溶到奧氏體中,然后快速冷卻,使碳以固溶狀態(tài)的奧氏體保持到常溫,獲得單相奧氏體的工藝方法叫固溶處理。其熱處理工藝與淬火相似,只是不發(fā)生相變。固溶處理的主要目的是使奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的耐蝕性。
奧氏體不銹鋼管固溶處理的溫度都較高,其加熱溫度主要取決于碳化物固溶速度。例如,06Cr19Ni10 鋼管的碳化物在1065℃時固溶需3min,在1176℃時需要1.5min,在1000℃時則需10min。從這個角度來看,加熱溫度越高越好,但加熱溫度過高會引起鋼中晶粒過分長大,工件表層氧化皮增厚等缺陷。同時,晶粒過大,會使鋼的抗拉強度明顯下降。因此,一般取1000~1100℃,碳含量高時取上限溫度,碳含量低時取下限溫度。
奧氏體不銹鋼管加熱宜在中性或弱氧化氣氛中進行,為此常采用空氣爐做加熱設備,并以氨分解氣作為加熱介質,或在真空爐中加熱。但不宜在鹽浴爐中加熱,因為鹽浴中的氯化鹽會使奧氏體不銹鋼遭受腐蝕。為了保證加熱質量,熱處理前需將工件表面清洗干凈。
奧氏體不銹鋼管的熱導率低(特別是低溫時),升到高溫時熱導率才有所提高,所以對于大斷面的奧氏體不銹鋼零件都要預熱到700~800℃,然后再快速升溫;對于斷面較小的奧氏體不銹鋼零件(如帶鋼),如果升溫過慢,碳化物會充分析出,就會導致固溶時間過長。由于加熱到900℃時,碳化物及其他化合物便開始向固溶體溶解,因此在固溶溫度下的保溫時間不必很長。美國阿姆科公司曾經制定了一個經典的加熱和保溫時間表(見表3-6),可供參考。
為防止已固溶的碳化物從奧氏體中析出,加熱保溫后的奧氏體不銹鋼管的冷卻速度應引起重視,特別是在600~700℃時,碳化物析出較多而發(fā)生敏化,所以必須在水中進行快速冷卻。對于厚度不大的工件,為防止變形,可以空冷。對于斷面較大的零件,在固溶后冷卻時,無論怎樣快冷,中心部位的冷卻速度仍然較慢,往往會因碳化物析出較多而發(fā)生敏化。所以在工廠的實際生產中,對于截面較大的零件,應選用加Ti、Nb等元素的穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼,如06Cr18Ni11Ti、06Cr18Ni11Nb等,因為Ti、Nb等元素對碳的親和力較大,可以不需要水淬或其他快速冷卻措施進行快冷。
固溶處理后,奧氏體不銹鋼管具有最低的強度和硬度,所以固溶處理是最大的軟化處理,可以進行切削加工;固溶處理還可以提高奧氏體不銹鋼管的耐蝕性,是防止晶間腐蝕的重要措施。
另外,固溶處理還可以消除壓力加工、焊接等產生的應力,恢復鋼的塑性。