奥氏体不锈钢的光亮热处理工艺

奥氏体不锈钢的光亮热处理工艺

1 光亮热处理工艺的原理

(1)固溶处理：奥氏体不锈钢是一种包含多种合金元素的特殊钢，在冷加工过后，原来均一的奥氏体结构遭到破坏，硬化性明显。为了恢复到原来的晶粒结构，将冷加工后的奥氏体不锈钢加热至高温单相区恒温保持，使各种合金成份包括杂质相互溶解，同时冷加工过程中大量发生错位变形的金属晶粒开始涨大，最后通过急冷稳定固溶体析出均一晶粒，回复到奥氏体组织结构。

(2)光亮处理：奥氏体不锈钢在加热保温的过程中，如果空气进入表面就会出现黑色氧化皮。为了保证基体的光亮度，在热处理炉管或炉膛中通以由氨气分解的氮气和氢气作为保护气氛，氮气是中性气体，在高温下保护工件不氧化、不脱碳而保持光亮，而氢气除保护光亮外，还有较强的还原作用，使工件更光亮并呈银白色，提高基体的光洁度。

2 光亮热处理的常用设备

(1)氨气分解炉：包括分解炉和分子筛净化器两部分。

液氨经过减压后进入蒸发器转变为氨气，再通入分解炉，在炉内触媒剂铁氧体、Cr-Ni电炉丝等催化下，氨气迅速分解。在300℃以上，氨已接近完全分解了。分解炉常采用850℃，在这样高的温度下，氨气不稳定极易按下述反应进行分解：2NH3— N2 +3H2，1kg液氨经蒸发后大约挥发成1.4m3的氨气，如果接近完全分解，可分解成2.78m3分解气，其中氢气占75%，氮气占25%。

氨分解气后不能直接通入光亮热处理炉，特别对光亮度要求高的产品更是如此。因此，氨分解气要经过净化装置去除其中的水蒸气、剩余氨气和其他有害杂质。净化由两组分子筛容器组成，内装分子筛M-3A、4A、5A等，另有电加热器和热电藕。氨分解气经其中一个分子筛时，分子筛将吸附水蒸气、未分解氨气和有害物，只允许氢气、氮气通过，达到光亮热处理的目的。当一组分子筛使用24～48h后，其中吸附物质接近饱和而失去作用，应进行再生处理，改用另一组分子筛。再生处理是接通加热器进行加热，350℃保温5～6h，而后自然冷却。在保温时，为了加速吸附物的排出，可接通专用接管，将氢气、氮气经再

生流量计进入分子筛容器，接加内压，则氢气、氮气、水蒸气、氨气等由出口排出并点燃之。经再生后的分子筛不能马上使用，一定待冷至室温后，分子筛毛细管张开才可换用。同样，分子筛不能边使用边再生，那样分子筛会失去应有的作用，而且，时间一久将会产生副作用。分子筛经一年以上长期使用后，要进行更新。而新分子筛需经活化后方可使用，其方法是在箱式炉或井式炉，500～550℃保温2h左右出炉空冷，并及时装入容器中使用。现在国内已经有不少厂家可以生产成型的氨气分解炉设备。

(2)光亮连续热处理炉：由加热部分和冷却部分组成。

连续热处理炉与其它热处理炉的不同之处在于工件在炉内是运动的，加热、保温、冷却是一个连续的过程。加热部分一般由两到三个区组成，都由晶闸管整流元件配合自控仪表和热电藕来自动控温，加热元件常用硅碳棒和热电藕。第一区为升温区，要求工件温度由常温迅速升温到1000℃左右，二区、三区为恒温区，要求工件在运动过程中保持在1000℃-1100℃一段时间，在保温这段时间里，使工件内部晶粒全部奥氏体化。每个区均有热电藕探温，以精确控制温度。

冷却部分与加热部分连为一体，中间有专用管路通以氨气分解气体，冷端末尾要用棉纱布等堵住以防气体外漏，加热端材料进口处要将气体点燃，使其处于燃烧状态。冷却部分最好用0℃-5℃的冷水冷却，一般用常温水冷却即可，冷却水不直接接触工件，而是通过冷却炉管或炉膛达到使工件由

1000℃-1100℃迅速降温到450℃-650℃左右的目的，再缓冷至室温出炉。这样做可以避免已固溶的碳化物和其它合金化合物析出成第二相，使奥氏体成份均一，晶粒细化。

3 连续热处理工艺图

具体工艺如下：要求奥氏体不锈钢材料于连续光亮退火炉的加热部分一侧进入加热区，由室温迅速升温到1000℃左右，然后在1000℃-1100℃温度范围内，保温一段时间，然后进入冷却部分，迅速急冷至450℃-650℃，进行固溶处理，最后缓冷至室温出炉。

4 奥氏体不锈钢热处理(加热温度，保温时间)条件对材料机械性能及晶粒度的影响

我们以SUS304，9cm厚钢板为例，数据对比请看下图：

可以看出，在一般情况下：

相同的温度，保温时间越长，奥氏体不锈钢材料的抗拉强度和硬度越小，断面收缩率越大，材料晶粒度越粗。

5 奥氏体不锈钢的热处理速度

不锈钢材料的奥氏体转变有一个固定的温度范围，一般我们都将热处理炉温度设定在1050℃，这样工件在炉内的运动速度直接影响了材料的保温时间，进而决定了热处理后工件的机械性能。

5.1标准SUS304奥氏体不锈钢的热处理速度

根据相关试验得出SUS304奥氏体不锈钢的标准热处理速度为：直径25.4mm的不锈圆钢，在加热区为6m的热处理炉内的速度是12m/hr,也就是说要使工件在1050℃的温度下保温30分钟，才可以做到完全的奥氏体化。材料厚度越大，热处理速度成反比例降低，由此可以推算出SUS304不锈钢的不同线径的热处理走速。

对于其它材质的奥氏体不锈钢，热处理速度也是与材料厚度呈反比例变化，但因其化学成分不同于SUS304不锈钢，因此要根据具体试验得出其热处理速度。

5.2影响热处理速度的其它因素

奥氏体不锈钢材料的化学成份及冷加工变形量对热处理速度都有影响，一般说来：

(1)碳含量越高，材料冷加工后强度大，保温时间相对较长，热处理速度相应较慢;

(2)镍含量越高，固溶临界点高，保温时间相对较长，热处理速度相应较慢;

(3)冷加工变形量越大，材料内应力越大，保温时间应较短，热处理速度相对较快。