1Cr18Ni9Ti的热处理工艺与耐蚀性研究.docx

毕业设计(论文)中文摘要摘要奥氏体不锈钢,是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢钢中含Cr约18%Ni8%10%C约0.1%时,具有稳定的奥氏体组织奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加CrNi含量并加入MoCuSiNbTi等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性,但强度较低,不可能通过相变使之强化,仅能通过冷加工进行强化,如加入S,Ca,Se,Te等元素,则具有良好的易切削性本论文主要对奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti热处理过程及其耐蚀性的研究,包括锻造预先热处理固溶处理稳定化处理等材料成型的完整的热处理过程的介绍并且本文还对不锈钢1Cr18Ni9Ti耐蚀性的原因,怎样做才能使其更具耐蚀性等等问题都做了一些介绍不锈钢热处理过程中所用到的真空热处理炉,其结构特性相当复杂,本文也对真空热处理炉做了一些介绍,用真空热处理炉做的不锈钢,可以防止不锈钢氧化脱碳保证工件的表面质量和机械性能本文还对不锈钢1Cr18Ni9Ti的化学热处理表面处理进行了一些介绍,表出面处理使其性能有更大的提高最后文章对不锈钢热处理后的检验也做了介绍,主要为金相力学性能等方面的检验关键词:奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9Ti 固溶处理 稳定化处理 耐蚀性毕业设计(论文)中文摘要Title:1Cr18Ni9Ti heat treatment process and corrosion resistance ofAbstract: Austenitic stainless steel at room temperature, refers to with austenite stainless steel. Steel containing Cr18%, Ni8%10%, C approximately 0.1%, with a stable austenite. Austenitic chromium nickel stainless steel including the prestigious 18Cr-8Ni steel and on the basis of increased Cr, Ni content and adding Mo, Cu, Si, Nb, Ti and other elements of development of high Cr-Ni series steel. Austenitic stainless steel non-magnetic and has high toughness and plasticity, but its strength is low, not possible through phase change to intensive, can only through the cold hardening, such as the accession to the S, Ca, Se, Te and other elements, it has good cutting performance. This thesis mainly on austenitic stainless steel 1Cr18Ni9Ti heat treatment process and corrosion resistance of the film, including the preliminary heat treatment, forging, solid solution treatment, stabilized material forming a complete heat treatment process are introduced. And this paper also stainless steel1Cr18Ni9Ti corrosion reason, what can I do to make it more corrosion resistance and so on have made some introduction. Stainless steel heat treatment process used in the vacuum heat treatment furnace, its structure, properties are complicated, this article also to the vacuum heat treatment furnace were introduced, with the vacuum heat treatment Keywords:Austenitic stainless stee 1Cr18Ni9Ti Solid solution treatment Stabilizing treatment Corrosion resistance目 录1 绪论41.1 不锈钢的历史起源及分类51.1.1 铁素体不锈钢61.1.2 马氏体不锈钢61.1.3 奥氏体不锈钢61.2 不锈钢的应用及工作环境71.2.1 不锈钢在建筑业中的应用71.2.2 不锈钢在海洋装置上的应用81.3 国内外不锈钢的发展情况101.3.1 彩色不锈钢101.3.2 日本废不锈钢利用121.3.3 国内外不锈钢焊条使用现状121.4 本论文的目的与意义142. 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的热处理工艺过程152.1 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的冶炼研究及锻造处理152.1.1 1Cr18Ni9Ti的凝固行为152.1.2 1Cr18Ni9Ti的锻造处理192.2 奥氏体不锈钢热处理设备真空热处理炉202.2.1 真空热处理炉概述202.2.2 真空热处理炉设计232.3 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的固溶处理与稳定化处理272.3.1 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的固溶处理272.3.2 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的稳定化处理292.3.3 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的化学热处理332.3 全腐蚀试验362.4 晶间腐蚀试验373 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的抗蚀性处理393.1 造成不锈钢腐蚀的原因及机理393.2 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti常用的抗蚀热处理方式403.3 固溶处理与稳定化处理对耐蚀性能的影响413.4 讨论与结论434 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti热处理后检验444.1 试验方法与结果444.2 结果分析454.3 小结475结论48致谢49参考文献501 绪论奥氏体不锈钢1913年在德国问世,在不锈钢中一直扮演着最重要的角色,其生产量和使用量约占不锈钢总产量及用量的70%钢号也最多,当今我国常用奥氏体不锈钢的牌号就有40多个,最常见的就是18-8型奥氏体不锈钢,是指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢钢中含Cr约18%Ni8%10%C约0.1%时,具有稳定的奥氏体组织奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加CrNi含量并加入MoCuSiNbTi等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性,但强度较低,不可能通过相变使之强化,仅能通过冷加工进行强化,如加入S,Ca,Se,Te等元素,则具有良好的易切削性此类钢除耐氧化性酸介质腐蚀外,如果含有MoCu等元素还能耐硫酸磷酸以及甲酸醋酸尿素等的腐蚀此类钢中的含碳量若低于0.03%或含TiNi,就可显著提高其耐晶间腐蚀性能高硅的奥氏体不锈钢浓硝酸具有良好的耐蚀性由于奥氏体不锈钢具有全面的和良好的综合性能,在各行各业中获得了广泛的应用奥氏体不锈钢生产工艺性能良好,特别是铬镍奥氏体不锈钢,采用生产特殊钢的常规手段可以顺利地生产出各种常用规格的板管带丝棒材以及锻件和铸件由于合金元素(特别是铬)含量高而碳含量又低,多采用电弧炉加氩氧脱碳(AOD)或真空脱氧脱碳(VOD)法大批量生产这类不锈钢材,对于高级牌号的小批量产品可采用真空或非真空非感应炉冶炼,必要时加电渣重熔 铬镍奥氏体不锈钢优良的热塑性使其易于施以锻造轧制热穿孔和挤压等热加工,钢锭加热温度为11501260,变形温度范围一般为9001150,含铜氮以及用钛铌稳定化的钢种偏靠低温,而高铬钼钢种偏靠高温由于导热差,保温时间应较长热加工后工件空冷即可铬锰奥氏体不锈钢热裂纹敏感性较强,钢锭开坯时要小变形多道次,锻件宜堆冷可以进行冷轧冷拔和旋压等冷加工工艺和冲压弯曲卷边与折叠等成形操作铬镍奥氏体不锈钢加工硬化倾向较铬锰钢弱,一次退火后冷变形量可以达到70%90%,但铬锰奥氏体不锈钢由于变形抗力大,加工硬化倾向强,应增加中间软化退火次数一般中间软化退火处理为10501100水冷奥氏体不锈钢也可生产铸件为了提高钢液的流动性,改善铸造性能,铸造钢种合金成分应有所调整:提高硅含量,放宽铬镍含量的区间,并提高杂质元素硫的含量上限奥氏体不锈钢使用前应进行固溶处理,以便最大限度地将钢中的碳化物等各种析出相固溶到奥氏体基体中,同时也使组织均匀化及消除应力,从而保证优良的耐蚀性和力学性能正确的固溶处理制度为10501150加热后水冷(细薄件也可空冷)固溶处理温度视钢的合金化程度而定:无钼或低钼钢种应较低(1100),而更高合金化的牌号如00Cr20Ni18Mo-6CuN00Cr25Ni22Mo2N等宜较高(10801150) 生产中广泛采用先进技术,如炉外精炼率达到95%以上,连铸比超过80%,高速轧机和精快锻机等普遍推广特别是在冶炼和加工过程中实现电子计算机控制,保证了产品质量和性能的可靠和稳定1.1 不锈钢的历史起源及分类不锈钢的发明和使用,要追溯到第一次世界大战时期英国科学家布享利布雷尔利受英国政府军部兵工厂委托,研究武器的改进工作那时,士兵用的步枪枪膛极易磨损,布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢布雷尔利发明的不锈钢于1916年取得英国专利权并开始大量生产,至此,从垃圾堆中偶然发现的不锈钢便风靡全球,亨利布雷尔利也被誉为“不锈钢之父” 不锈钢不易产生腐蚀点蚀锈蚀或磨损不锈钢还是建筑用金属材料中强度最高的材料之一由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性,所以它能使结构部件永久地保持工程设计的完整性含铬不锈钢还集机械强度和高延伸性于一身,易于部件的加工制造,可满足建筑师和结构设计人员的需要不锈钢的分类:马氏体钢铁素体钢奥氏体钢及沉淀硬化不锈钢等另外,可按成分分为:铬不锈钢铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等在这里主要介绍前四种常用的不锈钢,其中最常见的是奥氏体不锈钢11.1.1 铁素体不锈钢含铬12%-30%其耐蚀性韧性和可焊性随含铬量的增加而提高,耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢属于这一类的有Crl7Cr17Mo2TiCr25,Cr25Mo3TiCr28等铁素体不锈钢因为含铬量高,耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好,但机械性能与工艺性能较差,多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用这类钢能抵抗大气硝酸及盐水溶液的腐蚀,并具有高温抗氧化性能好热膨胀系数小等特点,用于硝酸及食品工厂设备,也可制作在高温下工作的零件,如燃气轮机零件等1.1.2 马氏体不锈钢强度高,但塑性和可焊性较差马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr133Cr13等,因含碳较高,故具有较高的强度硬度和耐磨性,但耐蚀性稍差,用于力学性能要求较高耐蚀性能要求一般的一些零件上,如弹簧汽轮机叶片水压机阀等这类钢是在淬火回火处理后使用的1.1.3 奥氏体不锈钢含铬大于18%,还含有8%左右的镍及少量钼钛氮等元素综合性能好,可耐多种介质腐蚀奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni90Cr19Ni9等0Cr19Ni9钢的含碳量小于0.08%,钢号中标记为0这类钢中含有大量的Ni和Cr,使钢在室温下呈奥氏体状态这类钢具有良好的塑性韧性焊接性和耐蚀性能,在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好,用来制作耐酸设备,如耐蚀容器及设备衬里输送管道耐硝酸的设备零件等奥氏体不锈钢一般采用固溶处理,即将钢加热至1050-1150,然后水冷,以获得单相奥氏体组织1.2 不锈钢的应用及工作环境1.2.1 不锈钢在建筑业中的应用近年来,应用不锈钢作为建筑材料正日益广泛使用越来越广泛有着多方面的原因,其中包括对材料更好的了解企图更新某些设计,设想生产出一种既耐久又无需维护的结构材料等 早期,不锈钢用于建筑方面只局限在某些场合,即在过去认为没有适当材料的场合建筑师们正在寻求一种有特殊作用的新材料实际上许多这样的场合,不锈钢已长期被使用而其效果已经经过长期不断地对不锈钢的冲刷作用,使生产厂家相信不锈钢材料用于室外场合甚至在高腐蚀性气体的条件下也不腐蚀 由于不锈钢具有耐用和几乎无需要维护表面这两种特性,促使人们较以往任何时候都更加重视其应用大多数建筑材料的价格都在一定比例迅速上涨,而有许多材料的涨价又远远超过不锈钢材料为保养和维持建筑物内外结构处于良好状态的费用更加猛涨得惊人今天的建筑师必须认真地考虑建筑物的全部情况如果建筑物长年需要更换或维修,那么建筑师的设计是失败的 近年来,游泳池的墙壁已采用不锈钢长期以来采用的主要材料混凝土需要每年修补和涂刷,尤其是在北方地区.用碳钢并加涂层建造的游泳池每年也需要大面积的擦洗和涂刷,上述两者都增加了游泳池一笔可观的使用开支当游泳池采用不锈钢材料(304型,2B光洁度)做侧壁时,擦洗就很简单,只需用水和肥皂便能很快洗净现在的游泳池常常采用不锈钢槽壁和混压土池底,池底用混凝土主要是为了防滑某些建筑物的墙壁用304型,8级镜面抛光的不锈钢作材料互相连接的不锈钢板都经过抛光和着色打磨使墙壁具有一致的色凋和反光性为了防止油垢,大面积的不锈钢板的露出部分(茸脚)安装在由使镀锌板和压缩板组成的厚夹层中抛光的不锈钢板用环氧树脂作粘结剂与镀锌钢板连接固定 由干不锈钢能得到很软的性能,使它右可能用来作屋顶覆盖层材料正是因为这种材料容易成形,耐用美观,故许多建筑师选用不锈钢不仅单纯把它作为一种保护层,而是作为总体设计的组成部分 某些建筑物(室内滑冰场管)用不锈钢材料建造永平重叠层的屋顶,不仅使该建筑从设计的观点上美观大方,而且由于不锈钢表面的反光作用,使室内滑冰季节得以延长而兔去承担不合理的投资 对于某些特殊结构,往往由于应用不锈钢使许多难题得到解决比如有一座汽车库,设计时要求停车库对停放汽车不仅要有保护作用且对排出气体具有良好通风作用;同时还能使一定程度的阳光进入车库,选材既经久耐用又无需保养为满足上述要求,设计者选用(1525cm)201型不锈钢格板,将格板固定在垂直柱子上,使内外交错造成重叠布局.为增强建筑设汁效果,交错的外格板上采用浮面光洁度,外围的成行柱格板采用普通2B光洁度,所有里面的格板均为2D光洁度这种交借变化的格局使车库具有一个生动的外观 对于一座建筑物的屋顶结构,其使用寿命和外观应同样重视在机场的餐厅,为了使屋顶美观,排气风扇都用不锈钢板遮盖在选择遮盖材料时,还特别强调了材料的不反光性所选用的村料为304型不锈钢,粗抛光,低反射性,6级光洁度对于光沽度的选择要特别注意到特别由于发出眩光,防碍飞行员在到达目的地着陆时的视线 办公大厅的内外建筑给构中都采用了不锈钢材料其建筑措施采用不锈钢作幕墙建筑入口处的柱列都包上不锈钢板,建筑物正面所有窗户的净化装置也都途盖上不锈钢 办公大厦休息厅上面的无花板是由带有浮雕的不锈钢板组成利用阳模和阴模冲制不锈钢薄板上的浮凸部分不锈钢不仅使用寿命长,而且是制作俘凸给构的好材料,这样可以加强建筑物的造型美,故往往是广场的主要标志不锈钢作为主要材料用于室外艺末建筑的另一例子是矗立在河畔上有名的拱桥1.2.2 不锈钢在海洋装置上的应用各种不同类型的不锈钢正在日益广泛和成功地用于各种不同的海洋环境中必需指出,在海水中不锈钢要长期免于腐蚀需要复杂的防腐工程技术和大量投资奥氏体和马氏体不锈钢很久以来就用于航海动力装置上的过热器管道以及透平机叶片在这些装置中要保持低氯化物含量是很不容易的,因为航海动力装置的应用技术与一般发电装置的基本原理并无差别不锈钢也正在用于远洋商船上的大容量化学容器,其使用情况在某些方面与陆地化工厂的使用条件截然不同 大多数不锈钢牌号在海洋条件下应用都能得到满意的结果,但不同牌号则对应力腐蚀开裂表现敏感以410型为代表的马氏体钢和430型为代表的铁素体钢,在海洋条件下,数月内便会生锈这种均匀锈蚀可通过机械打磨加以去除比较受欢迎的不锈钢是奥氏体不锈钢,因为它的抗锈蚀能力较强(但由于应力腐蚀开裂则例外)随着时间迁移,奥氏体不锈钢也会发黑如果由于美观或其它方面的原因,这种发黑也可以通过打磨去除不锈钢在海水中很少会产生均匀锈烛,所以在实际使用中可不必担心推进器海洋上的拖轮和其它船只上的推进器可由铸造不锈钢CF-8(相当干304型不锈钢)制成当船只不航行时,从推进器主轴通过轴承到船体,构成一个导电的金属回路相当于成分为410型不锈钢的铸造推进器也经常披选用,并在其它方面得到广泛应用如用于破冰船等 近代不锈钢技术的发展,已开始采用复相奥氏体-铁素体不锈钢20Cr-8Ni-3.5Mo来铸造远洋巨轮上大型推进器(重达3000kg)经常在港口工作的船只,特别容易遇到海面上的原木或其它浮体而加速推进器的损坏因此,采用奥氏体不锈钢制作推进器能通过矫直或焊接的办法而得到修复,这是选材上一个值得重视的问题 泵早已观察到离心泵在海水工作的条件下,如采用不锈钢构件,则能显示出一定的可靠性在保持流动的海水中,采用CF8M铸造不锈钢叶轮(其成分相当于316型不锈钢)以及用316型不锈钢作主轴,可以不出任何问题当水泵停止工作时,缝隙腐蚀和点腐蚀很可能就成为严重问题但如果来用较为活泼而又易锈的铸铁制造一个壁厚相当大的泵箱时,则铸铁在停机时间能起到阴极保护作用当泵工作时,铸铁箱的阴极保护作用下一定能使下锈钢极化,但流动的水维待了阴极保护作用此外,长期工作的泵可能由于交替使用,既有时海水更换成淡水而起到防护作用 散装容器 不锈钢一直被用来作为货运中的散袋容器,用以装载液化天然气体(LNG),化学药品饮料等货运中盛LNG的容器习惯采用304L型不锈钢,其目的不是为了耐腐蚀而是考虑到在低温状态下的机械性能 对于海运化学制品的容器,采用不锈钢的目的主要是考虑到它的耐腐蚀性,这与陆地化学制品的储运是不同的如果船只属于一般不定期货轮,则运载化学制品的容器也可以运输任何物品,从醋酸糟浆到二甲苯一般都用316L型不锈钢作阀门货运泵管遭加热盘管以及容器本身容器可以由整体不锈钢组成或用碳钢包复上一层1.5 2.0mm的不锈钢板制成在使用之前,必须进行细致的检查板材是否有缺陷并进行彻底的清洁处理和钝化处理 实验表明装有化学制品的客器允许用海水进行冲洗,但随后必烦很快用淡水冲洗对于在容器内的任何不锈钢加热装置,当氯化物未彻底冲刷掉以前,切莫启动以防产生应力腐蚀开裂化学制品容器设计时,不应考虑用来盛海水因为这样做会导-致产生缝隙腐蚀的危险如果设计方案中规定非用来盛海水不可,那么就必须考虑采取阴极保护系统以控制缝隙腐蚀的发展在这种情况下,不锈钢容器可能会产生难以去除的石灰质沉积物,这是一个值得重视的问题 热交换器 强迫水循环系统的冷却器和电站蒸汽冷凝器已广泛采用奥氏体不锈钢管道,后者的进水口因高度污染而不宜采用铜合金材料比较受欢迎的好材料为316型不锈钢在海岸和港湾地区,大量外来的团块和淤泥进入冷凝器管道,特别容易造成严重障碍,这种情况必须采取措施加以排除一种合理的措施就是采用橡胶球循环通过管道中,由于橡胶球能产生挤压作用从而清理了管壁当海水的流动速度大约为1m/s时,便可以防止海洋有机类杂物被吸入,从而保怔了冷凝器管道免于产生点腐蚀不同于其它有色合金,采用不锈钢作冷凝器的管道则不受最大流速的限制,但却与整个泵装置的经济效果有关1.3 国内外不锈钢的发展情况国内外不锈钢发展主要在一些方面,如彩色不锈钢不锈钢精炼剂废不锈钢的处理及不锈钢焊条的发展:1.3.1 彩色不锈钢不锈钢着色技术起源于英国伯明翰国际镍公司欧洲研究开发中心,第一项不锈钢着色技术主要是把不锈钢着成黑色,并取得专利;19391941年,又相继提出了三个专利,这些专利报导了在硫酸和铬盐溶液中,使不锈钢着成黑色深蓝青铜黄色和巧克力色等多种颜色的方法,以及加速着色反应,提高染色膜光泽,使着色膜硬化的方法等,由于种种缺陷,这些方法一直未能被推广应用,直到1972年,英国欧洲有限公司(国际镍公司)发明了著名的因科法(INCO),不锈钢着色技术才开始进入大规模商品化生产,1973年英国不锈钢设备服务公司建立了第一个不锈钢染色的中间工厂,1978年该公司建设有年产60万平方英尺的黑色不锈钢工厂,1980年克宁公司建设有年产100万平方英尺的彩色不锈钢工厂目前该专利已在英美日德意法澳大利亚等几十家公司采用彩色不锈钢具有色彩鲜艳耐紫外线照射耐磨耐蚀耐热和加工性能良好等突出优点,在国外已广泛应用于航天航空原子能军事海洋轻工建筑太阳能利用和日用等领域之中(2)国内及佛山恒诚信彩色不锈钢开发情况:我国不锈钢着色技术的研究起步也较早,1937年上海轻工业第六册翻译介绍了T.E欧文斯的“不锈钢着色新工艺”,1958年2月赵振才翻译并出版了前苏联巴赫瓦洛夫等人所著的电镀工业手册一书,20世纪80年代以后国内几十个单位也对不锈钢着色进行了多年的研究,报道了试验与研究的成果国内外彩色不锈钢着色技术的研究与应用,在1972年以前处于试验研究阶段,1972年开始进入工业生产,但同时又由于在着色膜的性能颜色控制环境影响等方面的不足,仍然在进行研究改进而在国内由于种种原因的限制,如不锈钢材价格高,国产不锈钢材质较差,计算机水平比国外落后,着色工艺技术不成熟等,导致不锈钢着色技术与生产发展缓慢 佛山恒诚信彩色不锈钢板材厂位于国际知名不锈钢市场佛山拥有先进的离子真空镀膜设备及一流的不锈钢表面处理专家,主营各种不锈钢板材工程制品及酒店用品的表面处理和着色,产品主要有彩色不锈钢板(彩色不锈钢蚀刻板彩色不锈钢喷砂板彩色不锈钢压花板等),主要色彩:宝石蓝钛金锆金古铜金黑金玫瑰金七彩香摈金,提供专业在不锈钢表面着色处理带顾问自立项之初即规划年产量在5080吨,投产十几年来,生产经营欣欣向荣产量稳步上升,已于日前突破年产量2.5万吨大关在生产经营的同时,还具备很强的自主研发能力,现在拥有的全国唯一一条最大镀色炉就是与北京某知名设备公司自主研发并生产安装的,由于整台机器都是自主研发,所以技术人员对于机器的性能与特质相当的了解产品严格遵守国际标准环保和法规,充分保证彩色不锈钢板有利于防腐及环保的根本需求,且产品具有优质安全装饰效果强的高度价值彩色不锈钢板广泛应用于酒店装饰KTV装饰橱柜装饰等领域1.3.2 日本废不锈钢利用日本川崎地区在4月中下旬分2次对韩国不锈钢厂总计出口1200吨镍价废不锈钢,每次600吨,这是首次从关东地区如此大批量的出口镍基废不锈钢关东地区有2个不锈钢厂,分别是NipponYakinKogyo公司的川崎厂和JFE公司的千叶厂千叶厂铬基不锈钢产量占其总产量的90%,因此千叶厂主要消耗的是铬基废不锈钢,镍基废不锈钢的需求量很有限川崎厂镍基不锈钢的产量占其总产量的98%,但NipponYakinKogyo公司现在开始提高镍基高功能材料的产量,因此,川崎厂对镍基废不锈钢的需求量在逐渐减少,在此情况下,川崎厂的废不锈钢分销商为增加销路,决定对韩国出口镍基废不锈钢关东地区也是日本最大的镍基废不锈钢生产基地,估计每月的产量大约为2万吨,占日本废不锈钢产量的40%据日本财务省统计,2004年112月份,日本川崎港废不锈钢的出口量为8112吨,其中有7526吨出口至韩国,但铬基不锈钢占了很大比例据了解,此次大量出口韩国的废料已全部运抵韩国的昌原特殊钢公司与普废钢的出口时间相比,日本废不锈钢的出口时间晚了10年,真正开始规模出口是从2000年开始目前日本对韩国的废不锈钢出口基地主要有三个港口,它们是:北九州SakaiSemboku和Onahama但生产大量镍基废不锈钢的关东地区也参与到了废不锈钢的出口行列之中1.3.3 国内外不锈钢焊条使用现状不锈钢是指含铬大于12%的钢种不锈钢自1912年发明以来取得迅猛发展,至今全球仍以每年35%的速度递增全世界不锈钢的消费总量达3500万我国正处于不锈钢生产和消费应用的高速增长期,已广泛应用于石油化工轻工食品酿酒制药家电水电机械建筑市政和各种民用器具中1990年我国不锈钢消费量为26万吨,1999年为153万吨,2000年为173万吨,2001年为225万吨,2004年不锈钢消费量达到447万吨左右,居全世界第一位,预计2006年不锈钢消费量将达到600万吨以上,其中铬镍奥氏体不锈钢的消费量占不锈钢总消费量的75%80%我国从五十年代开始研制和生产不锈钢焊条,1997年我国不锈钢焊条的总产量为7000多吨近年来我国不锈钢的消费量快速增长,2004年国产不锈钢焊条已超过35000吨,预计2006年国产不锈钢焊条将达50000吨左右 自五十年代开始研制的不锈钢焊条,主要是沿袭原苏联的钛钙渣系及原料体系,它具有成本低,易压涂,抗气孔好,机械性能好等优点,但与欧洲名牌同类不锈钢焊条相比焊条发红严重飞溅大脱渣及成形差焊接效率低浪费大因此自七十年代中期到八十年代前期,针对国内进口的瑞典AVESTA公司绿P5焊条国内一些科研院校与焊条生产企业共同合作,就不锈钢焊条药皮发红脱落原因及解决途径进行了研究,如哈焊所与天津电焊条厂甘肃工大与兰洲长虹电焊条下太原工学院与山西机床厂等 到八十年代,上述几家论文相继发表后,人们一方面认为他们的研究工作很有意义,获得很多进展;另一方面经对这几家研制的焊条实际测试后,也认为仍与国外产品存在明显差距,但从那时起,国内这方面的研究工作就处于踏步不前的状况,从80年代前期到九十年代前期的十年间因内尚无有份量的不锈钢焊条研究文献从九十年代初期开始,国内不锈钢焊条研究渐趋活跃先是太原工大王宝孙咸等人在前期工作的基础上研究了不锈钢焊条工艺设计的基本原则和途径,在不锈钢焊条设计理论上取得了重要突破,并因此获得2000年国家科技进步二等奖;后是冶金部建筑研究总院唐伯钢在九十年代中期消化吸收国外的先进技术,成功完成国产不锈钢新型焊条的系列化改进提高,并成功兴办北京金威焊材有限公司,做到理论与实践的完美结合,自1994年始生产至今,其不锈钢焊条生产已达年产3000吨以上九十年代后期到本世纪初期,国内不锈钢焊条研究如雨后春笋般集中开展,虽就其水平本身未超过上述两家现有水平,但对于活跃学术气氛,加强学习交流仍有益处国外不锈钢的工业化生产始于二十年代初期,随后出现相应的不锈钢焊条,成熟的不锈钢焊条产品出现于1965年左右,以欧洲国家为代表,尤其是西欧的瑞典,人口仅800万左右,且集中产生了ESABAVESTA和SANDVIK等世界级的不锈钢焊材企业,其中AVESTA的野牛牌不锈钢焊条更是世界不锈钢焊条的典范日本台湾及有南亚国家的不锈钢焊条其技术根基在欧洲 1.4 本论文的目的与意义本文主要介绍了奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的热处理,不锈钢,特别是奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti它能应用于其他钢不能应用的地方,并且应用的范围很广,这就是我们研究它的原因热处理过程会发生一系列的问题,如由于固溶温度过低,或者保温时间过短,还有淬水速度过慢都会引起合金元素不能完全融入钢的机体中,或者不能均匀的融入机体中固溶处理同样会是工件变形,该怎样避免,出现了该怎么样矫直,好多问题值得考虑还有稳定化处理有什么效果,合金元素在不锈钢中是否仅仅是起到产生钝化膜的作用,好多问题等着去解答希望通过此论文的书写,借此论文的机会,以写论文的形式去让我对不锈钢有个更彻底的了解,为今后工作做一个铺垫,希望在今后的学习过程中能在不锈钢热处理方面能尽自己的一份力,争取能取得一定的成绩 2. 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的热处理工艺过程2.1 奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的冶炼研究及锻造处理2.1.1 1Cr18Ni9Ti的凝固行为奥氏体不锈钢是一种复杂的多元多相合金其凝固组织包含各种形态的奥氏体一铁素体混合组织,这些凝固组织不仅受化学成分和凝固过程的影响,而且与后续的固态相变密切相关如图为含铁70%wt.%的Fe-Cr-Ni三元相图垂直截面图,在相图的高温段存在着L+S+Y三相区,此三相区内的凝固行为对最终凝固组织起着至关重要的作用,正因为这个三相区的存在也产生了复杂的凝固过程,一般认为随着Cr当量和Ni当量的比例变化有F型FA型AF型A型四种凝固方式2铬镍伪二元相图中凝固模式的相对位置及其凝固组织与溶质偏析的关系,认为随着铬镍比的增加,铁素体形貌从共晶状转变为骨架状,然后再转变为板条状一般认为奥氏体不锈钢在三相区内首先发生的是包晶反应,然后转变为共晶反应:骨架状铁素体的产生源自于先析出铁素体,奥氏体在铁素体和液相界面上形成长大,然后铁素体和奥氏体界面按照先析出铁素体的界面推进,铁素体同时也通过固态相变转变为奥氏体,最终留下的铁素体位于先析出铁素体的中心位置图2.1含铁70%Wt.%的Fe-Cr-Ni三元相图垂直截面图对于奥氏体凝固行为的研究人们比较关心的问题有两个,一是凝固模式与凝固条件的关系,二是铁素体的残留量因为不锈钢是一种多元复杂合金,合金元素众多,研究起来比较复杂,通常人们把不同类型的元素折算为Cr当量和Ni当量,从而简化应用Fe-Cr-Ni三元合金相图来研究这些问题奥氏体不锈钢中,不同的元素对铁素体和奥氏体的形成有着不同的作用:以Cr为代表的为铁素体稳定元素,促进铁素体的形成,这类元素主要包括Cr, Mo, Si, Ti, V, W等;以Ni为代表的为奥氏体稳定元素,促进奥氏体的形成,这类元素主要包括Ni, C, N, Co等元素但是不同的研究者采用的材料有所差别,所采用的铬和镍计算方法也不尽相同计算公式如下:Cr=% Cr+a(%Si)+b(%Mn)+c(%Ti)+d(%Nb)Ni=%Ni+e(%Mn)+f(%C)+g(%N)+h(%Cu)不同研究者采用的影响系数列于表2.2表2.1不同元素对Cr当量和Ni当量的影响系数表abcdefgh1.51-0.50.53030-1.51-0.50.53030-1.5120.50.53030-1.51.37320.312214.211997年以后W. Kurz所领导的团队发表了大量研究Fe-Cr-Ni合金及Fe-Cr合金凝固过程的文章,主要有以下研究结果:(1)随着Ni含量的增加或生长速率的增加,发生铁素体到奥氏体的转变随着Ni含量的减小或生长速率的减小,发生奥氏体到铁素体的转变铁素体到奥氏体的转变无形核势垒,受树枝晶生长动力学控制奥氏体向铁素体的转变则要通过铁素体的形核不同Ni含量的不锈钢激光焊接时的组织转变图不同生长速率下奥氏体不锈钢的定向凝固组织演变图3(2)奥氏体不锈钢稳态凝固时,首先是铁素体平界面生长,然后通过固态相变转变为奥氏体;然后奥氏体在铁素体凝固前沿形核,发生共晶反应;共晶反应初始为层片状生长,后来转变为棒状生长 (3)奥氏体不锈钢的相选择问题遵循最高界面温度法则可以通过界面响应函数(Interfaceresponsefunction,IRF)计算出不同的相析出时的界面温度界面温度是成分生长速率温度梯度的函数图2.2Fe-17.9Cr-11.5Ni合金在温度梯度为15 K/mm时共晶生长的界面响应函数图2.3定向凝固下奥氏体不锈钢的稳态凝固奥氏体不锈钢连铸过程:连铸实质上是一个传热和相变的过程4,在这一过程中钢液热量被带走,在热量的导出过程中金属液体发生着相变这个过程伴随着动量传输热量传输物质传输连铸过程也是一个工业化连续过程,这就决定了若采用工业化试验来优化工艺参数,必然要面临费时费力和需要大量资金投入的问题因此对连铸的研究很少采用工业化试验,至多用工业化的产品质量来验证工艺参数是否得当另外连铸过程由于设备复杂和温度很高,很多问题,如结晶器内部的凝固过程无法进行直接研究,给生产工艺的改进带来了困难对连铸凝固过程的研究主要有如下三种方法:(1)以传热和传质为中心,采用数值模拟的方法,模拟连铸过程中各阶段的传输现象和应力应变情况,对连铸过程进行综合分析,进而来改善连铸工艺(2)用可行的实验设备对连铸过程中的金属凝固行为进行物理模拟,研究不锈钢的高温物理性能及各种工艺参数对不锈钢凝固行为和凝固组织的影响,进而为改善连铸工艺提高铸坯质量提供依据;(3)直接工业实验下面分别介绍这三种方法:a. 数值模拟 随着计算机技术的发展,应用计算机研究凝固传热传质等复杂过程成为可能它基于现象本身的物理原理,在一定的假设前提下,对现象进行描述,进而揭示凝固过程规律预测与防止多种铸造缺陷优化铸造工艺提高产品质量数值模拟的研究任务在于建立正确的数学模型,通过恰当的数值方法,利用计算机来求解这些模型,得到能反映过程规律指导实践的结果用数值模拟对连铸过程进行研究,有着迅速廉价灵活直观并易于理解的优点总的说来,数值模拟是研究连铸过程中的流场温度场溶质场变化的一种有效手段,为连铸工艺参数的改善做出了很大的贡献但这种方法有其先天的缺陷,即:冶金过程是一个复杂的过程,一方面所涉及材料的热物性参数不是很精确,二是初始和边界条件不是很稳定,因而假设了很多的前提条件,致使模拟结果和实际结果有一定的偏差,尤其用来研究凝固问题,不能和实际的凝固组织建立联系,缺乏直接性b. 物理模拟冷态物理模拟由于钢液具有高温的特点,直接对其流动进行定量测量是非常困难的但由于高温钢液与水介质在流体动力学特性上类似,基于流体力学中的相似准则,即:不直接在实物中研究现象和过程本身,而是用与实物相似的模型来进行研究,用方程分析或量纲分析方法导出相似准数,并在模型上通过实验求出相似准数之间的关系式,再将此关系式推广到实物,从而揭示了这些现象或过程的规律,因而连铸过程中钢液流动特性可以用水来模拟这