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热处理/退火
对这些合金进行退火的主要原因是产生一个再结晶的微细结构,达到均匀晶粒度,分解有害的碳化铬沉淀物。要确保完全退火,必须把材料置于2050-2150°F (1120-1175°C)温度范围内每英寸厚度所需时间约30分钟。这仅仅是一般的做法。特殊的情况可能需要特殊的处理方法。适当退火后,这些等级在室温下主要是奥氏体,少量的铁素体也可能存在。
309/309S,310/310S在空气退火过程中产生氧化皮是不可避免的。锈皮中含有丰富的铬并且具有一定的附着性。通常来说,在进一步加工之前都要把退火锈皮去除。去除锈皮有两种方法:机械方法和化学方法。表面喷砂和化学除锈二者相结合通常是去除所有顽固锈皮有效的方法。硅砂,玻璃微珠是很好的喷砂材料。也可以采用铁粒,钢粒,但是这可能引起游离铁进入金属的表面,进而引起表面生锈或变色。
310s不锈钢的导热系数
其他形式的退化
除了氧气以外,粒子在高温环境下也可以引起不锈钢的加速退化。硫的存在可以引起硫化腐蚀。不锈钢的硫化腐蚀是一个复杂的过程,而且很大程度上受硫和氧气含量以及硫的存在形式影响(比如:气态,氧化硫,氢化硫)。铬可以形成稳定的氧化物和硫化物。在氧气和含硫化合物共同存在的情况下,通常在外部形成氧化铬层作为一个保护层阻止硫进入。然而,硫化腐蚀仍然可以在锈皮损坏和分离的地方发生,在某些特定情况下,硫可以穿过氧化铬,在金属内部形成硫化铬。在含镍量高(25%或者更高)的合金中,硫化作用增强。镍和硫化镍形成低熔点的共晶相,在高温条件下,可能对材料造成严重的损坏。
环境中如果存在含碳量高的粒子,会导致碳元素进入金属,随后形成内部碳化物。渗碳作用一般在温度1470°F (800°C)以上发生。内部渗碳金属会引起机械性能和物理性能的改变。通常来说,氧气可以通过在金属表面形成保护膜来阻止碳进入。较高的镍含量和硅含量都可以一定程度上减少渗碳作用。金属粉尘是渗碳作用的一种特殊形式,通常在较低温度范围发生(660-1650°F or 350-900°C)。金属粉尘可以通过一个复杂的机构把固体金属转换成石墨和金属微粒的混合物,进而形成较深的小坑,终导致局部腐蚀。
奥氏体不锈钢的抗氧化性可以通过铬含量来推算。耐高温的合金含铬量至少20%(重量*)。用镍成分代替铁成分也通常可以提供合金在高温下的性能。309/309S,310/310S是高合金材料,因此,具有相当好的抗氧化性。
已氧化的金属样品,其重量会有所增加,因为一定量的氧气组合到产品的氧化膜。测量金属抗氧化性的其中一种方法是:让金属在特定时间内暴露在高温环境下,然后测量其重量的变化。重量增加越多,表面氧化越严重。
氧化过程比简单的锈皮增厚要复杂得多。散裂,或者说表面皮分离,是不锈钢氧化过程中常见的问题。散裂通常表现为急速的重量损失。其他一些因素也会引起散裂,其中主要包括热循环,机械损伤和氧化物过厚。
在氧化过程中,铬以氧化铬的形式存在于锈皮中。当氧化皮剥落时,未氧化的金属暴露出来,因为新的氧化铬的形成,材料的氧化率暂时升高。锈皮散裂到达一定程度,铬含量的损失可能引起金属的耐热性降低,从而导致铁氧化物和镍氧化物快速增加,这种情况称为破裂氧化。
高温氧化可能导致锈皮挥发。在耐热不锈钢表面形成的氧化铬,开始是Cr2O3 ,当温度进一步升高时,会进一步氧化成具有高蒸汽压力的CrO3 。氧化物此时分成两部分:通过形成Cr2O3 使锈皮增厚,通过CrO3 的蒸发使锈皮变薄。终的趋势是在增厚和变薄之间达到终的平衡,从而使锈皮处于恒定的厚度。锈皮挥发在温度达到2000°F (1093°C)以上时,成为一个**问题,在流动气体的作用下,会进一步恶化。