经典文献摘要丨奥氏体不锈钢消除应力热处理

美国金属学会（ASM）手册第四卷：热处理（第10版）对奥氏体不锈钢的消除应力热处理作了详细的介绍，并被广为引用。

这本ASM HANDBOOK VOLUM4: HEAT TREATING在某度上可以找到，某宝上可以买到机械工业出版社的ASM METALSHANDBOOK案头版（DESK EDITION）英文原版。

ASM手册关于奥氏体不锈钢的消除应力热处理的介绍整理补充如下：

一、奥氏体不锈钢必须加热到900℃才能充分消除应力，在870℃以下只能部分消除。并且必须慢冷，水淬或快冷会重新引起残余应力。

二、只有在可能出现应力腐蚀或晶间腐蚀的场合，才需要考虑进行消除应力热处理。

三、完全消除应力的热处理，将会破坏奥氏体不锈钢的抗腐蚀性能，为了保证抗腐蚀能力，只能进行部分消除应力的热处理。

四、冶金特性

（a） 480℃~815℃范围内，所有非稳定化（unstabilized）奥氏体不锈钢将会在晶界析出铬碳化合物，造成晶间贫铬，导致晶间腐蚀。（含Ti、Nb稳定化元素，及超低碳不锈钢，可以避免铬碳化合物在晶界析出。）

（b） 540℃~925℃范围内，如果不锈钢含有铁素体（如309，309Cb，312，329）将会产生脆硬的σ相，损害不锈钢的抗腐蚀能力和延展性。（纯（fully）奥氏体不锈钢不会有这个问题，但为了防止热裂纹、提高强度、增强耐腐蚀性能，通常会有意使奥氏体不锈钢在含有一定量的铁素体。）

（c） 如果是慢冷，冷却时无法快速通过这一温度区间，有充足的时间生成铬碳化物和σ相这两种有害物。

（d） 815℃~925℃范围内，铬碳化合物或σ相会出现聚集（coalescence），这种情况对抗腐蚀能力和机械性能的影响相对较小。

（e） 955℃~1120℃范围内，可以使晶界上的铬碳化合物重新分解，或使σ相转变成铁素体。

（f） 与碳钢不同，通过热处理无法提高奥氏体不锈钢的冲击韧性。热处理过程中可能产生的σ相反而会降低冲击韧性。

五、热处理方法的选择

热处理方法的选择应针对具体的材料、制造工艺、设计及使用环境综合考虑。除非是应力腐蚀的工况，一般不建议消除应力热处理。（若使用稳定化或超低碳不锈钢，消除应力热处理的温度有更大的选择范围。）

表1 奥氏体不锈钢消除应力热处理

方法说明：

A，1065~1120℃退火后，缓慢冷却；

B，900℃消除应力后，缓慢冷却；

C，1065~1120℃退火后，淬火或快速冷却；

D，900℃消除应力后，淬火或快速冷却；

E，480~650℃消除应力后，缓慢冷却；

F，480℃以下消除应力后，缓慢冷却；

G，205~480℃消除应力后，缓慢冷却（通常需要每25mm厚度4h时间）

注：

1、从左到右，方法优先级降低；

2、推荐使用稳定化或超低碳不锈钢；

3、多数情况不需要热处理，但在制造过程中出现敏化，可以采用热处理；

4、方法A,B,D也可采用，若在成形后随即按方法C进行处理；

5、有严重应力腐蚀，高载荷，可能引起裂纹，及重型部件焊接后。

六、奥氏体不锈钢的消除应力热处理，许多情况下，采用碳钢常用的温度（540~650℃）。在这种温度下，碳钢中的残余应力可以完全消除，但只能消除奥氏体不锈钢中30%~40%的残余应力。因为这种消除应力的不充分，不锈钢在这个温度范围对应力腐蚀很敏感。（奥氏体抗应力腐蚀、晶间腐蚀的能力低，这是奥氏体不锈钢最大的缺点）

七、ASM手册最后举了几个实例：

（1）、316制容器经退火（1065~1120℃）和水淬重新引起高残余应力，在严重应力腐蚀环境下（周围存在氯化物）失效。（316不建议运用于存在严重应力腐蚀的环境）

（2）、316制容器在620~650℃进行热处理，只能部分消除残余应力，而在海水中出现晶间腐蚀。（应进行高温完全消除应力热处理）

（3）、304制换热器在650℃，2h消除应力处理，炉冷，服役后即出现晶间腐蚀。（应进行高温完全消除应力热处理）

（4）、316L制换热器955℃消除应力热处理后，在酸性有机氯化物及氯化氨中能够抵抗应力腐蚀。（表1方法B）

（5）、316L制容器在540℃消除应力热处理后，在85%磷酸中能够抵抗应力腐蚀。（表1方法B）

八、采用稳定化和超低碳不锈钢能够避免晶间腐蚀；对于不稳定型不锈钢，经900℃热处理后，虽有碳化物在晶界析出，但也具有一定的抵抗晶间腐蚀的能力。