Austenitycznej stali nierdzewnej nie można utwardzać poprzez obróbkę cieplną. Celem obróbki cieplnej tych stopów jest usunięcie efektu hartowania na zimno, ponowne rozpuszczenie szkodliwych faz wtórnych i zmniejszenie naprężeń szczątkowych do akceptowalnego poziomu. Obróbka cieplna umożliwia również wytworzenie rekrystalizowanych struktur o mniejszych rozmiarach ziaren ze stali nierdzewnej obrabianej na zimno.
Wyżarzanie rozpuszczające może zmiękczyć materiały po obróbce na zimno i rozpuścić fazy wtórne, które mogą wytrącać się podczas procesów obróbki cieplnej lub spawania. Termin „wyżarzanie całkowite” zwykle odnosi się do materiału znajdującego się w optymalnym stanie metalurgicznym, z całkowitym rozpuszczeniem fazy wtórnej i całkowitą homogenizacją struktury metalograficznej. Całkowicie wyżarzana stal nierdzewna ma najlepszą odporność na korozję i plastyczność. Ze względu na fakt, że wyżarzanie w roztworze stałym przeprowadza się w wysokich temperaturach, wyżarzanie w środowisku powietrza może powodować powstawanie na powierzchni osadów tlenkowych, które należy usunąć poprzez odkamienianie lub trawienie, aby przywrócić powierzchni odporność na korozję.
przygotowywać
Przed wyżarzaniem należy usunąć smar powierzchniowy, olej, płyn obróbkowy, smar formujący, kolorowe ślady długopisu i inne zanieczyszczenia. Wyżarzanie może powodować „wypalenie” zanieczyszczeń na powierzchni i należy je zeszlifować, w przeciwnym razie trudno je usunąć. Infiltracja zanieczyszczeń zawierających węgiel do powierzchni może powodować karbonizację lub uczulenie, co z łatwością może prowadzić do korozji międzykrystalicznej podczas użytkowania. Dlatego czyszczenie powierzchni przed obróbką cieplną ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia jakości produktu. Metody czyszczenia obejmują moczenie lub rozpylanie odczynników chemicznych. Do środków czyszczących stosowanych do odtłuszczania stali nierdzewnej zaliczają się gorące roztwory alkaliczne i rozpuszczalniki chemiczne.
Należy unikać zanieczyszczeń powierzchni metalami o niskiej temperaturze topnienia, takimi jak ołów, miedź i cynk. Podczas wyżarzania mogą powodować infiltrację granic ziaren, prowadząc do tzw. kruchości ciekłego metalu i pękania międzykrystalicznego. Dlatego przed obróbką wysokotemperaturową, taką jak wyżarzanie i spawanie, konieczne jest oczyszczenie powierzchni z pozostałości zanieczyszczeń.
temperatura
Minimalna temperatura wyżarzania odnosi się do najniższej temperatury, w której mikrostruktura homogenizuje i rozpuszcza węgliki oraz wydzielenia międzymetaliczne. Aby zapewnić całkowite rozpuszczenie osadów i przywrócić odporność na korozję, temperatura wyżarzania musi być wyższa od tej temperatury. Górna granica temperatury wyżarzania opiera się na braku wypaczeń, unikaniu nadmiernego rozrostu ziaren i minimalizowaniu w jak największym stopniu liczby trudnych do oczyszczenia zgorzelin tlenkowych. W poniższej tabeli wymieniono minimalne temperatury wyżarzania dla niektórych austenitycznych stali nierdzewnych. Wysokosprawna austenityczna stal nierdzewna wymaga homogenizacji swojej mikrostruktury w wysokich temperaturach, dlatego temperatura wyżarzania rozpuszczającego jest wyższa niż w przypadku standardowej austenitycznej stali nierdzewnej.
czas wyżarzania
Utrzymanie temperatury wyżarzania rozpuszczającego przez 2-3 minut jest wystarczające do rozpuszczenia niewielkiej ilości węglików i innych faz wtórnych, a także może zmiękczyć materiał formowany na zimno. Aby podczas wyżarzania przesycającego zapewnić, że przedmiot obrabiany osiągnie temperaturę wyżarzania rozpuszczającego od zewnątrz do wewnątrz, czas izolacji wynosi zwykle 2-3 minut na milimetr grubości. Jeżeli ilość wydzieleń jest duża, szczególnie przy χ i σ. W fazie należy wydłużyć czas izolacji.
Jeśli czas wyżarzania rozpuszczającego jest zbyt długi lub temperatura jest zbyt wysoka, wytworzy się duża ilość naskórka tlenkowego, co sprawi, że czyszczenie będzie trudne i kosztowne. Długotrwałe wyżarzanie zwiększa również możliwość wystąpienia niewykwalifikowanej deformacji wymiarowej podczas procesu obróbki cieplnej. Wysokomolibdenowa i wysokowydajna austenityczna stal nierdzewna szybko tworzy osady tlenkowe w naturalnie wentylowanym piecu. Trójtlenek molibdenu zwykle odparowuje i opuszcza powierzchnię w postaci gazu. Jeżeli ulatnianie zostanie zahamowane, na powierzchni będzie gromadził się ciekły trójtlenek molibdenu, przyspieszając proces utleniania. Nazywa się to „intensywnym utlenianiem”. Środki minimalizujące utlenianie stali wysokomolibdenowej obejmują:
• Unikaj warunków utrudniających ulatnianie się (zbyt szczelne napełnianie i zbyt szczelne zamykanie pieca);
• Materiałów z silną zgorzeliną tlenkową nie można wyżarzać;
• Unikać długotrwałego narażenia na środowisko powyżej minimalnej temperatury wyżarzania;
• Stosować najniższą możliwą temperaturę wyżarzania;
• Stosuj atmosferę ochronną.
atmosfera
Powietrze i utleniające gazy spalinowe tworzą najbardziej ekonomiczną i efektywną atmosferę do wyżarzania stali nierdzewnej. Jednakże naskórek tlenkowy powstały w wyniku wyżarzania w powietrzu musi zostać usunięty, aby przywrócić odporność na korozję. Atmosfery ochronne, takie jak argon, hel, wodór, amoniak krakowany, mieszanina wodoru i azotu i próżnia, mogą ograniczyć powstawanie osadów tlenkowych, ale koszt jest stosunkowo wysoki. Wyżarzanie jaskrawe zazwyczaj przeprowadza się w wodorze lub krakowanym gazowym amoniaku o punkcie rosy -40 stopnia C lub niższej. W normalnych warunkach pracy wyżarzanie w atmosferze ochronnej nie spowoduje powstania widocznej warstwy tlenkowej, więc nie ma potrzeby czyszczenia po wyżarzeniu.
chłodzenie
Aby zapobiec wytrącaniu się węglika chromu lub innych faz międzymetalicznych, austenityczna stal nierdzewna może wymagać szybkiego chłodzenia po wyżarzaniu. Konieczność szybkiego chłodzenia i wybór metody chłodzenia zależą od wielkości i gatunku przekroju poprzecznego.
W zdecydowanej większości przypadków 304L i 316L o cienkich przekrojach nie będą wytrącać szkodliwych faz po schłodzeniu powietrzem. Wraz ze wzrostem rozmiaru przekroju poprzecznego, zawartości węgla i zawartości stopu wzrasta również konieczność szybkiego chłodzenia. Wysokowydajna austenityczna stal nierdzewna wymaga szybkiego chłodzenia niezależnie od grubości. Typowe metody chłodzenia obejmują wymuszone chłodzenie powietrzem, chłodzenie natryskiem wody lub chłodzenie hartowane wodą. Po wyżarzaniu próżniowym hartowanie w gazie obojętnym nie spowoduje wytworzenia powłoki tlenkowej.
Jeśli wyżarzony materiał nadal wymaga obróbki na gorąco, takiej jak spawanie, najlepiej po wyżarzaniu przeprowadzić maksymalne chłodzenie, na przykład hartowanie w wodzie. Może to sprawić, że materiał będzie bardziej odporny na niekorzystne skutki generowane przez kolejne cykle termiczne. Przy wyborze metody chłodzenia należy wziąć pod uwagę możliwe odkształcenia i nowe naprężenia własne.
Czyszczenie po wyżarzeniu
Ze względu na wysoką zawartość chromu w naskórku tlenkowym poddanym obróbce cieplnej, zawartość chromu w metalu sąsiadującym z naskórkiem tlenkowym jest zmniejszona, co powoduje zmniejszenie odporności na korozję. Aby w pełni przywrócić odporność na korozję, należy usunąć naskórek tlenkowy i ubogą warstwę chromu metalicznego.
Najczęściej stosowaną metodą czyszczenia jest śrutowanie w celu usunięcia zgorzeliny tlenkowej, a następnie przemywanie kwasem w celu usunięcia słabej zawartości chromu metalicznego. Najpopularniejszą metodą trawienia stali nierdzewnej jest trawienie zanurzeniowe, które można również przeprowadzić metodą natrysku, żelu lub maści.
Kwas używany do trawienia jest bardzo szkodliwy i należy go stosować zgodnie z przepisami bezpieczeństwa (wentylacja, noszenie okularów i rękawiczek, noszenie odzieży ochronnej itp.). Przedmiot po trawieniu należy zneutralizować i dokładnie spłukać dużą ilością czystej wody o niskiej zawartości chloru. Zbieraj i utylizuj odpady płynne oddzielnie, zgodnie z lokalnymi przepisami dotyczącymi gospodarowania odpadami niebezpiecznymi.