不锈钢和耐热钢热处理介绍

不锈钢和耐热钢热处理

1 范围

本标准规定了不锈钢和耐热钢热处理的方法及所用的设备、工艺、工艺材料、质量检验和安全技术。

本标准适用于不锈钢和耐热钢热处理。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T 221 钢铁产品牌号表示方法

GB/T 394.1 工业酒精

GB 443 L-AN全损耗系统用油

GB 536 液体无水铵（GB 536—1988，neq ГОСТ6221：1982）

GB/T 1220 不锈钢棒

GB/T 1221 耐热钢棒

GB 3101 有关量、单位和符号的一般原则（GB 3101—1993，eqv ISO 31-0：1992）

GB/T 3634.1 氢气 第1部分：工业氢

GB/T 4237 不锈钢热轧钢板和钢带

GB/T 4238 耐热钢板和钢带

GB/T 4842 氩

GB/T 7232 金属热处理工艺 术语

GB/T 9452 热处理炉有效加热区测定方法

GB 15735 金属热处理生产过程安全卫生要求

JB/T 9202 热处理用盐

JB/T 10175 热处理质量控制要求

JB/T 10457 液态淬火冷却设备技术条件

3 术语和定义

GB/T 7232中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1 热处理不可强化的钢 non hardening steel by heat treatment

不能用热处理的方法改变组织结构进行强化的钢。

3.2 热处理可强化的钢 hardening steel by heat treatment

可以用热处理方法改变组织结构进行强化的钢。

3.3 调整热处理 adjusting solution treatment

为改变沉淀硬化型不锈钢的马氏体转变点所进行的固溶处理。

4 不锈钢和耐热钢分类

4.1 不锈钢和耐热钢牌号表示方法和化学成分，应符合GB/T 221、GB/T 1220、GB/T 1221、GB 3101、GB/T 4237和GB/T 4238的规定。

4.2 不锈钢和耐热钢按热处理分为热处理不可强化的钢和热处理可强化的钢，常用钢号见表1。

表1 常用的不锈钢和耐热钢的钢号

5 热处理方法选择

5.1 热处理不可强化的不锈钢和耐热钢

5.1.1 要求提高抗腐蚀性能和抗塑性、消除冷作硬化的工件，应进行固溶处理。

5.1.2 对于形状复杂不宜固溶处理的工件，可进行去应力退火。

5.1.3 含钛或铌的不锈钢，为了获得稳定的抗腐蚀性能，可进行稳定化退火。

5.2 热处理可强化的不锈钢和耐热钢

5.2.1 要求提高强度、硬度和抗腐蚀性能的工件，应进行淬火加低温回火处理。

5.2.2 要求较高的强度和弹性极限、而对抗腐蚀性要求不高的工件，应进行淬火加中温回火处理。

5.2.3 要求得到良好的力学性能和一定的抗腐蚀性能的工件，应进行淬火加高温回火处理。

5.2.4 要求消除加工应力、降低硬度和提高塑性的工件，可进行退火处理。

5.2.5 要求改善原始组织的工件，可进行正火加高温回火的预备热处理。

5.2.6 要求得到良好的力学性能和抗腐蚀性能的沉淀硬化型不锈钢工件，可进行固溶加时效，固溶加深冷处理或冷变形加时效等调整处理。

5.3 焊接组合件

5.3.1 由热处理可强化的不锈钢和耐热钢构成的焊接组合件，根据工件图样的要求，可进行淬火加回火或去应力退火。

5.3.2 由热处理不可强化的不锈钢和耐热钢构成的焊接组合件，要求改善焊缝区域组织和抗腐蚀性能以及较充分地消除应力时，可进行固溶处理。对于形状复杂不宜进行固溶处理的焊接组合件，可采用去应力退火。

5.3.3 由热处理可强化与不可强化的不锈钢和耐热钢构成的焊接组合件，当要求以抗腐蚀性能为主时，应变进行固溶处理加低温回火；当要求以力学性能为主时，应进行淬火加低温回火或中温回火处理。对于形状复杂的焊接组合件，可进行去应力退火或高温回火。

6 设备

6.1 加热设备

6.1.1 不锈钢和耐热钢工件可以用空气电阻炉、盐浴炉、保持气氛炉、直空炉等加热。对于具有成品尺寸的工件、薄壁工件、螺栓等，一般应在保护气氛炉、真空炉中加热，也可以用涂料保护在空气电阻炉中加热。各种加热设备应符合JB/T 10175的规定。

6.1.2 各类加热设备应具备能自动调节、记录和超温报警的温度控制装置。

6.1.3 加热炉的分类及技术要求，应符合表2中Ⅲ～Ⅳ设备的规定。

6.1.4 加热炉有效加热区的测定方法、检验周期及检定设备的技术要求，按GB/T 9452的规定执行。

表2 加热炉的分类及技术要求

5 热处理方法选择

5.1 热处理不可强化的不锈钢和耐热钢

5.1.1 要求提高抗腐蚀性能和抗塑性、消除冷作硬化的工件，应进行固溶处理。

5.1.2 对于形状复杂不宜固溶处理的工件，可进行去应力退火。

5.1.3 含钛或铌的不锈钢，为了获得稳定的抗腐蚀性能，可进行稳定化退火。

5.2 热处理可强化的不锈钢和耐热钢

5.2.1 要求提高强度、硬度和抗腐蚀性能的工件，应进行淬火加低温回火处理。

5.2.2 要求较高的强度和弹性极限、而对抗腐蚀性要求不高的工件，应进行淬火加中温回火处理。

5.2.3 要求得到良好的力学性能和一定的抗腐蚀性能的工件，应进行淬火加高温回火处理。

5.2.4 要求消除加工应力、降低硬度和提高塑性的工件，可进行退火处理。

5.2.5 要求改善原始组织的工件，可进行正火加高温回火的预备热处理。

5.2.6 要求得到良好的力学性能和抗腐蚀性能的沉淀硬化型不锈钢工件，可进行固溶加时效，固溶加深冷处理或冷变形加时效等调整处理。

5.3 焊接组合件

5.3.1 由热处理可强化的不锈钢和耐热钢构成的焊接组合件，根据工件图样的要求，可进行淬火加回火或去应力退火。

5.3.2 由热处理不可强化的不锈钢和耐热钢构成的焊接组合件，要求改善焊缝区域组织和抗腐蚀性能以及较充分地消除应力时，可进行固溶处理。对于形状复杂不宜进行固溶处理的焊接组合件，可采用去应力退火。

5.3.3 由热处理可强化与不可强化的不锈钢和耐热钢构成的焊接组合件，当要求以抗腐蚀性能为主时，应变进行固溶处理加低温回火；当要求以力学性能为主时，应进行淬火加低温回火或中温回火处理。对于形状复杂的焊接组合件，可进行去应力退火或高温回火。

6 设备

6.1 加热设备

6.1.1 不锈钢和耐热钢工件可以用空气电阻炉、盐浴炉、保持气氛炉、直空炉等加热。对于具有成品尺寸的工件、薄壁工件、螺栓等，一般应在保护气氛炉、真空炉中加热，也可以用涂料保护在空气电阻炉中加热。各种加热设备应符合JB/T 10175的规定。

6.1.2 各类加热设备应具备能自动调节、记录和超温报警的温度控制装置。

6.1.3 加热炉的分类及技术要求，应符合表2中Ⅲ～Ⅳ设备的规定。

6.1.4 加热炉有效加热区的测定方法、检验周期及检定设备的技术要求，按GB/T 9452的规定执行。

表2 加热炉的分类及技术要求

6.1.5 保护气氛加热炉中的保护气氛应能调节和控制。保护气不能直接冲击工件。

6.1.6 真空热处理炉的压升率，在真空度高于0.13Pa的状态下，应小于1.33Pa/h；炉内真空度和气氛应能根据热处理工艺的要求进行调节。

6.2 冷却设备

6.2.1 淬火槽的容积应保证在连续生产的条件下具有足够的冷却能力，并应备有槽盖。

6.2.2 淬火槽应具有冷却循环系统搅拌装置，必要时应具备加热装置，但不推荐用压缩空气搅拌。

6.2.3 在淬火槽内安装感温元件，其测温仪表的分辨力小于或等于5℃。

6.2.4 按JB/T 10175的要求，淬火油槽的油温应保持在10～100℃之间。除非另有规定，淬火水槽的水温应保持在10～40℃之间。

6.2.5 盐浴加热用淬火槽用水应定期更换。

6.2.6 液态淬火冷却设备其他技术条件应符合JB/T 10457的规定。

6.3 清洗设备

6.3.1 洗涤槽或洗涤机应能满足工件洗涤质量的要求。

6.3.2 采用氯溶剂或对环境产生污染的其他化学溶剂洗涤时，洗涤槽或洗涤机应具备抽风和排污装置。

7 工艺材料

7.1 常用的工艺材料的技术要求应符合表3的规定。

表3 常用的工艺材料的技术要求

6.1.5 保护气氛加热炉中的保护气氛应能调节和控制。保护气不能直接冲击工件。

6.1.6 真空热处理炉的压升率，在真空度高于0.13Pa的状态下，应小于1.33Pa/h；炉内真空度和气氛应能根据热处理工艺的要求进行调节。

6.2 冷却设备

6.2.1 淬火槽的容积应保证在连续生产的条件下具有足够的冷却能力，并应备有槽盖。

6.2.2 淬火槽应具有冷却循环系统搅拌装置，必要时应具备加热装置，但不推荐用压缩空气搅拌。

6.2.3 在淬火槽内安装感温元件，其测温仪表的分辨力小于或等于5℃。

6.2.4 按JB/T 10175的要求，淬火油槽的油温应保持在10～100℃之间。除非另有规定，淬火水槽的水温应保持在10～40℃之间。

6.2.5 盐浴加热用淬火槽用水应定期更换。

6.2.6 液态淬火冷却设备其他技术条件应符合JB/T 10457的规定。

6.3 清洗设备

6.3.1 洗涤槽或洗涤机应能满足工件洗涤质量的要求。

6.3.2 采用氯溶剂或对环境产生污染的其他化学溶剂洗涤时，洗涤槽或洗涤机应具备抽风和排污装置。

7 工艺材料

7.1 常用的工艺材料的技术要求应符合表3的规定。

表3 常用的工艺材料的技术要求

7.2 热处理保护涂料不应对工件产生不良影响，在热处理后应能很容易清除掉；交对环境不产生污染。

8 工艺过程

8.1 清洗

8.1.1 工件及夹具在热处理前均应清除油污、残盐、油漆等外来物。(www.xing528.com)

8.1.2 在真空炉中首次使用的夹具，应预先在低于工件所要求的真空度下进行除气净化处理。

8.2 装炉

8.2.1 在热处理过程中容易产生畸变的工件，应在专用夹具上进行加热。

8.2.2 工件应置于有效加热区内。

8.3 预热

8.3.1 对于形状复杂或截面有急剧变化以及有效厚度较大的工件，应进行预热。

8.3.2 预热的方法有：

a）一次预热为800℃；

b）二次预热为500～650℃和850℃；

c）计算机限速升温。

8.4 加热

8.4.1 根据工件的材料及对表面质量的要求，应正确选用加热设备、加热介质和加热方法。

8.4.2 有凹槽、盲孔的工件，铸件和焊接件以及加工成形的不锈钢工件，一般不宜在盐浴中加热。

8.4.3 工件加热应有足够的保温时间。可根据工件的有效厚度和条件厚度（实际厚度乘以工件形状系数），参照表4和表5进行计算。

表4 保温时间的计算

7.2 热处理保护涂料不应对工件产生不良影响，在热处理后应能很容易清除掉；交对环境不产生污染。

8 工艺过程

8.1 清洗

8.1.1 工件及夹具在热处理前均应清除油污、残盐、油漆等外来物。

8.1.2 在真空炉中首次使用的夹具，应预先在低于工件所要求的真空度下进行除气净化处理。

8.2 装炉

8.2.1 在热处理过程中容易产生畸变的工件，应在专用夹具上进行加热。

8.2.2 工件应置于有效加热区内。

8.3 预热

8.3.1 对于形状复杂或截面有急剧变化以及有效厚度较大的工件，应进行预热。

8.3.2 预热的方法有：

a）一次预热为800℃；

b）二次预热为500～650℃和850℃；

c）计算机限速升温。

8.4 加热

8.4.1 根据工件的材料及对表面质量的要求，应正确选用加热设备、加热介质和加热方法。

8.4.2 有凹槽、盲孔的工件，铸件和焊接件以及加工成形的不锈钢工件，一般不宜在盐浴中加热。

8.4.3 工件加热应有足够的保温时间。可根据工件的有效厚度和条件厚度（实际厚度乘以工件形状系数），参照表4和表5进行计算。

表4 保温时间的计算

注：1.真空炉中加热时间计算公式系指内热式真空炉；外热式真空炉加热时间可适当延长。

2.式中“δ”为工件有效厚度或条件厚度，单位为mm。

8.5 冷却

8.5.1 马氏体不锈钢和耐热钢工件空冷时，应散放在干燥处。

8.5.2 马氏体不锈钢和耐热钢淬火冷至室温后方可进行清洗、深冷处理或回火。

8.5.3 马氏体不锈钢和耐热钢工件淬火后应及时回火，时间间隔一般不宜超过4h；含碳量较低、形状简单的工件，不应超过16h。

表5 工件形状系数

注：1.真空炉中加热时间计算公式系指内热式真空炉；外热式真空炉加热时间可适当延长。

2.式中“δ”为工件有效厚度或条件厚度，单位为mm。

8.5 冷却

8.5.1 马氏体不锈钢和耐热钢工件空冷时，应散放在干燥处。

8.5.2 马氏体不锈钢和耐热钢淬火冷至室温后方可进行清洗、深冷处理或回火。

8.5.3 马氏体不锈钢和耐热钢工件淬火后应及时回火，时间间隔一般不宜超过4h；含碳量较低、形状简单的工件，不应超过16h。

表5 工件形状系数

8.5.4 由马氏体不锈钢和耐热钢组成的焊接组合件，焊接和其后的热处理之间的时间间隔不应超过4h。

8.6 清理

8.6.1 热处理后可根据工件要求和表面状况采用碱液、水溶性清洗剂、氯溶剂及喷砂、喷丸等方法进行清理。

8.6.2 不锈钢和耐热钢工件，尤其是焊接组合件，热处理后一般不宜采用酸洗的方法进行清理。

8.7 校正

8.7.1 工件应采用静负荷进行校正，一般不宜局部敲击。

8.7.2 马氏体不锈钢和耐热钢工件校正后，应在低于原回火温度的条件下进行去应力退火。

8.7.3 形状复杂或尺寸要求严格的工件在回火时，用定形夹具结合回火进行校正。

8.7.4 奥氏体不锈钢工件校正后，在300℃以下进行去应力退火。

9 热处理规范

不锈钢和耐热钢的热处理规范见表6和表7。

表6 不完全退火、去应力退火或高温回火及正火的热处理规范

8.5.4 由马氏体不锈钢和耐热钢组成的焊接组合件，焊接和其后的热处理之间的时间间隔不应超过4h。

8.6 清理

8.6.1 热处理后可根据工件要求和表面状况采用碱液、水溶性清洗剂、氯溶剂及喷砂、喷丸等方法进行清理。

8.6.2 不锈钢和耐热钢工件，尤其是焊接组合件，热处理后一般不宜采用酸洗的方法进行清理。

8.7 校正

8.7.1 工件应采用静负荷进行校正，一般不宜局部敲击。

8.7.2 马氏体不锈钢和耐热钢工件校正后，应在低于原回火温度的条件下进行去应力退火。

8.7.3 形状复杂或尺寸要求严格的工件在回火时，用定形夹具结合回火进行校正。

8.7.4 奥氏体不锈钢工件校正后，在300℃以下进行去应力退火。

9 热处理规范

不锈钢和耐热钢的热处理规范见表6和表7。

表6 不完全退火、去应力退火或高温回火及正火的热处理规范

注：炉冷至600℃以下空冷。

表7 淬火或固溶处理、回火或时效的热处理规范

注：炉冷至600℃以下空冷。

表7 淬火或固溶处理、回火或时效的热处理规范

（续）

（续）

（续）

（续）

（续）

（续）

① 在保证强度和硬度的前提下，回火温度可适当调整。

② 当采用上限淬火温度时，可进行深冷处理，并低温回火。

③ 可采用930～990℃淬火或850～900℃稳定化退火。

④ 淬火前应经1040～1070℃，水冷，860～880℃保温6h，随炉冷却至300℃空冷，600～680℃空冷。

⑤ 如工件要冷变形时，应适当提高固溶温度，进行调整处理，然后再进行回火处理。

⑥ Ⅰ处理后可进行冷变形。Ⅱ或Ⅲ为连续进行的热处理工艺：

Ⅱ1050～1070℃（空气或水）+760℃×90min（空气）+565℃回火×90min（空气）；

Ⅲ1050～1070℃（空气或水）+950℃×10min（空气）+深冷处理-70℃×8h，恢复至室温后再加热到510℃回火×（30～60min），空冷。

10 质量检验

10.1 在热处理过程中应检查工件的热处理工艺规范及有关质量控制的执行情况。

10.2 工件按相应技术文件规定的项目和要求进行检验。

10.3 当力学性能不合适时，可进行重复热处理。但重复淬火或固溶次数一般不超过两次。工件的补充回火不算作重复处理。

10.4 淬火状态或低温回火后的马氏体不锈钢和耐热钢工件，重复淬火前应进行预热、退火或高温回火。

10.5 热处理原始记录应妥善保存备用。

11 安全技术

工件热处理时，按GB 15735的规定执行。

① 在保证强度和硬度的前提下，回火温度可适当调整。

② 当采用上限淬火温度时，可进行深冷处理，并低温回火。

③ 可采用930～990℃淬火或850～900℃稳定化退火。

④ 淬火前应经1040～1070℃，水冷，860～880℃保温6h，随炉冷却至300℃空冷，600～680℃空冷。

⑤ 如工件要冷变形时，应适当提高固溶温度，进行调整处理，然后再进行回火处理。

⑥ Ⅰ处理后可进行冷变形。Ⅱ或Ⅲ为连续进行的热处理工艺：

Ⅱ1050～1070℃（空气或水）+760℃×90min（空气）+565℃回火×90min（空气）；

Ⅲ1050～1070℃（空气或水）+950℃×10min（空气）+深冷处理-70℃×8h，恢复至室温后再加热到510℃回火×（30～60min），空冷。

10 质量检验

10.1 在热处理过程中应检查工件的热处理工艺规范及有关质量控制的执行情况。

10.2 工件按相应技术文件规定的项目和要求进行检验。

10.3 当力学性能不合适时，可进行重复热处理。但重复淬火或固溶次数一般不超过两次。工件的补充回火不算作重复处理。

10.4 淬火状态或低温回火后的马氏体不锈钢和耐热钢工件，重复淬火前应进行预热、退火或高温回火。

10.5 热处理原始记录应妥善保存备用。

11 安全技术

工件热处理时，按GB 15735的规定执行。