Heb je je ooit afgevraagd hoe warmtebehandeling de eigenschappen van roestvrij staal kan veranderen? In dit inzichtelijke artikel duikt een doorgewinterde werktuigbouwkundig ingenieur in de fascinerende wereld van de warmtebehandeling van roestvast staal. Ontdek de wetenschap achter het verbeteren van de corrosiebestendigheid, het elimineren van broosheid en het optimaliseren van mechanische eigenschappen. Bereid je voor op het ontdekken van de geheimen van het manipuleren van de microstructuur van roestvast staal door middel van deskundige technieken en nauwkeurige temperatuurregeling.
Roestvrij staal wordt gekenmerkt door zijn samenstelling, die bestaat uit een groot aantal legeringselementen met Cr als hoofdbestanddeel. Dit is de fundamentele vereiste voor roestvast staal om corrosiebestendig te zijn.
Om de legeringselementen volledig te benutten en een ideale mechanische weerstand en corrosiebestendigheid te bereiken, moeten ook warmtebehandelingsmethoden worden toegepast.
Ferritisch roestvast staal wordt meestal gekenmerkt door een stabiele enkelvoudige ferrietstructuur en ondergaat geen faseverandering bij verhitting en afkoeling.
Warmtebehandeling kan dus niet worden gebruikt om de mechanische eigenschappen aan te passen. Het belangrijkste doel is om de brosheid te verminderen en de weerstand tegen interkristallijne corrosie te verbeteren.
Uitschakelen
Om de σ-fase, brosheid bij 475 °C en brosheid bij hoge temperatuur te elimineren, kan een gloeibehandeling worden toegepast.
Het proces omvat verhitting tot 780~830°C, gevolgd door luchtkoeling of koeling in een oven.
Voor ultrazuiver ferritisch roestvast staal met een laag C-gehalte (C≤0,01%) en strikt gecontroleerde niveaus van Si, Mn, S en P kan de gloeitemperatuur worden verhoogd.
Stress-behandeling
Na het lassen of koud bewerken kunnen onderdelen het volgende bevatten restspanning.
In gevallen waarin gloeien niet geschikt is, kan een spanningsontlastende behandeling worden uitgevoerd door de onderdelen te verhitten tot een temperatuur van 230~370℃, de temperatuur vast te houden en dan met lucht af te koelen. Dit kan helpen om wat interne spanning te elimineren en de plasticiteit te verbeteren.
De aanwezigheid van Cr, Ni en andere legeringselementen in austenitisch roestvast staal verlaagt de Mevrouw punt tot onder kamertemperatuur (-30 tot -70°C).
Deze stabiliteit van de austenitische structuur betekent dat er geen faseverandering optreedt bij verhitting en afkoeling boven kamertemperatuur.
Het belangrijkste doel van warmtebehandeling voor austenitisch roestvast staal is daarom niet om de mechanische eigenschappen te veranderen, maar eerder om de corrosiebestendigheid te verbeteren.
Oplossingsbehandeling van Austenitisch roestvast staal
Effecten:
Precipitatie en oplossen van carbiden in staal
Koolstof (C) is een van de legeringselementen in staal. Hoewel het een licht versterkend effect heeft, is het nadelig voor de corrosiebestendigheid, vooral wanneer het carbiden vormt met chroom (Cr).
Om het bestaan van C- en Cr-carbiden te minimaliseren, wordt de oplosbaarheid van C in austeniet gemanipuleerd door verwarmen en koelen.
De oplosbaarheid van C in austeniet is hoog bij hoge temperaturen (0,34% bij 1200°C) en laag bij lage temperaturen (0,02% bij 600°C en zelfs lager bij kamertemperatuur).
Het staal wordt verhit tot een hoge temperatuur om de C-Cr-verbinding op te lossen en snel afgekoeld om precipitatie te voorkomen.
Dit helpt de corrosieweerstand van het staal te verbeteren, vooral de weerstand tegen interkristallijne corrosie.
Sigma (σ) Fase
Langdurige verhitting in het bereik van 500-900 °C of de toevoeging van elementen zoals titanium, niobium en molybdeen kan leiden tot het neerslaan van σ-fase in austenitisch staal.
Dit verhoogt de brosheid van het staal en verlaagt de corrosiebestendigheid.
De σ-fase kan worden geëlimineerd door deze op te lossen bij een temperatuur hoger dan de precipitatietemperatuur en snel af te koelen om te voorkomen dat er opnieuw geprecipiteerd wordt.
Proces:
Volgens de GB1200 standaard is het aanbevolen temperatuurbereik 1000-1150°C, meestal 1020-1080°C.
De verwarmingstemperatuur kan worden aangepast binnen het toegestane bereik op basis van de specifieke samenstelling, gietstukken of smeedstukken. De koelmethode moet snel zijn om carbideprecipitatie te voorkomen.
In China en sommige andere nationale normen wordt "snel afkoelen" aangegeven na een vaste oplossing.
De schaal van "snel" kan worden bepaald op basis van de volgende criteria:
Stabilisatiewarmtebehandeling van Austenitisch roestvast staal
De stabilisatiewarmtebehandeling is een proces dat beperkt is tot specifieke soorten austenitisch roestvast staal zoals 1Cr18Ni9Ti en 0Cr18Ni11Nb die de stabiliserende elementen Ti of Nb bevatten.
Effecten:
Zoals eerder besproken kan het neerslaan van verbindingen van het type Cr23C6 door de combinatie van Cr en C bij korrelgrenzen leiden tot een afname van de corrosieweerstand van austenitisch roestvast staal.
Om dit te voorkomen worden Ti en Nb aan het staal toegevoegd om omstandigheden te creëren waarin C bij voorkeur combineert met Ti en Nb in plaats van Cr.
Dit helpt om Cr in het austeniet te houden en de corrosiebestendigheid van het staal te garanderen. De stabilisatiewarmtebehandeling combineert Ti, Nb en C om Cr in het austeniet te stabiliseren.
Proces:
Verwarmingstemperatuur: De verwarmingstemperatuur moet hoger zijn dan de ontbindingstemperatuur van Cr23C6 (400-825℃), en iets lager of hoger dan de initiële ontbindingstemperatuur van TiC of NbC (het bereik van de ontbindingstemperatuur van TiC is bijvoorbeeld 750-1120℃).
De stabiliserende verwarmingstemperatuur wordt meestal ingesteld op 850-930℃, waardoor Cr23C6 volledig oplost en Ti of Nb zich met C kunnen verbinden, terwijl Cr in de austeniet blijft.
Koelmethode: Meestal wordt luchtkoeling gebruikt, maar waterkoeling of ovenkoeling kan ook, afhankelijk van de specifieke omstandigheden van de onderdelen.
De afkoelsnelheid heeft een minimale invloed op het stabilisatie-effect.
Ons experimenteel onderzoek heeft aangetoond dat koelsnelheden van 0,9°C/min en 15,6°C/min van een stabilisatietemperatuur van 900°C naar 200°C resulteren in een vergelijkbare metallografische structuur, hardheid en weerstand tegen interkristallijne corrosie.
Austenitisch roestvast staal Stress Relief behandeling
Doel:
Onderdelen van Austenitisch roestvast staal ondergaan onvermijdelijk spanning tijdens koudverwerkingsprocessen zoals bewerken en lassen.
Deze spanning kan negatieve gevolgen hebben, zoals het beïnvloeden van de maatvastheid en het veroorzaken van spanningscorrosie in media zoals Cl-, H2S, NaOH, enz.
Dit soort schade is plaatselijk en plotseling, wat schadelijk kan zijn. Om de spanning in deze delen te minimaliseren, kunnen spanningsontlastende methoden worden gebruikt.
Proces:
Oplossingsbehandeling en stabilisatiebehandeling kunnen helpen om spanningen te elimineren als de omstandigheden dat toelaten. Deze methoden zijn echter niet altijd uitvoerbaar, zoals voor pijpfittingen in een lus, afgewerkte werkstukken met beperkte marge en onderdelen met complexe vormen die gemakkelijk vervormbaar zijn.
In zulke gevallen kan het verwarmen van de onderdelen bij een temperatuur lager dan 450°C helpen om de spanning te verminderen.
Als het werkstuk zal worden gebruikt in een omgeving met sterke spanningscorrosie en de spanning volledig moet worden weggenomen, moet worden overwogen om materialen te kiezen zoals austenitisch roestvast staal met een ultralaag koolstofgehalte en stabiliserende elementen.
De meest opvallende eigenschap van martensitisch roestvast staal in vergelijking met ferritisch roestvast staal, austenitisch roestvast staal en duplex roestvast staal is de mogelijkheid om de mechanische eigenschappen aan te passen over een breed bereik door middel van warmtebehandelingsmethoden om te voldoen aan de verschillende behoeften van verschillende toepassingen.
Bovendien kan de corrosieweerstand van martensitisch roestvast staal verschillend worden beïnvloed door de verschillende warmtebehandelingsmethoden die worden gebruikt.
① De structuur van martensitisch roestvast staal na afschrikken
Afhankelijk van de chemische samenstelling
Corrosiebestendigheid en warmtebehandeling van martensitisch roestvast staal
Warmtebehandeling van martensitisch roestvast staal verandert niet alleen de mechanische eigenschappen, maar beïnvloedt ook de corrosiebestendigheid op verschillende manieren.
Zo resulteert ontlaten bij lage temperatuur na afschrikken in een hoge corrosieweerstand, terwijl ontlaten bij gemiddelde temperatuur (400-550°C) resulteert in een lage corrosieweerstand.
Aan de andere kant leidt ontlaten bij hoge temperatuur (600-750°C) tot een betere corrosieweerstand.
③ De warmtebehandelingsmethode en functie van martensitisch roestvast staal
Gloeien
Afhankelijk van het gewenste resultaat kunnen verschillende gloeimethoden worden gebruikt:
Deze isotherm gloeiproces is ook effectief in het verbeteren van de slechte structuur na het smeden, evenals het verbeteren van de mechanische eigenschappen na het afschrikken en ontlaten, met name de slagvastheid.
Doven
Het primaire doel van het afschrikken van martensitisch roestvast staal is om de sterkte te verbeteren.
Het proces bestaat uit het verhitten van het staal tot een temperatuur boven het kritieke punt, het vasthouden van de warmte om ervoor te zorgen dat de carbiden volledig oplossen in austeniet, en vervolgens afkoelen met een geschikte snelheid om een martensietstructuur.
Selectie van de verwarmingstemperatuur: Het basisprincipe is om austeniet te vormen en legeringscarbiden homogeen op te lossen in het austeniet.
Om grovere austenietkorrels of de aanwezigheid van ferriet of achtergebleven austeniet in de structuur na het afschrikken te voorkomen, mag de verwarmingstemperatuur niet te laag of te hoog zijn.
Het temperatuurbereik voor het afschrikken van martensitisch roestvast staal varieert sterk, maar volgens onze ervaring ligt het meestal tussen 980-1020°C.
Voor speciale staalsoorten, specifieke samenstellingscontrole of bijzondere vereisten kan het echter nodig zijn om de verwarmingstemperatuur aan te passen, maar het verwarmingsprincipe mag niet worden geschonden.
Koelmethode: Door de samenstelling van martensitic roestvrij staal, austeniet is stabieler, de C-curve verschuift naar rechts en de kritische koelsnelheid is lager.
Daarom kan martensitisch staal worden afgekoeld met behulp van oliekoeling of luchtkoeling.
Voor onderdelen die een grote hardingsdiepte en hoge mechanische eigenschappen vereisen, vooral een hoge slagvastheid, wordt echter oliekoeling aanbevolen.
Temperen
Na het afschrikken wordt het martensitische roestvast staal verkregen met een hoge hardheid, brosheid en inwendige spanning, die moet worden getemperd om de mechanische eigenschappen te verbeteren.
Het martensitische roestvast staal wordt meestal op twee verschillende temperaturen getemperd:
Temperen bij een temperatuur tussen 400 en 600°C wordt over het algemeen niet aanbevolen, omdat dit kan leiden tot het neerslaan van sterk verspreide carbiden uit martensiet, wat kan resulteren in brosheid en verminderde corrosiebestendigheid.
Sommige veren, zoals 3Cr13 en 4Cr13 stalen veren, kunnen echter bij deze temperatuur worden ontlaten, wat resulteert in een HRC van 40 tot 45 en een goede elasticiteit.
De koelmethode na het ontlaten is meestal luchtkoeling, maar voor staalsoorten die gevoelig zijn voor brosheid, zoals 1Cr17Ni2, 2Cr13 en 0Cr13Ni4Mo, wordt oliekoeling aanbevolen na het ontlaten.
Duplex roestvast staal is een recente toevoeging aan de roestvast staal familie en heeft brede erkenning en waardering gekregen voor zijn unieke eigenschappen.
Het hoge chroomgehalte, de lage nikkelsamenstelling en de toevoeging van molybdeen en stikstof maken het sterker en flexibeler dan zowel austenitisch als austenitisch. ferritisch roestvrij staalmet een gelijkwaardige corrosieweerstand.
Het heeft ook een superieure weerstand tegen put-, spleet- en spanningscorrosie in chloride- en zeewateromgevingen.
De effecten van warmtebehandeling voor duplex roestvast staal zijn als volgt:
① Secundair Austeniet elimineren: Bij hogere temperaturen, zoals tijdens gieten of smedenneemt de hoeveelheid ferriet toe.
Bij temperaturen boven 1300°C kan het eenfasig ferriet worden, dat instabiel is bij hoge temperaturen. Veroudering bij lagere temperaturen kan leiden tot het neerslaan van austeniet, bekend als secundair austeniet.
De hoeveelheid chroom en stikstof in dit austeniet is echter lager dan in normaal austeniet, waardoor het een potentiële bron van corrosie is.
Elimineer Cr23C6 carbide: Duplex staal kan Cr23C6 neerslaan bij temperaturen onder 950°C, wat leidt tot verhoogde brosheid en verminderde corrosiebestendigheid. Dit moet worden geëlimineerd.
③ Nitriden Cr2N, CrN verwijderen: door de aanwezigheid van stikstof in het staal kunnen zich nitriden vormen met chroom, die zowel de mechanische eigenschappen als de corrosiebestendigheid negatief kunnen beïnvloeden en verwijderd moeten worden.
Elimineer intermetallische fase: De samenstelling van staal met twee fasen kan leiden tot de vorming van intermetallische fasen, zoals σ-fase en γ-fase, die de corrosieweerstand verminderen en de brosheid verhogen, dus moeten ze worden geëlimineerd.
Het proces voor warmtebehandeling is vergelijkbaar met dat van austenitisch staal en omvat behandeling in vaste oplossing met een verwarmingstemperatuur van 980~1100°C gevolgd door snelle afkoeling. Meestal wordt waterkoeling gebruikt.
Precipitatiehardend roestvast staal is een relatief recente ontwikkeling en is een type roestvast staal dat door mensen is uitgeprobeerd, getest en verbeterd.
Oudere roestvaste staalsoorten, zoals ferritisch en austenitisch roestvast staal, hebben een goede corrosiebestendigheid, maar hun mechanische eigenschappen kunnen niet worden aangepast door middel van warmtebehandelingsmethoden, wat hun bruikbaarheid beperkt.
Martensitisch roestvast staal kan een warmtebehandeling ondergaan om de mechanische eigenschappen beter aan te passen, maar de corrosieweerstand is slecht.
Kenmerken:
Precipitatiehardend roestvast staal heeft een laag koolstofgehalte (over het algemeen ≤0,09%) en een hoog chroomgehalte (over het algemeen ≥14% of hoger), samen met elementen zoals Mo en Cu, waardoor het een corrosieweerstand heeft die gelijkwaardig is aan die van austenitisch roestvast staal.
Door een behandeling met vaste oplossing en veroudering kan een structuur worden verkregen met precipitatiehardende fasen die neerslaan op de martensietmatrix, wat resulteert in een hogere sterkte.
De sterkte, plasticiteit en taaiheid kunnen binnen een bepaald bereik worden aangepast door de verouderingstemperatuur aan te passen.
Bovendien maakt de warmtebehandelingsmethode van vaste oplossing gevolgd door precipitatie in de neerslagfase het mogelijk om basisvormen met een lage hardheid na behandeling met vaste oplossing te verwerken.
Door de veroudering te versterken, worden de verwerkingskosten verlaagd en presteert het beter dan martensitische staalsoorten.
Classificatie:
Martensitische precipitatiehardend roestvast staal en de warmtebehandeling ervan
Martensitisch precipitatiehardend roestvast staal wordt gekenmerkt door een austenitische naar martensitische transformatie die begint boven kamertemperatuur (Ms).
Na verhitting tot de austenitisatietemperatuur en snelle afkoeling wordt een leisteenachtige martensitische matrix verkregen.
Na veroudering slaat de fijne kopermassa neer uit de martensitische matrix, waardoor het staal sterker wordt.
Een typische kwaliteit in de GB1220-norm is 0Cr17Ni4Cu4Nb (PH17-4), met de volgende samenstelling: C≤0,07, Ni: 3-5, Cr: 15,5-17,5, Cu: 3-5, Nb: 0,15-0,45. Het Ms-punt ligt rond 120°C en het Mz-punt rond 30°C.
Behandeling met vaste oplossing:
Bij verhitting tot 1020-1060°C en snelle afkoeling met water of olie wordt de structuur van het staal lat martensiet, met een hardheid van ongeveer 320HB.
De verhittingstemperatuur mag niet hoger zijn dan 1100 °C, omdat dit kan leiden tot een toename van ferriet in de structuur, een daling van het Ms-punt, een toename van achtergebleven austeniet, een daling van de hardheid en slechte warmtebehandelingseffecten.
Verouderingsbehandeling:
De dispersie en de deeltjesgrootte van de precipitaten zijn afhankelijk van de verouderingstemperatuur en resulteren in verschillende mechanische eigenschappen.
Volgens de GB1220 standaard zijn de eigenschappen na veroudering bij verschillende temperaturen als volgt:
Warmtebehandeling van semi-austenitisch roestvast staal
Het Ms-punt van semi-austenitisch roestvast staal ligt over het algemeen iets onder kamertemperatuur, wat resulteert in een austenietstructuur met lage sterkte na oplossingsbehandeling en afkoeling tot kamertemperatuur.
De sterkte en hardheid van de matrix moet het staal opnieuw worden verwarmd tot 750-950°C voor isolatie.
In dit stadium slaan carbiden neer in het austeniet, waardoor de stabiliteit afneemt en het Ms-punt boven kamertemperatuur stijgt.
Na afkoeling wordt een martensietstructuur verkregen. Een koude behandeling (sub-zero behandeling) kan ook worden toegevoegd, gevolgd door veroudering, om een versterkt staal te produceren met precipitaten in de martensietmatrix.
Een aanbevolen kwaliteit in de GB1220 standaard is 0Cr17Ni7Al (PH17-7) met de volgende samenstelling: C≤0,09, Cu≤0,5, Ni: 6,5-7,5, Cr: 16-18, Al: 0,75-1,5.
Oplossing + Aanpassing + Verouderingsbehandeling:
De temperatuur van de vaste oplossing is 1040°C en het staal wordt afgekoeld met water of olie om een austenietstructuur te verkrijgen met een hardheid van ongeveer 150HB.
De aanpassingstemperatuur is 760°C en het staal wordt afgekoeld in lucht om carbiden in austeniet neer te slaan, de stabiliteit te verminderen, het Ms-punt te verhogen tot 50-90°C en na afkoeling martensiet te verkrijgen. De hardheid kan 290HB bereiken.
Na veroudering bij 560°C slaan Al en zijn verbindingen neer, waardoor het staal sterker wordt en de hardheid toeneemt tot 340HB.
Vaste oplossing + aanpassing + koude behandeling + veroudering:
De temperatuur van de vaste oplossing is 1040 °C en door afkoeling in water wordt een austenietstructuur verkregen.
De aanpassingstemperatuur is 955°C om het Ms-punt te verhogen en na afkoeling martensiet te verkrijgen.
Koudbehandeling bij -73°C gedurende 8 uur vermindert de in de structuur achtergebleven austeniet om maximale martensiet te verkrijgen.
Er zijn talloze manieren om roestvast staal te classificeren, onder andere op basis van chemische samenstelling, functionele eigenschappen, metallografische structuur en warmtebehandelingskenmerken.
Om praktische redenen is het echter nuttiger om ze in te delen op basis van hun metallografische structuur en warmtebehandelingskenmerken.
Het belangrijkste legeringselement in roestvrij staal is chroom en er kan een kleine hoeveelheid stabiele ferrietelementen zoals aluminium en molybdeen worden toegevoegd. De resulterende structuur is ferriet.
Dit type roestvast staal heeft een lage sterkte en kan niet worden verbeterd door warmtebehandeling.
In plaats daarvan heeft het enige plasticiteit, maar ook grote hoeveelheden brosheid. Het heeft een goede weerstand tegen corrosie in oxiderende media (zoals salpeterzuur), maar een slechte weerstand tegen corrosie in reducerende media.
Het bevat een hoge concentratie chroom, over het algemeen meer dan 18%, en ongeveer 8% nikkel.
Sommige gebruiken mangaan ter vervanging van nikkel om de corrosiebestendigheid verder te verbeteren, en sommige voegen elementen toe zoals molybdeen, koper en silicium, titaniumof niobium.
Er is geen faseverandering tijdens het verhitten en afkoelen, dus warmtebehandelingsmethoden kunnen niet worden gebruikt om de sterkte te verhogen.
Het heeft echter het voordeel van lage sterkte, hoge plasticiteit en hoge taaiheid. Het is zeer goed bestand tegen oxiderende media en heeft een goede weerstand tegen interkristallijne corrosie na toevoeging van titanium en niobium.
Martensitisch roestvrij staal Het bevat voornamelijk 12-18% Cr, waarbij de hoeveelheid koolstof kan worden aangepast aan de behoeften, meestal 0,1-0,4%.
Voor gereedschappen is de koolstofgehalte kan oplopen tot 0,8-1,0% en sommige zijn verbeterd met de toevoeging van elementen zoals Mo, V en Nb om de stabiliteit en hardingsweerstand te verbeteren.
Verhitting bij hoge temperaturen en afkoeling bij een bepaalde snelheid resulteert in een structuur die voornamelijk martensitisch is, maar die ook kleine hoeveelheden ferriet kan bevatten, behouden austenietof gelegeerde carbiden afhankelijk van het koolstof- en legeringselementgehalte.
De structuur en prestaties kunnen worden aangepast door het verwarmings- en koelproces te regelen, maar de corrosieweerstand is niet zo goed als die van austenitisch, ferritisch en duplex roestvast staal.
Martensitisch roestvast staal is bestand tegen organische zuren maar is slecht bestand tegen media zoals zwavelzuur en zoutzuur.
Over het algemeen is de inhoud van Cr 17-30% en de inhoud van Ni 3-13%.
Daarnaast worden legeringselementen als Mo, Cu, Nb, N en W toegevoegd en wordt het C-gehalte zeer laag gehouden.
Afhankelijk van de verhouding van de legeringselementen zijn sommige ferriet, terwijl andere voornamelijk ferriet zijn. austenieten vormen twee duplex roestvast staalsoorten die tegelijkertijd bestaan.
Omdat het ferriet en versterkende elementen bevat, is de sterkte na warmtebehandeling iets hoger dan die van austenitisch roestvast staal en zijn de plasticiteit en taaiheid beter.
Prestaties kunnen niet worden aangepast door warmtebehandeling.
Het heeft een hoge corrosieweerstand, vooral in Cl-bevattende media en zeewater, en vertoont een goede weerstand tegen putcorrosie, spleetcorrosie en spanningscorrosie.
De samenstelling van dit type roestvast staal wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van elementen zoals C, Cr, Ni en andere elementen, waaronder Cu, Al en Ti, die precipitatie kunnen veroorzaken.
De mechanische eigenschappen kunnen worden aangepast door warmtebehandeling, maar het versterkingsmechanisme verschilt van dat van martensitisch roestvast staal.
Door de afhankelijkheid van versterking op basis van precipitatie kan het koolstofgehalte zeer laag worden gehouden, wat resulteert in een betere corrosieweerstand dan martensitisch roestvast staal en gelijkwaardig aan Cr-Ni austenitisch roestvast staal.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO