將合金鋼加熱至鐵碳平衡圖的高溫單相區，使過剩相充分溶解到固溶體中，快速冷卻，以得到過飽和固溶體的工藝稱固溶化處理。固溶化處理的溫度應根據鋼的含碳量來選擇，通常含碳量高時取上限，含碳量低時取下限，但是，溫度既不宜過高，也不宜過低。
基本介紹
- 中文名：固溶化處理
- 外文名：solution treatment
- 簡介：快速冷卻的工藝方法
- 相關處理：適合任何成分的奧氏體不鏽鋼
- 學科：冶金工程
- 影響因素：溫度
介紹,作用,加熱溫度選擇,加熱保溫時間,冷卻,
介紹
將鋼加熱至1050～1100℃，然後在水中快速冷卻，便可獲得單相奧氏體組織，這種過程叫固溶化處理。固溶化處理的溫度應根據鋼的含碳量來選擇，通常含碳量高時取上限，含碳量低時取下限，但是，溫度既不宜過高，也不宜過低。溫度過高，將出現大量鐵索體，並且使鋼的晶粒粗大，這樣不僅使加工工藝性變壞，而且使鋼抵抗均勻腐蝕的能力降低。從晶間腐蝕的角度來看，加熱溫度愈高，奧氏體的過飽和度愈大，在以後析出碳化鉻的溫度區問再加熱，碳化鉻的析出過程也就愈強烈，使鋼對晶間腐蝕的敏感性增大。如溫度過低，則影響鋼的成分均勻化和碳化物的充分溶解，這樣達不到固溶化處理的應有效果。
固溶化處理在加熱時應防止表面滲碳，因為滲碳使鋼對晶間腐蝕的敏感性增大，在閥門中，閥體、閥座一類直接接觸工作介質的所謂內件，對一般腐蝕性能要求及抗晶間腐蝕能力的要求比其它不鏽鋼閥件高得多，因此，內件的固溶化處理尤其需要注意表面滲碳。
加熱時，通常可在中性或稍具氧化性的氣氛中進行。對於熱處理後不再進行加工或加工餘量很小的零件，加熱前應注意爐膛的清潔度，並清除零件表面的油污，以防止這些污垢在加熱時分解，使零件表面滲碳。
固溶化處理以後，鋼的強度隨著含碳量的增加而提高。不過，總的說來，這類鋼的強度都不高，與敏化處理及穩定化處理相比較，固溶化處理後的強度最低。所以，固溶化處理也是最大程度的軟化處理。
固溶化處理使鋼中的碳化物在高溫加熱時溶解，並為隨後的快冷麵固定在奧氏體中，所以固溶化處理的鋼具有最高的耐腐蝕性能，對於不含鈦或鈮的18-8鋼，固溶化處理是防止晶間腐蝕的重要手段。
作用
奧氏體不鏽鋼固溶化熱處理的目的是要把在以前各加工工序中產生或析出的合金碳化物，如(FeCr)23C6等以及σ相重新溶解到奧氏體中，獲取單一的奧氏體組織（有的可能存在少量的δ鐵素體），以保證材料有良好的機械性能和耐腐蝕性能，充分地消除應力和冷作硬化現象。
加熱溫度選擇
奧氏體系列的不鏽鋼雖然化學成分、種類不同，但固溶化處理加熱溫度的差別不大。
奧氏體不鏽鋼中的含鉻碳化物和σ相的分解、固溶是隨加熱溫度的升高而增加的。在實際加熱條件下，850℃左右碳化物即開始分解、固溶，但在這個溫度需要長時間保溫。提高加熱溫度，可減少保溫時間，即可使碳化物充分分解和固溶。有資料報導，0Cr18Ni9鋼的碳化物溶入奧氏體中，在1000℃需要10min，在1065℃需要3min，在1176℃只需要1.5min。當然，加熱溫度太高會帶來其他的不利作用。所以，0Cr18Ni9、1Cr18Ni9奧氏體不鏽鋼生產中，固溶化加熱溫度採用1050℃左右是適宜的；含鉬的奧氏體不鏽鋼，因鉬會降低固溶擴散速度，其固溶化加熱溫度可提高一些，如採用1080℃左右；含穩定化元素的奧氏體不鏽鋼，如果採用較高的加熱溫度，會使鈦或鈮的碳化物過度溶解而不利於發揮穩定化元素的作用，所以，含穩定化元素的奧氏體不鏽鋼固溶化加熱溫度可低一些，如1000℃左右即可；奧氏體不鏽鋼的化學成分中，當形成鐵素體元素（以鉻當量計）和形成奧氏體元素（以鎳當量計）的比例在Schaeffler圖（圖1-1）上位置接近出現鐵素體的區界時，此鋼的固溶化處理加熱溫度宜取較低溫度；鑄造奧氏體不鏽鋼，因其組織成分不均勻性強，為保證固溶化處理效果，固溶化加熱溫度比同牌號的鍛材、軋材要偏高。
加熱保溫時間
奧氏體不鏽鋼含有大量的合金元素，鉻的碳化物溶解固溶速度較慢，鋼的導熱率低，所以，奧氏體不鏽鋼固溶化處理的加熱保溫時間比一般合金鋼要加長20%～30%。以保證內部均溫和鉻及碳化物的充分固溶。
冷卻
經固溶加熱、保溫的奧氏體不鏽鋼在冷卻時，如果冷卻速度不足，則已固溶於奧氏體中的合金碳化物或σ相還可能析出，所以，固溶化處理的冷卻速度很重要。
從理論上講，固溶化冷卻速度越快越好，但在具體生產中會存在零件變形和殘留應力的問題。在我國和其他一些國家的標準中，將奧氏體不鏽鋼的冷卻方式標註為“快冷”，在許多情況下，對“快冷”的理解可能不同，“快”的程度不好界定。
綜合不同文獻資料介紹的情況，奧氏體不鏽鋼固溶化冷卻方式可按以下原則掌握。
含鉻量大於22%，且含鎳較高的奧氏體不鏽鋼；含碳量大於0.08%的奧氏體不鏽鋼；含碳量小於或等於0.08%，但有效尺寸大於3mm的奧氏體不鏽鋼，應選水冷。
含碳量小於或等於0.08%，但有效尺寸小於3mm的奧氏體不鏽鋼，可用風冷。有效尺寸為0.5mm以下的薄板件可空冷。
截面尺寸大的奧氏體不鏽鋼零部件毛坯即使水冷，其心部或接近心部處的冷卻速度也未必滿足要求，一旦加工成零件後，這部分成為接觸介質的表面，就會影響該部分的耐腐蝕性能，在這種情況下，可先加工，使工作面能儘量地接近固溶化冷卻介質，保證較快地冷卻。或者選用含穩定化元素的奧氏體不鏽鋼，並在固溶化處理後進行穩定化退火處理。
