Как да се обработва термично неръждаема стомана 316?

Защо топлинната обработка е важна за 316

316 е аустенитна неръждаема стомана (UNS S31600, EN 1.4401), която не може да бъде закалена чрез топлинна обработка, но топлинната обработка все още контролира нейните най-важни инженерни свойства: устойчивост на корозия, вътрешно напрежение и състояние на повърхността. Целта на всеки термичен цикъл е да запази хрома и молибдена в твърд разтвор и да избегне диапазона от 450-850 C, където хромните карбиди се утаяват по границите на зърната и разрушават корозионната устойчивост на стоманата. Правилно приложени, обработките по-долу възстановяват пасивния филм, омекотяват студено{7}}обработения материал, облекчават остатъчните напрежения и произвеждат чиста повърхност без оксиди за хигиенично или оптично натоварване.

Отгряване на разтвора

Отгряването в разтвор е първичната обработка за 316. Материалът се нагрява до 1050-1150 C, задържа се достатъчно дълго за пълно разтваряне на карбидите и съставките на сигма-фазата - приблизително 1 до 5 минути на милиметър от дебелината на сечението - и след това се охлажда бързо, обикновено чрез закаляване с вода, така че въглеродът да остане в свръхнаситен разтвор. Резултатът е максимална устойчивост на корозия и минимална твърдост. Отгряването с разтвор е задължително след горещо формоване и се използва също за възстановяване на свойствата след тежка студена обработка или заваряване на силно ограничени секции. Нагряването трябва да бъде равномерно, а атмосферата в пещта трябва да бъде леко окисляваща или неутрална; редуцираща атмосфера може да причини въглеродно усвояване и сенсибилизация при по-късна експозиция.

Облекчаване на стреса

Когато остатъчните напрежения от формоване или машинна обработка трябва да бъдат намалени, без да се губи устойчивост на корозия, напрежението 316 се освобождава при 300-500 C за 1-2 часа, последвано от бавно въздушно охлаждане. Този диапазон остава доста под прага на сенсибилизация, така че не се получава утаяване на хромен карбид. Освобождаването на напрежението при тези температури обикновено се прилага за заварени компоненти, машинно обработени части и съдове, които по-късно ще бъдат изложени на хлориди, където високото остатъчно напрежение на опън би могло иначе да насърчи корозионно напукване при хлориден стрес. То не омекотява материала до същата степен като отгряването с пълен разтвор.

Ярко отгряване

Светлото отгряване е отгряване в разтвор, извършвано в защитна атмосфера, обикновено чист водород или смес от аргон-водород, вътре в муфелна или непрекъсната пещ. Тъй като кислородът не достига до повърхността, не се образува оксиден нагар и тръбата, лентата или жицата излизат с ярко, гладко покритие, което не се нуждае от ецване. Температурата и скоростта на охлаждане са същите като при конвенционалното отгряване в разтвор; защитната атмосфера трябва да се поддържа, докато материалът се охлади под около 400 C. Ярко-загрятият 316 се предпочита за хранителни, фармацевтични, пивоварни и архитектурни продукти, където чистотата на повърхността и външният вид са критични.

Криогенно лечение

Криогенното третиране охлажда от 316 до под{1}}температури под нулата, обикновено -70 до -196 C, и го задържа там за 1-4 часа преди бавно затопляне. В аустенитните класове това насърчава трансформацията на нестабилния аустенит в мартензит, което може да подобри стабилността на размерите на прецизно обработените части и да повиши твърдостта и устойчивостта на износване при експлоатационни условия, при които стоманата иначе би се трансформирала при употреба. Това е незадължителна обработка, специфична за приложението, а не стандартна производствена стъпка и трябва да бъде последвана от проверка дали изискваната устойчивост на корозия и пластичност все още са изпълнени, тъй като образуването на мартензит намалява пластичността и корозионните характеристики.

Резюме на параметрите на процеса

Процес	температура	Време на задържане	Охлаждане	Цел
Отгряване на разтвора	1050-1150 C	1-5 min/mm	Закаляване с вода или бързо охлаждане с въздух	Разтворете карбидите, възстановете устойчивостта на корозия
Облекчаване на стреса	300-500 C	1-2 h	Бавно въздушно охлаждане	Намаляване на остатъчния стрес, без сенсибилизация
Ярко отгряване	1050-1150 C	На дебелина на секция	Контролирано охлаждане в H2 или Ar/H2	Ярка повърхност-без оксиди
Криогенно лечение	-70 до -196 C	1-4 часа накисване	Бавно загряване-до стайна температура	Стабилност на размерите, мартензитно преобразуване

Основни предпазни мерки

Никога не дръжте 316 в диапазона на чувствителност от 450-850 C по време на нагряване или охлаждане и не използвайте облекчаване на напрежението в този диапазон. След всяка операция при висока -температура, потвърдете чрез проверка или документация, че материалът е бил закален бързо през обхвата на сенсибилизация. Защитете повърхността от замърсяване с въглерод, прах от шлайфане и замърсяване с желязо преди отгряване и ецване или пасивиране след обработка, ако повърхността е окислена или замърсена. За силно студено-обработени части извършете окончателно отгряване с разтвор, вместо облекчаване на напрежението при ниска температура, когато се изисква максимална устойчивост на корозия.

Често задавани въпроси

Въпрос: Може ли неръждаема стомана 316 да бъде закалена чрез топлинна обработка?

A: No. 316 е аустенит и не може да бъде втвърден чрез закаляване и отвръщане; силата се увеличава само чрез студена обработка.

Въпрос: Каква температура се използва за отгряване на 316?

A: Отгряването на разтвора се извършва при 1050-1150 C, последвано от бързо охлаждане, обикновено закаляване с вода.

Въпрос: Защо 316 трябва да се охлажда бързо след отгряване?

A: Бързото охлаждане предотвратява утаяването на хромен карбид по границите на зърната в диапазона 450-850 C. Бавното охлаждане през този диапазон би повишило чувствителността на стоманата и би унищожило нейната устойчивост на корозия.

Въпрос: Може ли 316 да бъде облекчен от напрежението, без да загуби устойчивост на корозия?

О: Да, чрез нагряване до 300-500 C за 1-2 часа. Този диапазон е под прага на чувствителност, така че устойчивостта на корозия се запазва.

В: Каква е разликата между яркото отгряване и нормалното отгряване?

О: Яркото отгряване се извършва в защитна водородна или аргон-водородна атмосфера, като се получава светла повърхност без-окиси, докато нормалното отгряване във въздуха образува котлен камък, който трябва да се отстрани чрез ецване.

Въпрос: Необходимо ли е криогенно третиране за 316?

О: Само при специални приложения, изискващи стабилност на размерите или повишена устойчивост на износване. Стандартното производство използва отгряване в разтвор; криогенната обработка е незадължителна допълнителна стъпка, проверена спрямо изискваната пластичност и корозионни характеристики.

Често задавани въпроси

Q1. Защо термичната обработка е важна за 316, ако не може да се втвърди?
316 (UNS S31600, EN 1.4401) не може да се втвърди чрез термична обработка, но всеки термичен цикъл трябва да поддържа хрома и молибдена в твърд разтвор и да избягва диапазона от 450-850 C, където хромните карбиди се утаяват и унищожават устойчивостта на корозия; правилно приложените обработки възстановяват пасивния филм, омекотяват студено обработения материал и облекчават остатъчното напрежение.

Q2. Колко дълго трябва да се държи 316 по време на отгряване на разтвор?
Приблизително 1 до 5 минути на милиметър дебелина на сечението при 1050-1150 C са достатъчни за пълното разтваряне на карбидите и съставките на сигма-фазата, последвано от бързо охлаждане, обикновено закаляване с вода, така че въглеродът да остане в свръхнаситен разтвор.

Q3. Защо атмосферата в пещта трябва да се контролира по време на отгряване?
Атмосферата трябва да е леко оксидираща или неутрална, тъй като редуциращата атмосфера може да причини поемане на въглерод и сенсибилизация при по-късна експозиция; повърхностното замърсяване с въглерод, прах от шлайфане или желязо също трябва да бъде предотвратено преди отгряване.

Q4. Какво прави криогенното третиране с 316?
Охлаждането до -70 до -196 C и задържането за 1-4 часа насърчава превръщането на нестабилния аустенит в мартензит, подобрявайки стабилността на размерите на прецизно обработените части и увеличавайки твърдостта и устойчивостта на износване, но е специфично за приложението и трябва да бъде последвано от проверка дали пластичността и устойчивостта на корозия все още са изпълнени.

Q5. Кога се прилага облекчаване на стреса към 316?
Освобождаване на напрежението при 300-500 C за 1-2 часа, последвано от бавно въздушно охлаждане, се прилага към заварени компоненти, машинно обработени части и съдове, които по-късно ще бъдат изложени на хлориди, където високото остатъчно напрежение на опън може да насърчи корозионно напукване при хлориден стрес; този диапазон остава доста под прага на чувствителност.