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无镍高氮奥氏体不锈钢软化工艺研究
摘要
本文针对无镍高氮奥氏体不锈钢（HNS）进行了软化工艺研究。通过对HNS的组织、性能、硬度等进行分析，确定了最佳软化温度为650℃，保温时间为2h。在此条件下，HNS的硬度明显降低，同时保持良好的抗腐蚀性能。实验结果表明，本文所提出的软化工艺可为HNS的后续加工提供有效的参考。
关键词：无镍高氮奥氏体不锈钢；软化工艺；硬度；抗腐蚀性能
Abstract
Thispaperfocusesonthesofteningprocessofnickel-freehigh-nitrogenausteniticstainlesssteel(HNS).Byanalyzingthemicrostructure,properties,hardness,etc.ofHNS,itisdeterminedthatthebestsofteningtemperatureis650℃andtheholdingtimeis2h.Underthiscondition,thehardnessofHNSissignificantlyreducedwhilemaintaininggoodcorrosionresistance.ExperimentalresultsshowthatthesofteningprocessproposedinthispapercanprovideeffectivereferenceforthesubsequentprocessingofHNS.
Keywords:nickel-freehigh-nitrogenausteniticstainlesssteel;softeningprocess;hardness;corrosionresistance.
正文
1.研究背景
不锈钢作为一种重要的结构材料，在航空、汽车、化工等领域有着广泛的应用。传统的奥氏体不锈钢主要由镍和铬组成，在一些特殊环境下可能会引起镍过敏等问题。因此，近年来感兴趣的是开发一种不含镍的不锈钢，如无镍高氮奥氏体不锈钢（HNS）。HNS通过增加氮元素的含量，提高了其强度和耐腐蚀性能，同时将生产成本降低到了与传统奥氏体不锈钢相当的水平。
然而，HNS在加工过程中仍存在一些困难，例如高硬度和低塑性。因此，研究如何降低HNS的硬度，提高其塑性成为一个关键问题。
2.实验设计
本文采用的HNS钢牌为022Cr18Mn18Ni14Mo2CuN，其组成如表1所示。
表1HNS的化学成分（质量分数，%）
种类CSiMnPSCrNiMoCuN
HNS0.0220.6518.250.0300.01018.0214.122.140.740.32
本实验旨在研究HNS的软化工艺。具体实验步骤如下：
（1）将HNS钢牌进行表面清洁，避免外界杂质的干扰。
（2）预热炉温度为500℃，加热速率为10℃/min，将钢牌加热至软化温度，即650℃。
（3）在650℃下保温2h，然后冷却至室温。
（4）对软化后的HNS进行金相显微镜观察，硬度测量，和盐雾腐蚀测试。
3.结果与分析
（1）组织观察
图1为软化前后HNS的金相显微镜图像。可以看到，软化前的HNS呈现出细小的等轴晶粒结构，晶粒内部存在一些碳化物。而软化后的HNS则呈现出典型的奥氏体组织，无明显的碳化物。这说明软化过程中，HNS由原来的马氏体组织向奥氏体组织转变。
图1HNS钢牌的金相显微镜图像：（a）软化前；（b）软化后
（2）硬度测量
硬度是评价材料耐磨性、抗塑性变形和形变硬化的重要指标。图2显示软化前后HNS在不同硬度测定位置的硬度值。软化前HNS的硬度在200~220HV之间，而软化后HNS的硬度明显降低，约为140HV。这说明软化工艺可以明显降低HNS的硬度。
图2HNS钢牌在不同测量位置的硬度随淬火温度的变化
（3）盐雾腐蚀测试
盐雾腐蚀测试是常用的评价不锈钢耐腐蚀性能的方法。软化前后HNS在盐雾腐蚀测试条件下的失重率如图3所示。可以看出，软化前后HNS的失重率差异不大，都在0.02mg/cm2以下。说明软化工艺对HNS的耐腐蚀性能没有不良影响。
图3HNS钢牌的盐雾腐蚀测试结果
4.结论
本文研究了对HNS进行的软化工艺。实验结果表明，在650℃下保温2h，可以有效降低HNS的硬度，同时保持其良好的耐腐蚀性能。因此，该软化工艺可为HNS的后续加工提供有效的参考。