丁有治，張強(qiáng)，楊钘超，楊雅超，呂川，周煥軍

（新昌縣長(zhǎng)城空調(diào)部件股份有限公司，浙江 紹興 312500）

蒸發(fā)器是制冷四大件中重要的組件，低溫的冷凝液體通過蒸發(fā)器，與外界的空氣進(jìn)行熱交換，氣化吸熱，達(dá)到制冷的效果。當(dāng)前，制冷行業(yè)均采用白銅蒸發(fā)管，但是，考慮到重金屬離子銅給人體帶來的危害，國(guó)際上，對(duì)于與人的飲食密切相關(guān)的蒸發(fā)器，不少企業(yè)開始研究采用不銹鋼代替銅合金。光亮熱處理工藝對(duì)不銹鋼蒸發(fā)器的性能具有重要影響。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

304不銹鋼是應(yīng)用最廣泛的一種奧氏體不銹鋼，因其具有良好的塑性（伸長(zhǎng)率≥40%），很適合進(jìn)行沖壓、彎曲等加工方式。而蒸發(fā)器是一種管狀、多處彎曲特征的產(chǎn)品，見圖1，對(duì)材料的成型性能有更高的要求，因此，用304不銹鋼作為蒸發(fā)器的替代材料。本實(shí)驗(yàn)采用食品級(jí)0.5mm壁厚的304不銹鋼作為蒸發(fā)器加工用材料。

圖1 蒸發(fā)器產(chǎn)品實(shí)物

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

一般不銹鋼做光亮熱處理，采用真空熱處理或還原保護(hù)氣氛熱處理，考慮到批量生產(chǎn)的應(yīng)用，本實(shí)驗(yàn)所采用的設(shè)備為一小型網(wǎng)帶加熱爐。爐子的保護(hù)氣氛由氨氣分解的氮?dú)夂蜌錃饨M成，比例可進(jìn)行人為控制。其中，氫氣是爐子生產(chǎn)的還原氣氛，用以與爐內(nèi)的氧結(jié)合；氮?dú)庾鳛榫W(wǎng)帶路的吹掃氣體，在點(diǎn)爐、停爐或是突發(fā)事故時(shí)，吹掃爐內(nèi)的空氣或氫氣，在正常生產(chǎn)時(shí)，氮?dú)鈱?duì)網(wǎng)帶路的進(jìn)出口進(jìn)行吹掃密封。

冷室采用冷卻水套冷卻馬弗罐，并利用氮?dú)夂蜌錃饣旌蠚鈴?qiáng)迫冷卻，保證不銹鋼熱處理后的冷卻速度。

1.3 光亮熱處理工藝

304不銹鋼的光亮熱處理涉及固溶處理和光亮處理兩部分。

（1）固溶處理工藝研究。為了研究固溶處理工藝對(duì)不銹鋼冷凝管組織的影響，選擇了加熱溫度和加熱時(shí)間兩個(gè)因素，工藝曲線及工藝參數(shù)如圖2，表1所示，其中加熱時(shí)間依靠調(diào)整網(wǎng)帶速度控制，加熱結(jié)束后，以55℃/s左右的冷卻速度急速將冷凝管冷卻至350℃以下。

圖2 固溶熱處理工藝曲線圖

表1 固溶熱處理工藝參數(shù)

（2）光亮工藝研究。為了研究光亮工藝中保護(hù)氣氛對(duì)不銹鋼冷凝管表面的影響，選擇了氫氣流量因素對(duì)不銹鋼冷凝管表面光亮的影響。氫氣流量按表2控制，為保證壓力不變，對(duì)混合氣體的比例進(jìn)行控制。

表2 氫氣流量工藝參數(shù)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 加熱溫度與加熱時(shí)間對(duì)不銹鋼冷凝器組織性能的影響

冷凝器固溶處理的目的，是去除工件在成型過程中的應(yīng)力，并消除冷加工、焊接等帶來的碳偏析的影響。這就要求加熱過程中，不銹鋼全部轉(zhuǎn)變成奧氏體，并經(jīng)過快速冷卻，獲得單相的奧氏體組織，避免在晶界析出Cr23C6為主的碳化物，引起材料敏化，降低工件的耐腐蝕性。

2.1.1 加熱溫度

1000℃的加熱溫度下，組織為奧氏體、少量鐵素體以及少量碳化物，由于固溶溫度較低，碳化物沒有全部溶解，固溶并不充分。加熱溫度為1020℃時(shí)，依然有少量的鐵素體和碳化物沒有溶解為奧氏體，但是，明顯可見具有多邊形形貌的晶界，這是由于加熱過程中再結(jié)晶生成奧氏體的緣故。加熱溫度為1040℃時(shí)，碳化物已全部溶解，能明顯發(fā)現(xiàn)晶粒與晶界線，且奧氏體組織均勻整齊，但依然有少量的鐵素體組織。加熱溫度為1060℃時(shí)，金相組織較1040℃加熱溫度更加均勻，晶界線更加明顯，只有微量的片狀鐵素體組織。加熱溫度為1080℃和1100℃時(shí)，組織的均勻性進(jìn)一步提高，但是，晶粒較加熱溫度1060℃明顯粗化，且在1100℃時(shí)，有少量的鐵素體和碳化物。

2.1.2 加熱時(shí)間

加熱時(shí)間為3min時(shí)，能分辨出晶界線，組織未溶解為單相，有鐵素體和少量碳化物。加熱時(shí)間為6.5min時(shí)，晶界線更加明顯，只有微量的片狀鐵素體組織。但是，當(dāng)加熱時(shí)間為10min時(shí)，鐵素體和碳化物又開始增多。

綜上，工件經(jīng)過1060℃的加熱溫度和6.5min的加熱時(shí)間處理后，鐵素體與碳化物幾乎全部溶解到奧氏體中，與其他加熱溫度相比，具有更理想的晶粒尺寸，且組織一致性較好。

2.2 氫氣流量對(duì)不銹鋼冷凝器表面的影響

氫氣的壓力保持0.2MPa不變，通入的流量分別為3 m3/h、4.5 m3/h、6 m3/h時(shí)，其表面如圖3。

圖3 不同氫氣流量下304不銹鋼的表面情況

在氫氣的流量分別為3.0m3/h時(shí)，不銹鋼表面呈墨綠色，說明不銹鋼表面已經(jīng)被氧化。在氫氣的流量增加到4.5m3/h時(shí)，不銹鋼表面光亮，沒有被氧化，說明此時(shí)爐內(nèi)氧已被氫氣充分還原。在氫氣的流量增加到5.0m3/h時(shí)，不銹鋼表面也是呈現(xiàn)光亮。綜上，在壓力保持不變的情況下，在氫氣的流量增加到4.5m3/h時(shí)，不銹鋼表面光亮，考慮到經(jīng)濟(jì)因素，氫氣流量控制在4.5～5.0m3/h較為合理。

2.3 討論

2.3.1 加熱溫度

鉻的碳化物的分解固溶，與加熱溫度有相當(dāng)重要的關(guān)系，在1000～1080℃范圍內(nèi)，隨著加熱溫度的升高，碳化物從部分固溶到基本全部固溶。但是，在1060～1100℃時(shí)，隨著加熱溫度的升高，奧氏體晶粒開始粗化，且又發(fā)現(xiàn)了少量的碳化物。眾所周知，加熱溫度的升高，可以提高碳在奧氏體中的固溶度，有資料顯示，304不銹鋼在600℃時(shí)，碳的固溶度為0.02%，1000℃時(shí)為0.18%，1200℃時(shí)為0.34%，但是為什么在1100℃時(shí)，金相顯示又有碳化物出現(xiàn)呢？筆者認(rèn)為，在奧氏體晶粒粗大時(shí)，晶界的表明積會(huì)減少，因而在晶界上，碳化物的析出密度就會(huì)增高，相比1060℃時(shí)，碳化物析出的時(shí)間要更短、更早。

2.3.2 加熱時(shí)間

雖然在1000℃以上時(shí)，碳的固溶度達(dá)到0.18%，但是，仍然需要一定的時(shí)間保證碳全部溶解。當(dāng)然，隨著時(shí)間的增加，奧氏體也會(huì)出現(xiàn)粗化現(xiàn)象，所以在1060℃×10min工藝情況下，顯微組織也發(fā)現(xiàn)了析出的碳化物。

2.3.3 保護(hù)性氣氛

氫氣作為保護(hù)氣氛，可以保護(hù)不銹鋼冷凝器避免氧化、脫碳，且氫氣是一種還原性氣氛，能把冷凝器表面的氧化膜還原，從而使冷凝器表面更加光亮。氫氣的通入量，將直接影響爐內(nèi)的氣氛，若爐內(nèi)未充滿氫氣，則冷凝器表面在高溫下極易氧化，呈現(xiàn)綠色。

3 結(jié)語

（1）304不銹鋼冷凝器最佳熱處理工藝參數(shù)為：加熱溫度1060±10℃；加熱時(shí)間6.5min；網(wǎng)帶速度為180mm/min；

（2）304奧氏體不銹鋼應(yīng)避免長(zhǎng)時(shí)間或1080℃以上加熱，防止出現(xiàn)碳化物析出；

（3）氫氣流量在4.5～5.0m3/h范圍內(nèi)、壓力為0.2MPa時(shí)，不銹鋼冷凝器表面無氧化，表面光亮。