304不锈钢蒸发器管光亮热处理的研究论文_丁有治,张强,杨钘超,杨雅超,吕川,周焕军

摘要：为实现304不锈钢蒸发器的光亮热处理，对小型网带加热炉施加保护气氛，通过多组工艺参数的组合试验，确定了混合气体流量4.5～5.0m3/h、压力0.2MPa；热处理温度1040～1060℃；保温时间30min；网带速度为180mm/min的工艺参数。并探讨了加热温度与保温时间对蒸发器组织性能影响。

关键词：304不锈钢；蒸发器；光亮热处理

Abstract：For carrying out the bright heat treatment of 304 stainless steel condenser，a protective atmosphere was applied to the small screen heating furnace. The mixed gas flow rate of 4.5 ～ 5.0 m3/h and pressure of 0.2 MPa were determined through the combination test of several groups of process parameters.Heat treatment temperature：1040 ～ 1060℃；Holding time 30 min；Process parameters with speed of 180 mm/min.The influence of heating temperature and holding time on the microstructure of condenser was discussed.

Key words：304 stainless steel；condenser；bright heat treatment

蒸发器是制冷四大件中重要的组件，低温的冷凝液体通过蒸发器，与外界的空气进行热交换，气化吸热，达到制冷的效果。当前，制冷行业均采用白铜蒸发管，但是考虑到重金属离子铜给人体带来的危害，国际上，对于与人的饮食密切相关的蒸发器，不少企业开始研究采用不锈钢代替铜合金。光亮热处理工艺对不锈钢蒸发器的性能具有重要影响。

1 试验材料及方法

1.1试验材料

304不锈钢是应用最为广泛的一种奥氏体不锈钢，因其具有良好的塑性（伸长率≥40%），很适合进行冲压、弯曲等加工方式。而蒸发器是一种管状、多处弯曲特征的产品，见图1，对材料的成型性能有更高的要求，因此用304不锈钢作为蒸发器的替代材料。本实验采用食品级0.5mm壁厚的304不锈钢作为蒸发器加工用材料。

图1 蒸发器产品实物

1.2 试验设备

一般不锈钢做光亮热处理，采用真空热处理或还原保护气氛热处理，考虑到批量生产的应用，本实验所采用的设备为一小型网带加热炉，如图2所示。炉子的保护气氛由氨气分解的氮气和氢气组成，比例可进行人为控制。其中，氢气是炉子生产的还原气氛，用以与炉内的氧结合；氮气作为网带路的吹扫气体，在点炉、停炉或是突发事故时，吹扫炉内的空气或氢气，在正常生产时，氮气对网带路的进出口进行吹扫密封。气氛系统的工作示意图及压力设置见图3。冷室采用冷却水套冷却马弗罐，并利用氮气和氢气混合气强迫冷却，保证不锈钢热处理后的冷却速度。

图2 网带炉结构示意图 图3 保护气氛系统示意图

1.3 光亮热处理工艺

304不锈钢的光亮热处理涉及固溶处理和光亮处理两部分。

（1）固溶处理工艺研究

为了研究固溶处理工艺对不锈钢冷凝管组织的影响，选择了加热温度和加热时间两个因素，工艺曲线及工艺参数如图4，表1所示，其中加热时间依靠调整网带速度控制，加热结束后以55℃/s左右的冷却速度急速将冷凝管冷却至350℃以下。

图4 固溶热处理工艺曲线图

表1 固溶热处理工艺参数

（2）光亮工艺研究

为了研究光亮工艺中保护气氛对不锈钢冷凝管表面的影响，选择了氢气流量因素对不锈钢冷凝管表面光亮的影响。氢气流量按表2控制，为保证压力不变，对混合气体的比例进行控制。

表1 氢气流量工艺参数

2 实验结果及讨论

2.1加热温度与加热时间对不锈钢冷凝器组织性能的影响

冷凝器固溶处理的目的，是去除工件在成型过程中应力，并消除冷加工、焊接等带来的碳偏析的影响。这就要求加热过程中，不锈钢全部转变成奥氏体，并经过快速冷却，获得单相的奥氏体组织，避免在晶界析出Cr23C6为主的碳化物，引起材料敏化，降低工件的耐腐蚀性。

（一）加热温度

在6.5min的加热时间下，不同加热温度的金相组织如图5。

a：1000℃；b：1020℃；c：1040℃；d：1060℃；e：1080℃；f：1100℃；

图5 不同加热温度下304不锈钢的金相组织（保温时间6.5min）

1000℃的加热温度下，组织为奥氏体、少量铁素体以及少量碳化物，由于固溶温度较低，碳化物没有全部溶解，固溶并不充分。加热温度为1020℃时，依然有少量的铁素体和碳化物没有溶解为奥氏体，但是明显可见具有多边形形貌的晶界，这是由于加热过程中再结晶生成奥氏体的缘故。加热温度为1040℃时，碳化物已全部溶解，能明显发现晶粒与晶界线，且奥氏体组织均匀整齐，但依然有少量的铁素体组织。加热温度为1060℃时，金相组织较1040℃加热温度更加均匀，晶界线更加明显，只有微量的片状铁素体组织。加热温度为1080℃和1100℃时，组织的均匀性进一步提高，但是晶粒较加热温度1060℃明显粗化。

（二）加热时间

在1060℃的加热温度下，不同加热时间的金相组织如图6。

a：3min；b：6.5min；c：10min

图6 不同加热时间下304不锈钢的金相组织（加热温度1060℃）

加热时间为3min时，能分辨出晶界线，组织未溶解为单相，有铁素体和少量碳化物。加热时间为6.5min时，晶界线更加明显，只有微量的片状铁素体组织。但是当加热时间为10min时，铁素体和碳化物又开始增多，笔者认为，这可能是奥氏体晶粒过大后急速冷却导致。

综上，工件经过1060℃的加热温度和6.5min的加热时间处理后，铁素体与碳化物几乎全部溶解到奥氏体中，与其他加热温度相比，具有更理想的晶粒尺寸，且组织一致性较好。

2.2氢气流量对不锈钢冷凝器表面的影响

结合试验结果分析，冷凝管光亮热处理后，微区未出现大面积碳化物析出，如图5所示。对304冷凝器表面能谱分析，光亮热处理后，表面未发生成分变化。

图5 光亮热处理后样品表面及能谱

3、结论

（1）为避免304奥氏体不锈钢在敏化区间碳化物析出，需通入一定量的混合气快冷；

（2）光亮热处理工艺参数为：混合气体流量4.5～5.0m3/h、压力0.2MPa；热处理温度1040～1060℃；保温时间30min；网带速度为180mm/min。

（3）光亮热处理后，不锈钢蒸发器表面无成分变化，表面光亮，不需要再进行处理。

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论文作者:丁有治,张强,杨钘超,杨雅超,吕川,周焕军

论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期

论文发表时间:2020/4/7

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