沉淀硬化型不銹鋼介紹

　　沉淀硬化型不銹鋼基體為奧氏體或馬氏體組織，通過沉淀硬化(又稱時效硬化)處理使其硬(強)化的不銹鋼，稱為沉淀硬化型不銹鋼。

　　奧氏體和鐵素體不銹鋼有良好的耐蝕性，但強度較低；馬氏體不銹鋼的強度高，但耐蝕性較差。沉淀硬化不銹鋼綜合了這幾類鋼的特點，兼有奧氏體不銹鋼的耐蝕性和馬氏體不銹鋼的高強度。沉淀硬化不銹鋼是20世紀(jì)40年代以來，為適應(yīng)航空、航天工業(yè)迅速發(fā)展的需要而開發(fā)的鋼種，其化學(xué)成分一般不超過18—8型奧氏體不銹鋼種的Cr、Ni含量，碳含量低(一般低于0.10％)，通過添加硬化元素(鋁、銅、鉬、鈦和鈮等)，在最終形成馬氏體后，經(jīng)時效處理，析出金屬間化合物(Ni3A1、Ni3Ti)和某些少量碳化物以產(chǎn)生沉淀硬化。與普通馬氏體不銹鋼相比它具有更高的強度，更好的焊接性、韌性、冷加工成形性和耐蝕性等。某些沉淀硬化不銹鋼的強度達(dá)到超高強度鋼的水平，而且有較高的高溫強度。因此，廣泛應(yīng)用于既需要高強度，又要求高耐蝕性和抗氧化性的零部件，如航空發(fā)動機(jī)的低壓渦輪軸、導(dǎo)向葉片、工作葉片、風(fēng)扇框架、燃燒室部件以及石油化工、船舶、核反應(yīng)堆、汽輪機(jī)、高強度鍛件、高壓系統(tǒng)的閥門部件等。

　　沉淀硬化不銹鋼兼有強度高、耐蝕性好的特點。其耐蝕性不但與化學(xué)成分有關(guān)，還與熱處理有關(guān)，特別是與時效溫度密切相關(guān)。

　　微細(xì)相的析出或時效反應(yīng)對耐腐蝕性有害，但能提高鋼的強度和硬度。若進(jìn)行過時效處理，則對耐蝕性有益，但會降低鋼的強度。

　　沉淀硬化不銹鋼屬于高強度不銹鋼，在工業(yè)應(yīng)用中要特別注意氫裂和應(yīng)力腐蝕開裂，因為這兩種腐蝕形式對高強度和內(nèi)部組織特別敏感。

　　沉淀硬化不銹鋼按其組織特征可分為以05Crl7Ni4Cu4Nb(630)為代表的馬氏體型沉淀硬化鋼、以06Crl5Ni25Ti2MOAlVB為代表的奧氏體沉淀硬化不銹鋼、以07Crl7Ni7AI(631)和07Crl5Ni7M02Al(632)為代表的半奧氏體型沉淀硬化鋼和以022Crl2Nil0A1Ti為代表的馬氏體時效不銹鋼。它們是利用熱處理后時效析出Cu、Al、Ti、Nb等的金屬化合物來提高材料的強度。

　　這種類型鋼的主要特點是不銹鋼可借助于熱處理工藝調(diào)整其性能，使其在鋼的成形、設(shè)備制造過程中處于易加工和易成形的組織狀態(tài)。半奧氏體沉淀硬化不銹鋼是通過馬氏體相變和沉淀硬化的，奧氏體、馬氏體沉淀硬化不銹鋼是通過沉淀硬化處理使其具有高的強度和良好的韌性。

　　(1)馬氏體沉淀硬化不銹鋼

　　馬氏體沉淀硬化不銹鋼，其代表鋼種有05Crl7Ni5Cu4Nb(XM一12)、05Crl7Ni4Cu4Nb(630)等，這類鋼經(jīng)固溶處理后，在室溫時為低碳馬氏體組織。該類鋼雖然比普通馬氏體不銹鋼易于加工，但不如半奧氏體沉淀硬化不銹鋼，并且較難進(jìn)行深度冷加工成形。馬氏體沉淀硬化不銹鋼經(jīng)時效處理產(chǎn)生沉淀硬化來提高鋼的強度和硬度，與半奧氏體沉淀硬化不銹鋼相比，其強化機(jī)理相同，但熱處理工藝簡單，通過改變時效溫度，可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)調(diào)整鋼的力學(xué)性能。其耐蝕性可接近18—8型奧氏體不銹鋼，比普通馬氏體不銹鋼優(yōu)越。

　　(2)奧氏體沉淀硬化不銹鋼

　　奧氏體沉淀硬化不銹鋼的代表鋼種是06Crl5Ni25Ti2MOAlVB(660)以及10Crl7Nil0P。該類鋼沒有相變過程，只有通過時效處理析出金屬間化合物達(dá)到強化的目的。與其他類型沉淀硬化不銹鋼相比，奧氏體沉淀硬化不銹鋼的耐蝕性高，加工性能好。

　　(3)半奧氏體沉淀硬化不銹鋼

　　半奧氏體沉淀硬化不銹鋼的代表鋼種有07Crl7Ni7A!(631)、07Crl5Ni7M02AI(632)。該類鋼中均含有15％--~170的Cr，并含有Ni、Mo等元素，因此具有足夠的不銹性，而且其耐蝕性在一些介質(zhì)中與18—8型奧氏體不銹鋼相當(dāng)或相近。該類鋼一般以固溶狀態(tài)供貨，其金相組織基本為奧氏體，并含有5％～20%的鐵素體。奧氏體塑性好，容易進(jìn)行冷加工成形和焊接，待加工成形后再進(jìn)行特殊的中間處理，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞捡R氏體，并通過時效處理，進(jìn)行沉淀硬化來達(dá)到更高的強度。

　　07Crl5Ni7M02A1(632)鋼的綜合性能優(yōu)于07Crl7Ni7A1(631)鋼，因此在化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用較廣，主要用于制造耐蝕性好并且具有高強度的各種容器、管道、彈簧等，其耐蝕性優(yōu)于馬氏體不銹鋼、馬氏體沉淀硬化不銹鋼和馬氏體時效鋼。

　　在固溶狀態(tài)下，07Crl7Ni7A1(631)和07Crl5Ni7M02A1(632)鋼具有奧氏體組織結(jié)構(gòu)時，能夠承受冷加工變形，但是這兩種鋼都具有冷加工硬化傾向，因此冷軋、冷沖壓等都應(yīng)采用少道次、大壓下量、增加多次中間固溶處理的工藝方法來進(jìn)行加工。熱加工較容易，合適的加工溫度為950~"1150~C。半奧氏體沉淀硬化不銹鋼的熱處NT_藝較為復(fù)雜，且要求非常嚴(yán)格。只有按照規(guī)定的工藝規(guī)范(溫度、時間、冷卻速度)予以控制，才能獲得較佳的力學(xué)性能。該類鋼焊接性良好，可采用電弧焊、氬弧焊，焊前不需預(yù)熱，焊后需進(jìn)行固溶退火處理。

　　(4)馬氏體時效鋼

　　馬氏體時效鋼的碳含量很低，一般不大于0．03％，甚至達(dá)到了高純化。通常是以馬氏體狀態(tài)供貨的，具有優(yōu)良的塑性、韌性和冷加工成形性(冷變形量可達(dá)80Ne,k)，它是通過時效處理析出金屬間化合物而達(dá)到高強度。

　　馬氏體時效鋼因無鐵素體(δ相)和碳化物析出等原因，在某些環(huán)境介質(zhì)條件下對應(yīng)力腐蝕敏感，但比普通馬氏體不銹鋼和馬氏體沉淀硬化不銹鋼的性能優(yōu)越得多。

　　馬氏體時效鋼利用固溶和時效產(chǎn)生馬氏體相變，以及超低碳馬氏體和金屬間化合物等相結(jié)合的方法，獲得了優(yōu)良的綜合力學(xué)性能和工藝(包括焊接)性能，并兼有一定的耐蝕性，已成為析出硬化型不銹鋼的發(fā)展方向，并成為正在發(fā)展中的新一代高強度不銹鋼。

　　屬于馬氏體時效鋼的有022(Cr16Ni6MoCu和022Crl4Ni6Mo2Al等。022Cr16Ni6MoCuNb鋼的耐蝕性相當(dāng)于06Cr18NilO奧氏體不銹鋼，其強度卻是06Cr18Nil0鋼的3倍。

　　由于沉淀硬化不銹鋼在時效狀態(tài)下使用，通常鋼中有碳化鉻及金屬間相析出，硬度較高，適于制造承受腐蝕和磨損的零部件。

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