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(guò)沉淀硬化(又稱時(shí)效硬化)處理使其硬(強(qiáng))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(qiáng)度較低；馬氏體不銹鋼的強(qiáng)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(diǎn)，兼有奧氏體不銹鋼的耐蝕性和馬氏體不銹鋼的高強(qiáng)度。沉淀硬化不銹鋼是20世紀(jì)40年代以來(lái)，為適應(yīng)航空、航天工業(yè)迅速發(fā)展的需要而開(kāi)發(fā)的鋼種，其化學(xué)成分一般不超過(guò)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(guò)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)度達(dá)到超高強(qiáng)度鋼的水平，而且有較高的高溫強(qiáng)度。因此，廣泛應(yīng)用于既需要高強(qiáng)度，又要求高耐蝕性和抗氧化性的零部件，如航空發(fā)動(dòng)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(qiáng)度鍛件、高壓系統(tǒng)的閥門(mén)部件等。

　　沉淀硬化不銹鋼兼有強(qiáng)度高、耐蝕性好的特點(diǎn)。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(shí)效溫度密切相關(guān)。

　　微細(xì)相的析出或時(shí)效反應(yīng)對(duì)耐腐蝕性有害，但能提高鋼的強(qiáng)度和硬度。若進(jìn)行過(guò)時(shí)效處理，則對(duì)耐蝕性有益，但會(huì)降低鋼的強(qiáng)度。

　　沉淀硬化不銹鋼屬于高強(qiáng)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(kāi)裂，因?yàn)檫@兩種腐蝕形式對(duì)高強(qiáng)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(shí)效不銹鋼。它們是利用熱處理后時(shí)效析出Cu、Al、Ti、Nb等的金屬化合物來(lái)提高材料的強(qiáng)度。

　　這種類型鋼的主要特點(diǎn)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(guò)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(guò)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(guò)沉淀硬化處理使其具有高的強(qiáng)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(shí)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(shí)效處理產(chǎn)生沉淀硬化來(lái)提高鋼的強(qiáng)度和硬度，與半奧氏體沉淀硬化不銹鋼相比，其強(qiáng)化機(jī)理相同，但熱處理工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)改變時(shí)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(méi)有相變過(guò)程，只有通過(guò)時(shí)效處理析出金屬間化合物達(dá)到強(qiáng)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(guò)時(shí)效處理，進(jìn)行沉淀硬化來(lái)達(dá)到更高的強(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(shí)，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(lái)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(shí)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(shí)效鋼

　　馬氏體時(shí)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(guò)時(shí)效處理析出金屬間化合物而達(dá)到高強(qiáng)度。

　　馬氏體時(shí)效鋼因無(wú)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(duì)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(shí)效鋼利用固溶和時(shí)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(qiáng)度不銹鋼。

　　屬于馬氏體時(shí)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(qiáng)度卻是06Cr18Nil0鋼的3倍。

　　由于沉淀硬化不銹鋼在時(shí)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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