鐵素(su)體不銹鋼和奧氏體不銹鋼有較好的耐腐蝕性,但是,不能通過熱處理方法調整機械性能,在應用上受到限制。馬氏體不銹鋼可以通過熱處理方法在較大范圍內調整機械性能,滿足強度、塑性、韌性的需要,但是,其耐腐蝕性卻不夠理想。所以人們在實踐中希望尋找到一種新型不銹鋼,它即能保持鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性,又具有馬氏體不銹鋼可通過熱處理方法調整機械性能的特征。
于是,沉淀硬(ying)(ying)化不銹鋼最初與20世紀(ji)40年(nian)代研制出(chu)來,是增加耐腐蝕性并(bing)通過沉淀硬(ying)(ying)化來提供強(qiang)度的(de)(de)(de)高強(qiang)度不銹鋼,被用(yong)(yong)于彈簧(huang)、飛機、火箭(jian)等。早在1934年(nian)美國(guo)人獲(huo)得(de)了(le)沉淀硬(ying)(ying)化不銹鋼專(zhuan)利(li),20世紀(ji)40年(nian)代正式用(yong)(yong)于軍(jun)工(gong),后期推廣到民用(yong)(yong)。它們最重要的(de)(de)(de)性能,就是易于加工(gong)、高的(de)(de)(de)強(qiang)度、較好的(de)(de)(de)延性和優異(yi)的(de)(de)(de)耐腐蝕性能。
20世紀(ji)60年代以后,一方面由于(yu)鋼種系列化,標(biao)準(zhun)化;另一方面由于(yu)國(guo)際(ji)鎳公司成(cheng)功研制出馬氏體時效鋼,客觀上推(tui)動了(le)沉淀硬化不銹鋼強韌性(xing)的改善和提(ti)高(gao),刺(ci)激了(le)超(chao)高(gao)強度不銹鋼的發展,在(zai)利用其特(te)殊性(xing)能的各種用途中(zhong),它們就(jiu)越來越顯得重要。
沉淀(dian)硬化(hua)(hua)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)一般按其組織形態可分(fen)為(wei)四類:沉淀(dian)硬化(hua)(hua)馬(ma)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)、沉淀(dian)硬化(hua)(hua)半奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)、沉淀(dian)硬化(hua)(hua)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)、奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)-鐵(tie)素體(ti)(ti)型(xing)沉淀(dian)硬化(hua)(hua)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)。
常用的沉(chen)淀硬化不銹鋼常冠以(yi)“PH”標注,所以(yi)沉(chen)淀硬化不銹鋼也成為PH不銹鋼。如PH17-4(或(huo)17-4PH)為0Cr17Ni4Cu4Nb , PH17-7(或(huo)17-7PH)為0Cr17Ni7Al。在我(wo)過現有(you)標準中(zhong)列(lie)出0Cr17Ni4Cu4Nb同(tong)馬氏體(ti)沉(chen)淀硬化不銹鋼,0Cr17Ni7Al屬于奧(ao)氏體(ti)沉(chen)淀硬化不銹鋼。
1. 沉淀硬化馬氏體不(bu)銹鋼
從用量(liang)上,馬氏體型沉淀硬(ying)(ying)化不銹鋼比其(qi)他類型使用得(de)更多。由(you)于它們(men)在(zai)(zai)固溶-退火狀(zhuang)(zhuang)態的硬(ying)(ying)度較高,它們(men)主要以棒材(cai)、圓材(cai)、線材(cai)和(he)大(da)型鍛件的形(xing)式(shi)使用,只有極少量(liang)用作(zuo)板(ban)材(cai)。對這(zhe)些合(he)金(jin)中奧氏體和(he)鐵素體是這(zhe)樣來平衡的,即在(zai)(zai)固溶熱處理和(he)冷卻至室(shi)溫后,它們(men)呈現馬氏體狀(zhuang)(zhuang)態。
自20世(shi)紀40年代(dai)以來,馬氏(shi)體(ti)沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)(bu)銹鋼已(yi)經發(fa)展(zhan)成為(wei)完整(zheng)的(de)系列(lie)。為(wei)保證獲得良好(hao)(hao)的(de)耐(nai)蝕性(xing)和(he)可(ke)焊性(xing),馬氏(shi)體(ti)沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)(bu)銹鋼中(zhong)含(han)碳量(liang)要低,一般在0.1%以下(xia),鉻含(han)量(liang)一般17%以上(shang),并加(jia)入適(shi)量(liang)硬化(hua)元素(鎳、銅、鉬、鈦和(he)鋁等)進行強化(hua),使其在固溶退火處理時不(bu)(bu)形成鐵(tie)素體(ti)和(he)過(guo)量(liang)殘余奧氏(shi)體(ti),不(bu)(bu)降低馬氏(shi)體(ti)開始(shi)轉變溫度,同時能(neng)更好(hao)(hao)發(fa)揮沉(chen)淀(dian)硬化(hua)元素的(de)強化(hua)效應(ying),以彌補強度不(bu)(bu)足,并改善(shan)耐(nai)蝕性(xing)。從(cong)改善(shan)鋼材(cai)(cai)力學(xue)性(xing)能(neng)考慮,必須嚴格控(kong)制化(hua)學(xue)成分以減少鋼中(zhong)鐵(tie)素體(ti)和(he)殘余奧氏(shi)體(ti)含(han)量(liang)。這類鋼具有良好(hao)(hao)的(de)耐(nai)蝕性(xing)和(he)抗氧化(hua)性(xing),但合金(jin)含(han)量(liang)高,價格昂(ang)貴,目前(qian)應(ying)用在火箭和(he)導彈上(shang),作為(wei)蒙(meng)皮材(cai)(cai)料。
2. 沉(chen)淀(dian)硬化半奧氏體不銹鋼
這些合(he)金稱作(zuo)半奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)型,是因(yin)為在退火(固溶(rong)處(chu)理)狀態(tai)下,它們基本是奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti),但通(tong)過簡單的(de)熱處(chu)理或者(zhe)形(xing)變(bian)熱處(chu)理,就(jiu)不(bu)能轉變(bian)為馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)。為了制造這種合(he)金,對奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)和鐵素體(ti)(ti)(ti)之(zhi)間(jian)的(de)平(ping)衡(heng),必須保持非常(chang)嚴格的(de)控制。奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)和(或者(zhe))鐵素體(ti)(ti)(ti)量太(tai)高,奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)將趨穩定(ding),而不(bu)轉變(bian)成馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)。奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)平(ping)衡(heng)值(zhi)太(tai)低,退火狀態(tai)的(de)穩定(ding)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)將部分(fen)存留,或者(zhe)不(bu)能產生完全的(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)轉變(bian)。
3. 沉淀(dian)硬化奧氏體不銹鋼
這是一種添(tian)加碳(tan)、磷(lin)(lin)、氮、鋁、鈦、鈮、釩等元(yuan)素使碳(tan)化物、氮化物、磷(lin)(lin)化物存在奧(ao)氏體(ti)基體(ti)中(zhong)析出(chu)進行強化的鋼(gang)種,利用(yong)了(le)與耐熱鋼(gang)相同(tong)的硬(ying)化機制。與奧(ao)氏體(ti)的不同(tong)之處在于通過不同(tong)類型沉淀(dian)相使其(qi)獲得不同(tong)高溫溫度的力學(xue)性能(neng)。
4. 奧氏體-鐵素(su)體型(xing)沉淀硬化不銹鋼(gang)
這(zhe)類鋼(gang)的基(ji)體組(zu)(zu)織為奧氏體和鐵素體兩相組(zu)(zu)織,添加(jia)的沉(chen)淀(dian)硬化合金(jin)元素的特點是易(yi)溶(rong)于奧氏體而不易(yi)溶(rong)于鐵素體,在固溶(rong)處理時過于溶(rong)于鐵素體中(zhong),在時效(xiao)處理時從鐵素體中(zhong)析出(chu),使鋼(gang)得到強化,為了保證這(zhe)類鋼(gang)中(zhong)鐵素體的穩(wen)定(ding)性(xing)(xing),較多(duo)地加(jia)入了硅、鉬元素。這(zhe)類鋼(gang)熱加(jia)工性(xing)(xing)不好,多(duo)作為鑄件使用。