鐵素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(shi),沉(chen)淀硬化(hua)不銹鋼(gang)最初(chu)與20世紀40年(nian)代(dai)研制(zhi)出來(lai),是(shi)增加耐腐蝕(shi)性并通過沉(chen)淀硬化(hua)來(lai)提(ti)供強度(du)的高強度(du)不銹鋼(gang),被用(yong)(yong)于彈(dan)簧、飛機、火箭等。早(zao)在(zai)1934年(nian)美國人獲得了沉(chen)淀硬化(hua)不銹鋼(gang)專利,20世紀40年(nian)代(dai)正式(shi)用(yong)(yong)于軍工,后(hou)期推(tui)廣到民用(yong)(yong)。它們最重要(yao)的性能,就(jiu)是(shi)易于加工、高的強度(du)、較(jiao)好的延性和優異的耐腐蝕(shi)性能。
20世(shi)紀60年(nian)代以后,一方(fang)面(mian)由(you)于鋼(gang)(gang)種(zhong)系列(lie)化,標準化;另一方(fang)面(mian)由(you)于國際鎳公(gong)司成(cheng)功(gong)研制出馬氏(shi)體時效(xiao)鋼(gang)(gang),客(ke)觀上推動了沉淀硬化不(bu)銹鋼(gang)(gang)強韌(ren)性的(de)(de)改(gai)善和提高,刺激了超高強度不(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)發展,在利用其特(te)殊性能的(de)(de)各種(zhong)用途中,它們(men)就越來越顯(xian)得重要。
沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)化不銹鋼(gang)(gang)一(yi)般按其(qi)組(zu)織形態可分為四類:沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)化馬氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)、沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)化半(ban)奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)、沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)化奧氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)(gang)、奧氏體(ti)(ti)-鐵素體(ti)(ti)型沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)硬(ying)(ying)化不銹鋼(gang)(gang)。
常(chang)用(yong)的沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不(bu)銹(xiu)鋼常(chang)冠(guan)以“PH”標注,所以沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不(bu)銹(xiu)鋼也成為PH不(bu)銹(xiu)鋼。如PH17-4(或(huo)17-4PH)為0Cr17Ni4Cu4Nb , PH17-7(或(huo)17-7PH)為0Cr17Ni7Al。在我過(guo)現有標準中列出0Cr17Ni4Cu4Nb同馬氏(shi)體沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不(bu)銹(xiu)鋼,0Cr17Ni7Al屬于奧氏(shi)體沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不(bu)銹(xiu)鋼。
1. 沉淀(dian)硬(ying)化馬(ma)氏體(ti)不銹鋼
從用(yong)量(liang)上(shang),馬氏(shi)(shi)體型沉(chen)淀硬化不銹鋼比其他類型使用(yong)得更(geng)多。由于它們(men)在固(gu)溶(rong)-退(tui)火狀態(tai)的硬度較高,它們(men)主要(yao)以(yi)棒材(cai)、圓(yuan)材(cai)、線材(cai)和(he)大型鍛件的形式使用(yong),只有極少量(liang)用(yong)作板材(cai)。對這些(xie)合金中(zhong)奧氏(shi)(shi)體和(he)鐵素體是這樣來平衡的,即在固(gu)溶(rong)熱處理和(he)冷卻至室溫(wen)后,它們(men)呈現馬氏(shi)(shi)體狀態(tai)。
自20世紀40年代(dai)以來,馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)已經發(fa)展成(cheng)為(wei)(wei)完整的系列。為(wei)(wei)保證(zheng)獲得良好(hao)(hao)(hao)的耐蝕(shi)性(xing)(xing)和(he)可(ke)焊性(xing)(xing),馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)中含(han)(han)碳(tan)量要低,一般在(zai)(zai)0.1%以下,鉻含(han)(han)量一般17%以上,并(bing)加入適量硬(ying)化(hua)元素(鎳、銅(tong)、鉬、鈦和(he)鋁等)進行(xing)強化(hua),使其在(zai)(zai)固溶退火處(chu)理時不形成(cheng)鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)和(he)過量殘(can)(can)余奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti),不降低馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)開始轉變溫度(du),同時能更(geng)好(hao)(hao)(hao)發(fa)揮沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)元素的強化(hua)效應(ying),以彌(mi)補(bu)強度(du)不足,并(bing)改善(shan)(shan)耐蝕(shi)性(xing)(xing)。從改善(shan)(shan)鋼(gang)(gang)材力學(xue)性(xing)(xing)能考(kao)慮,必(bi)須嚴格控制化(hua)學(xue)成(cheng)分以減(jian)少鋼(gang)(gang)中鐵(tie)素體(ti)(ti)(ti)和(he)殘(can)(can)余奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)含(han)(han)量。這(zhe)類鋼(gang)(gang)具有良好(hao)(hao)(hao)的耐蝕(shi)性(xing)(xing)和(he)抗氧化(hua)性(xing)(xing),但(dan)合(he)金含(han)(han)量高,價(jia)格昂(ang)貴,目前應(ying)用在(zai)(zai)火箭和(he)導彈上,作為(wei)(wei)蒙皮(pi)材料。
2. 沉淀硬(ying)化半奧氏(shi)體不銹鋼
這(zhe)些合(he)金稱作半奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)型,是(shi)(shi)因為在退(tui)火(固溶處理)狀態(tai)下,它們(men)基本是(shi)(shi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti),但通過簡單(dan)的熱(re)處理或者(zhe)形變(bian)熱(re)處理,就不能轉變(bian)為馬氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)。為了制造這(zhe)種合(he)金,對奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)和鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)之間的平(ping)衡(heng),必(bi)須保持非常(chang)嚴格的控制。奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)和(或者(zhe))鐵素體(ti)(ti)(ti)(ti)量太高,奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)將趨穩定(ding),而不轉變(bian)成馬氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)。奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)平(ping)衡(heng)值太低,退(tui)火狀態(tai)的穩定(ding)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)將部(bu)分存留,或者(zhe)不能產生完全的馬氏(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)轉變(bian)。
3. 沉淀硬化(hua)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼
這是一種添加(jia)碳、磷、氮(dan)、鋁、鈦、鈮、釩等(deng)元素使碳化物、氮(dan)化物、磷化物存(cun)在奧氏(shi)體(ti)基(ji)體(ti)中析(xi)出進行強化的(de)鋼種,利用了(le)與(yu)(yu)耐熱鋼相同的(de)硬化機制。與(yu)(yu)奧氏(shi)體(ti)的(de)不(bu)(bu)同之處在于(yu)通過不(bu)(bu)同類型沉淀相使其獲得不(bu)(bu)同高溫溫度的(de)力學性能。
4. 奧氏體-鐵素體型沉(chen)淀硬(ying)化不銹鋼
這類鋼(gang)的(de)(de)基(ji)體(ti)(ti)組織(zhi)為奧(ao)氏體(ti)(ti)和鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)兩相組織(zhi),添加的(de)(de)沉(chen)淀硬化合金(jin)元素(su)(su)的(de)(de)特點是易溶(rong)于(yu)奧(ao)氏體(ti)(ti)而(er)不易溶(rong)于(yu)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti),在固溶(rong)處理(li)時(shi)過于(yu)溶(rong)于(yu)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)中(zhong)(zhong),在時(shi)效處理(li)時(shi)從(cong)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)中(zhong)(zhong)析(xi)出,使(shi)鋼(gang)得到強化,為了保證這類鋼(gang)中(zhong)(zhong)鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)的(de)(de)穩(wen)定性(xing)(xing),較多(duo)地加入了硅、鉬元素(su)(su)。這類鋼(gang)熱(re)加工性(xing)(xing)不好(hao),多(duo)作為鑄(zhu)件(jian)使(shi)用。