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(gang)


  奧氏體和鐵素體不銹鋼(gang)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(ao)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40年代以來,為適應航空、航天工業迅速發展的需要而開發的鋼種,其化學成分一般不超過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,經時效處理,析出金屬間化合物(Ni3Al、Ni3Ti)和某些少量碳化物以產生沉淀硬化。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到超高強度鋼的水平,而且有較高的高溫強度。因此,廣泛應用于既需要高強度,又要求高耐蝕性和抗氧化性的零部件,如航空發動機的低壓渦輪軸、導向葉片、工作葉片、風扇框架、燃燒室部件以及石油化工、船舶、核反應堆、汽輪機、高強度鍛件、高壓系統的閥門部件等。


  沉(chen)淀硬化(hua)不銹鋼兼有(you)強(qiang)度(du)高、耐蝕(shi)性(xing)好的特點(dian)。其耐蝕(shi)性(xing)不但與化(hua)學成分有(you)關,還與熱處(chu)理有(you)關,特別(bie)是與時效溫度(du)密(mi)切相關。


  微細(xi)相的(de)析出或時效反應對(dui)(dui)耐腐蝕(shi)性有害,但(dan)(dan)能提高鋼的(de)強(qiang)(qiang)度和硬度。若進行過時效處理,則對(dui)(dui)耐蝕(shi)性有益,但(dan)(dan)會降(jiang)低鋼的(de)強(qiang)(qiang)度。


  沉淀硬化不銹鋼屬于高(gao)強度不銹鋼,在工業應用中要特(te)別注(zhu)意氫裂(lie)和應力腐蝕開裂(lie),因為(wei)這兩(liang)種(zhong)腐蝕形式對高(gao)強度和內部(bu)組織特(te)別敏感。


  沉(chen)淀硬化不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼按其(qi)組織特征可(ke)分為以05Cr17Ni4Cu4Nb(630)為代(dai)(dai)表(biao)的(de)(de)馬氏體(ti)型沉(chen)淀硬化鋼、以06Cr15Ni25Ti2MoA1VB為代(dai)(dai)表(biao)的(de)(de)奧氏體(ti)沉(chen)淀硬化不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼、以07Cr17Ni7Al(631)和07Cr15Ni7Mo2Al(632)為代(dai)(dai)表(biao)的(de)(de)半奧氏體(ti)型沉(chen)淀硬化鋼和以022Cr12Ni10AlTi為代(dai)(dai)表(biao)的(de)(de)馬氏體(ti)時效不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼。它們是(shi)利用熱處理后時效析(xi)出Cu、Al、Ti、Nb等的(de)(de)金(jin)屬化合物來提高材料的(de)(de)強(qiang)度。


  這種類型鋼(gang)的(de)(de)主要特點是(shi)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)可借助于熱處理(li)工藝調整其性能,使其在鋼(gang)的(de)(de)成(cheng)形、設備(bei)制造(zao)過程中處于易加工和(he)(he)易成(cheng)形的(de)(de)組(zu)織(zhi)狀態。半奧氏(shi)體(ti)沉(chen)淀硬化(hua)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)是(shi)通過馬氏(shi)體(ti)相變和(he)(he)沉(chen)淀硬化(hua)的(de)(de),奧氏(shi)體(ti)、馬氏(shi)體(ti)沉(chen)淀硬化(hua)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)是(shi)通過沉(chen)淀硬化(hua)處理(li)使其具有高的(de)(de)強度和(he)(he)良好的(de)(de)韌(ren)性。


1. 馬氏體沉淀硬化不銹鋼


  馬(ma)(ma)氏(shi)體沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),其(qi)代(dai)表(biao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)種有05Cr17Ni5Cu4Nb(XM-12)、05Cr17Ni4Cu4Nb(630)等,這類鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)經(jing)固(gu)溶處理后,在室(shi)溫(wen)時為低碳馬(ma)(ma)氏(shi)體組織。該類鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)雖(sui)然比普(pu)通馬(ma)(ma)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)易于加工,但不(bu)如半奧氏(shi)體沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),并且較難進行(xing)深(shen)度(du)冷加工成形。馬(ma)(ma)氏(shi)體沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)經(jing)時效(xiao)處理產生(sheng)沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)來提高鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的強度(du)和硬(ying)度(du),與半奧氏(shi)體沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)相(xiang)比,其(qi)強化(hua)機理相(xiang)同,但熱處理工藝簡單(dan),通過改變(bian)時效(xiao)溫(wen)度(du),可在相(xiang)當寬的范圍內調整鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的力學性(xing)能。其(qi)耐蝕(shi)性(xing)可接近18-8型奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),比普(pu)通馬(ma)(ma)氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)優越(yue)。


2. 奧(ao)氏(shi)體沉淀硬化(hua)不(bu)銹鋼


  奧氏(shi)體沉淀(dian)硬化(hua)(hua)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)代表鋼(gang)種是06Cr15Ni25Ti2MoAlVB(660)以及10Cr17Ni10P。該類鋼(gang)沒有相變過(guo)程,只有通過(guo)時效(xiao)處理(li)析出金(jin)屬間化(hua)(hua)合物達(da)到強化(hua)(hua)的(de)目的(de)。與其他類型沉淀(dian)硬化(hua)(hua)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)相比,奧氏(shi)體沉淀(dian)硬化(hua)(hua)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)耐(nai)蝕性(xing)高,加工性(xing)能好。


3. 半奧氏體沉淀硬化不銹鋼


  半奧氏(shi)體(ti)(ti)沉淀(dian)(dian)硬化不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的代表鋼(gang)(gang)種有(you)07Cr17Ni7Al(631)、07Cr15Ni7Mo2Al(632)。該類(lei)鋼(gang)(gang)中均(jun)含(han)有(you)15%~17%的Cr,并(bing)(bing)含(han)有(you)Ni、Mo等元素,因此具有(you)足夠的不銹(xiu)性(xing)(xing),而(er)且其耐蝕性(xing)(xing)在一些介質中與18-8型奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)相當或(huo)相近。該類(lei)鋼(gang)(gang)一般以固(gu)溶狀態供貨,其金相組(zu)織基本為(wei)奧氏(shi)體(ti)(ti),并(bing)(bing)含(han)有(you)5%~20%的鐵(tie)素體(ti)(ti)。奧氏(shi)體(ti)(ti)塑性(xing)(xing)好,容易(yi)進行冷加工成形和(he)焊接,待(dai)加工成形后再進行特殊的中間處理(li),使(shi)奧氏(shi)體(ti)(ti)轉變(bian)為(wei)低碳馬氏(shi)體(ti)(ti),并(bing)(bing)通(tong)過時效處理(li),進行沉淀(dian)(dian)硬化來達到更高的強度。


  07Cr15Ni7Mo2Al(632)鋼的綜合性能優(you)于07Cr17Ni7Al(631)鋼,因此在化學工(gong)業中應用較廣(guang),主要用于制造(zao)耐蝕性好并且(qie)具有(you)高強度的各種容器(qi)、管道、彈簧(huang)等,其耐蝕性優(you)于馬(ma)氏體不銹鋼、馬(ma)氏體沉淀硬化不銹鋼和馬(ma)氏體時效鋼。


  在(zai)固(gu)溶狀態下,07Cr17Ni7Al(631)和 07Cr15Ni7Mo2Al(632)鋼具有(you)奧氏體組織(zhi)結(jie)構時,能(neng)夠承(cheng)受冷(leng)(leng)(leng)加工(gong)變形,但是(shi)這兩種(zhong)鋼都具有(you)冷(leng)(leng)(leng)加工(gong)硬(ying)化(hua)傾向,因此(ci)冷(leng)(leng)(leng)軋(ya)、冷(leng)(leng)(leng)沖壓等都應采用少道(dao)次、大壓下量、增加多次中間固(gu)溶處(chu)理(li)的(de)工(gong)藝(yi)方法來進行(xing)加工(gong)。熱加工(gong)較(jiao)容易,合(he)適的(de)加工(gong)溫度為950~1150℃。半奧氏體沉(chen)淀硬(ying)化(hua)不銹鋼的(de)熱處(chu)理(li)工(gong)藝(yi)較(jiao)為復雜,且(qie)要(yao)求非常(chang)嚴格。只有(you)按(an)照(zhao)規定的(de)工(gong)藝(yi)規范(溫度、時間、冷(leng)(leng)(leng)卻速度)予以控制,才能(neng)獲得較(jiao)佳的(de)力學性能(neng)。


  該類鋼焊(han)(han)接性良好,可(ke)采用(yong)電弧焊(han)(han)、氬弧焊(han)(han),焊(han)(han)前(qian)不(bu)需預(yu)熱,焊(han)(han)后需進行固溶退火(huo)處理(li)。


4. 馬氏(shi)體時效鋼


  馬氏(shi)體時(shi)效鋼的(de)碳含量(liang)很低,一般不(bu)大于0.03%,甚至(zhi)達到(dao)了(le)高純化(hua)。通常是以馬氏(shi)體狀態供貨的(de),具(ju)有優良(liang)的(de)塑性(xing)、韌(ren)性(xing)和冷加(jia)工(gong)成形(xing)性(xing)(冷變形(xing)量(liang)可達80%以上),它是通過(guo)時(shi)效處理析出金屬間化(hua)合物而達到(dao)高強度。


  馬氏體時效鋼(gang)(gang)因無鐵素體(8相)和碳化物析出等原因,在某些(xie)環境(jing)介質條件下對(dui)應力腐蝕敏(min)感,但比普通馬氏體不(bu)銹鋼(gang)(gang)和馬氏體沉淀硬化不(bu)銹鋼(gang)(gang)的性(xing)能優越(yue)得多。


  馬氏體(ti)時(shi)效鋼利用固溶和時(shi)效產(chan)生馬氏體(ti)相變(bian),以及超低碳馬氏體(ti)和金屬間化合(he)物等相結合(he)的(de)(de)方(fang)法,獲(huo)得了優(you)良的(de)(de)綜(zong)合(he)力學性能(neng)和工藝(包括焊接)性能(neng),并兼有(you)一定的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性,已成為析出硬化型不(bu)銹鋼的(de)(de)發展(zhan)方(fang)向,并成為正在(zai)發展(zhan)中的(de)(de)新一代高強(qiang)度不(bu)銹鋼。


  屬于馬氏(shi)體(ti)時效鋼(gang)的(de)有 022Cr16Ni6MoCuNb 和022Cr14Ni6Mo2AlNb 等(deng)。022Cr16Ni6MoCuNb鋼(gang)的(de)耐蝕性(xing)相當于06Cr18Ni10奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang),其強度(du)卻是(shi)06Cr18Ni10鋼(gang)的(de)3倍。


  由于沉淀硬(ying)化不銹鋼在時效狀態下使用(yong),通(tong)常鋼中有碳(tan)化鉻(ge)及金屬間相析(xi)出(chu),硬(ying)度較高,適于制造承受腐蝕和磨損的(de)零(ling)部件。