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(bu)銹鋼(gang)。
奧氏體和鐵素(su)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(ti)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。
沉淀(dian)硬化(hua)不(bu)銹鋼兼(jian)有強度高、耐蝕性好的特(te)點。其耐蝕性不(bu)但與化(hua)學成分有關(guan),還(huan)與熱處理有關(guan),特(te)別是與時效溫度密切相關(guan)。
微細相(xiang)的(de)析出或時效反(fan)應對(dui)耐腐蝕性有害,但能提高鋼的(de)強(qiang)度(du)和硬度(du)。若進行過(guo)時效處理,則對(dui)耐蝕性有益,但會降(jiang)低鋼的(de)強(qiang)度(du)。
沉淀硬化不(bu)銹(xiu)鋼(gang)屬于高強度(du)不(bu)銹(xiu)鋼(gang),在(zai)工業應用中要(yao)特(te)別注(zhu)意氫裂和(he)應力腐蝕開裂,因為這(zhe)兩種腐蝕形式對高強度(du)和(he)內部(bu)組織特(te)別敏感。
沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)銹鋼(gang)按其組織特征可分為(wei)(wei)以(yi)(yi)05Cr17Ni4Cu4Nb(630)為(wei)(wei)代表(biao)的(de)馬氏體(ti)型(xing)沉(chen)淀(dian)硬化(hua)鋼(gang)、以(yi)(yi)06Cr15Ni25Ti2MoA1VB為(wei)(wei)代表(biao)的(de)奧氏體(ti)沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)銹鋼(gang)、以(yi)(yi)07Cr17Ni7Al(631)和07Cr15Ni7Mo2Al(632)為(wei)(wei)代表(biao)的(de)半奧氏體(ti)型(xing)沉(chen)淀(dian)硬化(hua)鋼(gang)和以(yi)(yi)022Cr12Ni10AlTi為(wei)(wei)代表(biao)的(de)馬氏體(ti)時(shi)效不(bu)銹鋼(gang)。它(ta)們是(shi)利用熱處(chu)理后時(shi)效析出Cu、Al、Ti、Nb等的(de)金屬化(hua)合物來提高材料的(de)強度(du)。
這種(zhong)類型鋼(gang)(gang)(gang)的主(zhu)要特點是不銹鋼(gang)(gang)(gang)可借助于熱處(chu)(chu)理(li)工藝調整其(qi)性能,使(shi)其(qi)在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)的成形、設(she)備制造過程中(zhong)處(chu)(chu)于易加工和易成形的組織狀態(tai)。半奧氏(shi)體(ti)沉(chen)淀(dian)(dian)硬化不銹鋼(gang)(gang)(gang)是通過馬氏(shi)體(ti)相變和沉(chen)淀(dian)(dian)硬化的,奧氏(shi)體(ti)、馬氏(shi)體(ti)沉(chen)淀(dian)(dian)硬化不銹鋼(gang)(gang)(gang)是通過沉(chen)淀(dian)(dian)硬化處(chu)(chu)理(li)使(shi)其(qi)具(ju)有高(gao)的強度和良好的韌性。
1. 馬(ma)氏體沉(chen)淀硬化(hua)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)
馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)硬(ying)化(hua)(hua)不銹鋼(gang),其(qi)代表鋼(gang)種有05Cr17Ni5Cu4Nb(XM-12)、05Cr17Ni4Cu4Nb(630)等,這類鋼(gang)經固溶處(chu)理后,在室溫時為(wei)低碳馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體組織。該類鋼(gang)雖(sui)然比(bi)普(pu)通馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體不銹鋼(gang)易于(yu)加工,但不如半(ban)奧氏(shi)(shi)體沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)硬(ying)化(hua)(hua)不銹鋼(gang),并且較難進行深度(du)冷加工成形。馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)硬(ying)化(hua)(hua)不銹鋼(gang)經時效(xiao)處(chu)理產生沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)硬(ying)化(hua)(hua)來提高鋼(gang)的強(qiang)度(du)和硬(ying)度(du),與半(ban)奧氏(shi)(shi)體沉(chen)淀(dian)(dian)(dian)(dian)硬(ying)化(hua)(hua)不銹鋼(gang)相比(bi),其(qi)強(qiang)化(hua)(hua)機理相同,但熱處(chu)理工藝簡單(dan),通過改變時效(xiao)溫度(du),可(ke)在相當寬(kuan)的范圍內調(diao)整(zheng)鋼(gang)的力學性(xing)能。其(qi)耐(nai)蝕性(xing)可(ke)接近18-8型奧氏(shi)(shi)體不銹鋼(gang),比(bi)普(pu)通馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)體不銹鋼(gang)優越。
2. 奧氏體沉淀硬化不銹鋼
奧氏體沉淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)代表鋼(gang)(gang)種是06Cr15Ni25Ti2MoAlVB(660)以及10Cr17Ni10P。該類(lei)鋼(gang)(gang)沒(mei)有(you)相變過(guo)程,只有(you)通過(guo)時(shi)效處(chu)理析出金屬間化(hua)合物達到(dao)強化(hua)的(de)(de)目的(de)(de)。與(yu)其他類(lei)型(xing)沉淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)不銹鋼(gang)(gang)相比,奧氏體沉淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)不銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)耐蝕性高(gao),加工性能(neng)好。
3. 半(ban)奧氏體沉(chen)淀硬化不銹(xiu)鋼
半奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)沉淀(dian)硬(ying)化不(bu)銹鋼的(de)(de)代表(biao)鋼種有(you)07Cr17Ni7Al(631)、07Cr15Ni7Mo2Al(632)。該類鋼中(zhong)均(jun)含(han)(han)有(you)15%~17%的(de)(de)Cr,并(bing)含(han)(han)有(you)Ni、Mo等元素(su),因(yin)此具有(you)足夠的(de)(de)不(bu)銹性(xing)(xing),而且其(qi)耐蝕性(xing)(xing)在一些介質中(zhong)與18-8型奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼相(xiang)當或相(xiang)近。該類鋼一般以固溶(rong)狀態供貨,其(qi)金相(xiang)組織基本為奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti),并(bing)含(han)(han)有(you)5%~20%的(de)(de)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)。奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)塑性(xing)(xing)好,容(rong)易(yi)進行冷加(jia)工成形和焊接,待加(jia)工成形后(hou)再進行特殊的(de)(de)中(zhong)間處(chu)理(li),使奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)轉變為低碳馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti),并(bing)通過時效處(chu)理(li),進行沉淀(dian)硬(ying)化來達到更高的(de)(de)強度(du)。
07Cr15Ni7Mo2Al(632)鋼(gang)(gang)的綜(zong)合性能優于07Cr17Ni7Al(631)鋼(gang)(gang),因此(ci)在化(hua)學工業(ye)中應(ying)用較廣,主要(yao)用于制造耐(nai)蝕性好并且具有高(gao)強度(du)的各種容器、管道(dao)、彈簧(huang)等(deng),其耐(nai)蝕性優于馬氏體不銹鋼(gang)(gang)、馬氏體沉淀硬化(hua)不銹鋼(gang)(gang)和馬氏體時(shi)效鋼(gang)(gang)。
在固溶(rong)狀態下(xia),07Cr17Ni7Al(631)和 07Cr15Ni7Mo2Al(632)鋼具有(you)(you)奧氏體(ti)組(zu)織(zhi)結構(gou)時,能(neng)夠承受冷加(jia)工(gong)(gong)變(bian)形(xing),但是這兩種鋼都具有(you)(you)冷加(jia)工(gong)(gong)硬化傾向(xiang),因此冷軋、冷沖壓(ya)等都應(ying)采用少(shao)道(dao)次、大(da)壓(ya)下(xia)量、增加(jia)多(duo)次中間固溶(rong)處(chu)理的工(gong)(gong)藝(yi)方(fang)法來(lai)進(jin)行加(jia)工(gong)(gong)。熱(re)加(jia)工(gong)(gong)較容易(yi),合(he)適(shi)的加(jia)工(gong)(gong)溫度為(wei)950~1150℃。半奧氏體(ti)沉淀硬化不(bu)銹鋼的熱(re)處(chu)理工(gong)(gong)藝(yi)較為(wei)復雜,且要求非常嚴(yan)格。只(zhi)有(you)(you)按照規(gui)定(ding)的工(gong)(gong)藝(yi)規(gui)范(溫度、時間、冷卻速度)予以(yi)控制,才能(neng)獲(huo)得較佳的力學性能(neng)。
該(gai)類鋼(gang)焊(han)(han)(han)接性良(liang)好,可(ke)采用電(dian)弧焊(han)(han)(han)、氬弧焊(han)(han)(han),焊(han)(han)(han)前不需(xu)預熱,焊(han)(han)(han)后需(xu)進行(xing)固溶退火(huo)處理。
4. 馬氏體時效鋼
馬氏體時效鋼的碳(tan)含量很低(di),一般不(bu)大于0.03%,甚至達(da)到了高純化。通常是以馬氏體狀態供貨的,具有優良的塑性、韌性和冷加工(gong)成形性(冷變形量可達(da)80%以上(shang)),它是通過時效處(chu)理(li)析出金屬間(jian)化合(he)物而達(da)到高強度。
馬氏(shi)體(ti)(ti)時效(xiao)鋼因(yin)無鐵素(su)體(ti)(ti)(8相)和碳化(hua)物析出(chu)等原因(yin),在某(mou)些環境(jing)介質(zhi)條件下對(dui)應(ying)力腐蝕敏感,但比普(pu)通馬氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼和馬氏(shi)體(ti)(ti)沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不銹鋼的(de)性能優越得(de)多。
馬氏體時(shi)效鋼利用固溶和(he)(he)時(shi)效產生(sheng)馬氏體相(xiang)變,以及超低碳馬氏體和(he)(he)金屬間化合物等相(xiang)結合的(de)方法,獲得了優良的(de)綜合力(li)學性能和(he)(he)工藝(yi)(包(bao)括焊接)性能,并兼(jian)有一定的(de)耐蝕性,已成為析出硬化型不(bu)銹鋼的(de)發(fa)展(zhan)方向,并成為正(zheng)在發(fa)展(zhan)中的(de)新一代高強度不(bu)銹鋼。
屬于馬氏(shi)體(ti)時效鋼(gang)(gang)的有 022Cr16Ni6MoCuNb 和022Cr14Ni6Mo2AlNb 等。022Cr16Ni6MoCuNb鋼(gang)(gang)的耐蝕性相當于06Cr18Ni10奧氏(shi)體(ti)不銹鋼(gang)(gang),其強度卻是06Cr18Ni10鋼(gang)(gang)的3倍。
由于(yu)沉淀硬化不銹鋼在(zai)時效狀(zhuang)態下使用,通常鋼中有碳化鉻及金屬間相析出,硬度較(jiao)高,適(shi)于(yu)制造承受腐蝕和磨(mo)損的(de)零部件(jian)。

