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


  奧氏體和鐵(tie)素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,兼有奧氏體不(bu)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。


  沉淀硬化不(bu)銹鋼(gang)兼(jian)有強度高(gao)、耐蝕性好的(de)特點。其耐蝕性不(bu)但(dan)與(yu)化學成分有關,還與(yu)熱處(chu)理有關,特別是與(yu)時效(xiao)溫度密(mi)切(qie)相關。


  微細相的(de)析出或(huo)時(shi)效反應(ying)對耐腐蝕性有害,但能(neng)提高鋼的(de)強(qiang)度(du)和硬度(du)。若進行過時(shi)效處理,則對耐蝕性有益,但會降低鋼的(de)強(qiang)度(du)。


  沉淀硬化不銹鋼屬于高強度不銹鋼,在(zai)工業應(ying)(ying)用(yong)中要特別注(zhu)意氫裂(lie)和應(ying)(ying)力腐蝕(shi)開裂(lie),因(yin)為(wei)這兩種腐蝕(shi)形式對(dui)高強度和內部(bu)組織特別敏感(gan)。


  沉(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼按其(qi)組織特征(zheng)可(ke)分為(wei)以(yi)05Cr17Ni4Cu4Nb(630)為(wei)代表(biao)的(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)型(xing)沉(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)鋼、以(yi)06Cr15Ni25Ti2MoA1VB為(wei)代表(biao)的(de)奧氏(shi)體(ti)(ti)沉(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼、以(yi)07Cr17Ni7Al(631)和(he)07Cr15Ni7Mo2Al(632)為(wei)代表(biao)的(de)半奧氏(shi)體(ti)(ti)型(xing)沉(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)(ying)化(hua)(hua)鋼和(he)以(yi)022Cr12Ni10AlTi為(wei)代表(biao)的(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)時(shi)效(xiao)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼。它們是利(li)用熱(re)處理后時(shi)效(xiao)析(xi)出Cu、Al、Ti、Nb等的(de)金屬(shu)化(hua)(hua)合(he)物來提高材料的(de)強度。


  這種類型(xing)鋼的主(zhu)要特點(dian)是不銹鋼可借(jie)助于(yu)(yu)熱處理工藝調整其(qi)性能,使其(qi)在鋼的成形、設備制造過程中處于(yu)(yu)易加(jia)工和易成形的組織狀(zhuang)態(tai)。半奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)沉(chen)淀硬化(hua)不銹鋼是通過馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)變和沉(chen)淀硬化(hua)的,奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)、馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)沉(chen)淀硬化(hua)不銹鋼是通過沉(chen)淀硬化(hua)處理使其(qi)具(ju)有高的強度(du)和良好的韌性。


1. 馬(ma)氏(shi)體沉淀硬化不銹鋼


  馬氏體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)(chen)(chen)淀硬化(hua)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang),其(qi)(qi)代(dai)表(biao)鋼(gang)(gang)(gang)種有05Cr17Ni5Cu4Nb(XM-12)、05Cr17Ni4Cu4Nb(630)等(deng),這類鋼(gang)(gang)(gang)經固溶處理(li)(li)后,在室溫時為(wei)低碳(tan)馬氏體(ti)(ti)(ti)組織。該類鋼(gang)(gang)(gang)雖然比(bi)普通(tong)(tong)馬氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)易于加(jia)工,但不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)如半奧氏體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)(chen)(chen)淀硬化(hua)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang),并且較難進行深度冷(leng)加(jia)工成形。馬氏體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)(chen)(chen)淀硬化(hua)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)經時效處理(li)(li)產生(sheng)沉(chen)(chen)(chen)(chen)淀硬化(hua)來提高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)的強(qiang)(qiang)度和硬度,與半奧氏體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)(chen)(chen)淀硬化(hua)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)相(xiang)(xiang)比(bi),其(qi)(qi)強(qiang)(qiang)化(hua)機理(li)(li)相(xiang)(xiang)同,但熱處理(li)(li)工藝(yi)簡單,通(tong)(tong)過(guo)改變時效溫度,可在相(xiang)(xiang)當寬的范圍(wei)內(nei)調(diao)整鋼(gang)(gang)(gang)的力(li)學性能。其(qi)(qi)耐(nai)蝕性可接近(jin)18-8型奧氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang),比(bi)普通(tong)(tong)馬氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)(bu)(bu)(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)優越。


2. 奧氏(shi)體沉淀硬化不(bu)銹鋼


  奧(ao)氏(shi)體沉(chen)淀硬化(hua)不銹(xiu)鋼的(de)代表鋼種是06Cr15Ni25Ti2MoAlVB(660)以及10Cr17Ni10P。該類鋼沒有(you)相(xiang)變過(guo)程,只有(you)通(tong)過(guo)時效處理析(xi)出(chu)金屬間化(hua)合物達到強化(hua)的(de)目的(de)。與其他(ta)類型沉(chen)淀硬化(hua)不銹(xiu)鋼相(xiang)比,奧(ao)氏(shi)體沉(chen)淀硬化(hua)不銹(xiu)鋼的(de)耐蝕(shi)性高,加工(gong)性能好。


3. 半(ban)奧(ao)氏體沉淀硬化(hua)不銹鋼


  半(ban)奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)硬化不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)代表鋼(gang)種有07Cr17Ni7Al(631)、07Cr15Ni7Mo2Al(632)。該(gai)類(lei)鋼(gang)中(zhong)均含(han)有15%~17%的(de)Cr,并(bing)含(han)有Ni、Mo等(deng)元素(su),因(yin)此具(ju)有足夠的(de)不銹(xiu)(xiu)性,而且其耐蝕性在一些(xie)介質(zhi)中(zhong)與18-8型奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)相(xiang)當或相(xiang)近。該(gai)類(lei)鋼(gang)一般以固溶(rong)狀態供貨,其金相(xiang)組織基本為奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti),并(bing)含(han)有5%~20%的(de)鐵素(su)體(ti)(ti)(ti)。奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)塑性好,容易(yi)進行冷加工(gong)成形(xing)和焊接,待(dai)加工(gong)成形(xing)后(hou)再進行特殊的(de)中(zhong)間處(chu)(chu)理,使奧氏(shi)體(ti)(ti)(ti)轉變為低碳馬(ma)氏(shi)體(ti)(ti)(ti),并(bing)通過時效(xiao)處(chu)(chu)理,進行沉(chen)(chen)淀(dian)硬化來(lai)達到更高的(de)強度。


  07Cr15Ni7Mo2Al(632)鋼(gang)的綜合性能優于(yu)07Cr17Ni7Al(631)鋼(gang),因此在化學工(gong)業中應用較(jiao)廣,主要用于(yu)制造耐(nai)蝕性好并且(qie)具有高強度的各種(zhong)容器、管道(dao)、彈簧等(deng),其耐(nai)蝕性優于(yu)馬(ma)氏(shi)體不銹鋼(gang)、馬(ma)氏(shi)體沉淀硬(ying)化不銹鋼(gang)和馬(ma)氏(shi)體時效(xiao)鋼(gang)。


  在固(gu)(gu)溶狀態下(xia),07Cr17Ni7Al(631)和 07Cr15Ni7Mo2Al(632)鋼具(ju)有(you)(you)奧氏(shi)(shi)體組織(zhi)結(jie)構時,能(neng)夠承受冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)變形,但是(shi)這兩種鋼都具(ju)有(you)(you)冷(leng)加(jia)(jia)工(gong)硬化傾(qing)向,因(yin)此冷(leng)軋、冷(leng)沖壓等都應采用少道(dao)次、大(da)壓下(xia)量(liang)、增加(jia)(jia)多次中間固(gu)(gu)溶處(chu)理的(de)工(gong)藝方法來進行加(jia)(jia)工(gong)。熱(re)加(jia)(jia)工(gong)較(jiao)(jiao)容易,合(he)適的(de)加(jia)(jia)工(gong)溫度為950~1150℃。半奧氏(shi)(shi)體沉淀硬化不銹(xiu)鋼的(de)熱(re)處(chu)理工(gong)藝較(jiao)(jiao)為復雜(za),且要求非常嚴格。只(zhi)有(you)(you)按照規(gui)定的(de)工(gong)藝規(gui)范(溫度、時間、冷(leng)卻(que)速度)予(yu)以(yi)控制,才能(neng)獲得較(jiao)(jiao)佳的(de)力學性(xing)能(neng)。


  該類鋼焊(han)接性良(liang)好,可采用電弧(hu)焊(han)、氬(ya)弧(hu)焊(han),焊(han)前不需預熱,焊(han)后需進行固溶(rong)退火處理(li)。


4. 馬氏體時(shi)效鋼


  馬(ma)氏(shi)體時(shi)效(xiao)鋼的(de)碳含量很低,一般不大于0.03%,甚至達到(dao)了(le)高(gao)純化(hua)。通常是以(yi)馬(ma)氏(shi)體狀態(tai)供貨的(de),具有優良的(de)塑性、韌性和(he)冷(leng)加(jia)工(gong)成(cheng)形性(冷(leng)變形量可達80%以(yi)上),它是通過時(shi)效(xiao)處(chu)理(li)析出金屬間化(hua)合(he)物(wu)而達到(dao)高(gao)強(qiang)度。


  馬(ma)氏(shi)體(ti)時效鋼因無鐵素體(ti)(8相)和碳化物(wu)析出(chu)等(deng)原因,在某些(xie)環境介質條件下對應力(li)腐蝕敏感,但比普通(tong)馬(ma)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼和馬(ma)氏(shi)體(ti)沉淀硬化不(bu)銹(xiu)鋼的性能優越得多(duo)。


  馬氏(shi)體(ti)時(shi)效鋼(gang)(gang)利用固溶和(he)(he)時(shi)效產生馬氏(shi)體(ti)相變,以及超低(di)碳馬氏(shi)體(ti)和(he)(he)金(jin)屬間化(hua)(hua)合物等相結合的方法,獲(huo)得了優良的綜(zong)合力學(xue)性能和(he)(he)工(gong)藝(包括焊(han)接)性能,并兼有一定的耐蝕性,已(yi)成為(wei)析出硬(ying)化(hua)(hua)型(xing)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)的發展方向,并成為(wei)正在(zai)發展中的新一代高強度不銹(xiu)鋼(gang)(gang)。


  屬(shu)于馬氏體時效鋼的有 022Cr16Ni6MoCuNb 和022Cr14Ni6Mo2AlNb 等。022Cr16Ni6MoCuNb鋼的耐蝕(shi)性相(xiang)當于06Cr18Ni10奧氏體不銹鋼,其強度卻是06Cr18Ni10鋼的3倍。


  由(you)于沉(chen)淀(dian)硬(ying)化不銹鋼(gang)在時效狀(zhuang)態下使用,通常(chang)鋼(gang)中有碳化鉻(ge)及金屬(shu)間相(xiang)析出,硬(ying)度(du)較高,適于制造承受腐蝕和磨損的零部件。