GB/T 1220-2007中列入了(le)兩個(ge)低碳含鎳的Cr17Ni2型鋼:14Cr17Ni2 和17Cr16Ni2。
14Cr17Ni2鋼是在Cr17鋼的基礎上加入了2%Ni。由于鎳能使γ區擴大,使Cr17鋼的純鐵素體組織過渡到在高溫時為α+y的兩相狀態,使鋼能夠淬火成馬氏體而部分地接受強化。因此,14Cr17Ni2鋼既具有相當于Cr13型不銹鋼(12Cr13、20Cr13)的力學性能,又保持了Cr17型不銹鋼的耐腐蝕性能,特別是在海水中與銅合金(青銅)接觸時具有很高的電化學穩定性。所以,14Cr17Ni2鋼被廣泛應用于化工機械、造船工業及航空工業等方面。
由于(yu)14Cr17Ni2鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)碳(tan)、鉻(ge)、鎳(nie)三個主(zhu)要元素(su)(su)(su)(su)(su)含量(liang)的(de)上、下(xia)限較寬(kuan),并且含有(you)錳(meng)、硅等(deng)元素(su)(su)(su)(su)(su),一(yi)般煉鋼(gang)(gang)方法(fa)不(bu)可(ke)避免的(de)氮(dan)(dan)也存在于(yu)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong),這(zhe)樣(yang)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)既有(you)穩定(ding)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)的(de)元素(su)(su)(su)(su)(su)碳(tan)、鎳(nie)、錳(meng)、氮(dan)(dan),又有(you)形成鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)的(de)元素(su)(su)(su)(su)(su)鉻(ge)、硅,就使鋼(gang)(gang)的(de)組(zu)(zu)織變(bian)得復雜,但(dan)在大多(duo)(duo)(duo)數情(qing)況下(xia)都具有(you)兩相組(zu)(zu)織(圖(tu)(tu)9.22)。由圖(tu)(tu)9.22可(ke)知,14Cr17Ni2鋼(gang)(gang)自高溫快(kuai)冷以后的(de)組(zu)(zu)織是奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)、馬氏(shi)體(ti)和(he)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)。14Cr17Ni2鋼(gang)(gang)化學成分的(de)不(bu)大變(bian)化(在規定(ding)的(de)范圍(wei)內),即(ji)可(ke)引(yin)起(qi)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)含量(liang)的(de)很大差別。如表(biao)9.23所示的(de)兩種成分的(de)14Cr17Ni2鋼(gang)(gang),前者(zhe)含有(you)20%的(de)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)體(ti),后者(zhe)由于(yu)成分中(zhong)(zhong)少了1.35%Cr,多(duo)(duo)(duo)了0.4%Ni和(he)0.04%N,組(zu)(zu)織中(zhong)(zhong)沒有(you)了鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)。可(ke)見14Cr17Ni2鋼(gang)(gang)的(de)碳(tan)、錳(meng)、鎳(nie)偏上限,鉻(ge)和(he)硅偏下(xia)限時,鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)含量(liang)減少,反之則增(zeng)多(duo)(duo)(duo)。氮(dan)(dan)雖然(ran)不(bu)是規定(ding)的(de)元素(su)(su)(su)(su)(su),但(dan)微量(liang)的(de)氮(dan)(dan)卻(que)起(qi)著(zhu)很大的(de)作(zuo)用(圖(tu)(tu)9.19)。
與12Cr13鋼(gang)一(yi)樣,14Cr17Ni2鋼(gang)中出現大(da)(da)量(liang)的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)時,使(shi)力學(xue)性能(neng)(neng)降(jiang)低,主(zhu)要(yao)表(biao)(biao)現在沖擊(ji)韌度(du)(du)方面(表(biao)(biao)9.24),對(dui)強度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)影響較小(xiao)。14Cr17Ni2鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)沖擊(ji)韌度(du)(du)還與鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu)有關,鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)呈(cheng)斷續網狀(zhuang)(zhuang)分(fen)布(bu)的(de)(de)(de)(de)ak值最低,而呈(cheng)明顯帶狀(zhuang)(zhuang)分(fen)布(bu)的(de)(de)(de)(de)ak值比前者可(ke)高(gao)出3倍左右。14Cr17Ni2鋼(gang)存在的(de)(de)(de)(de)大(da)(da)量(liang)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)還會使(shi)熱塑性降(jiang)低,鍛造(zao)時形成裂紋的(de)(de)(de)(de)傾向增大(da)(da)。根據生產實(shi)踐經驗(yan),將(jiang)14Cr17Ni2鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)成分(fen)控(kong)制(zhi)在下列(lie)(lie)范圍(wei)內:C含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)0.13%~0.17%,Si含(han)(han)(han)量(liang)不大(da)(da)于0.37%,Mn含(han)(han)(han)量(liang)不大(da)(da)于0.6%,Cr含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)16.5%~17.5%,Ni含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)2.2%~2.5%,可(ke)使(shi)8鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)10%~15%,保證(zheng)(zheng)一(yi)般力學(xue)性能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求。也有人主(zhu)張將(jiang)鋼(gang)中的(de)(de)(de)(de)三個主(zhu)要(yao)元素(su)調整(zheng)在下列(lie)(lie)范圍(wei)內:C含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)0.15%~0.25%,Cr含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)16%~16.8%,Ni含(han)(han)(han)量(liang)為(wei)(wei)(wei)2%~2.5%,這樣可(ke)使(shi)δ鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)含(han)(han)(han)量(liang)限(xian)制(zhi)在3%~5%,保證(zheng)(zheng)要(yao)求的(de)(de)(de)(de)力學(xue)性能(neng)(neng),但會帶來下述兩個問題:一(yi)是(shi)增加(jia)碳(tan)和降(jiang)低鉻(ge)以后(hou)會損及(ji)(ji)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)耐腐蝕(shi)性能(neng)(neng);二是(shi)由(you)于碳(tan)及(ji)(ji)鎳的(de)(de)(de)(de)提高(gao)導(dao)致鋼(gang)中殘(can)余奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)含(han)(han)(han)量(liang)增多(duo)。
14Cr17Ni2鋼(gang)的(de)(de)鍛造加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)規范是(shi):始鍛溫(wen)(wen)度(du)1150℃,終鍛溫(wen)(wen)度(du)800~900℃。鍛造加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)不(bu)能(neng)過(guo)高(gao),在高(gao)溫(wen)(wen)下停(ting)留的(de)(de)時(shi)(shi)間(jian)也不(bu)要過(guo)久,以免析出大量(liang)(liang)的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti),影響熱(re)(re)(re)處理(li)以后的(de)(de)力學(xue)性(xing)能(neng)。圖9.28為14Cr17Ni2鋼(gang)(成分:0.18%C、0.41%Si、16.10%Cr、1.90%Ni、0.70%Mn)于不(bu)同溫(wen)(wen)度(du)和時(shi)(shi)間(jian)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)后的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)數量(liang)(liang)的(de)(de)變化。可以看(kan)出,加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)較之加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)(shi)間(jian)更能(neng)影響鋼(gang)中(zhong)的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)含量(liang)(liang),而(er)且(qie)在加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)至1000℃以上才顯著(zhu)增(zeng)多(duo),因此過(guo)熱(re)(re)(re)易(yi)發生于鍛造加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)不(bu)當時(shi)(shi)。淬火加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)(re)(re)溫(wen)(wen)度(du)過(guo)高(gao)及(ji)保溫(wen)(wen)時(shi)(shi)間(jian)過(guo)久也會(hui)使鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)含量(liang)(liang)增(zeng)多(duo),但不(bu)及(ji)鍛造過(guo)熱(re)(re)(re)顯著(zhu)。
鍛造(zao)時還(huan)應注意要有(you)足夠(gou)的(de)鍛造(zao)比,合理(li)地分(fen)配每次(ci)加熱的(de)變(bian)形量(liang),以使鐵素體(ti)晶(jing)粒破碎,獲得有(you)利(li)于(yu)韌(ren)性的(de)分(fen)布狀態,以及防止因變(bian)形不(bu)均(jun)勻而(er)在兩相的(de)界面上產生裂紋。
14Cr17Ni2鋼(gang)的軟(ruan)化處理(li)與Cr13型不銹(xiu)鋼(gang)一樣,也是(shi)(shi)采用高溫回火(huo)或完(wan)全(quan)退火(huo)。前者是(shi)(shi)加(jia)熱(re)至(zhi)650℃左右(you)保(bao)溫后(hou)于空(kong)氣中冷(leng)卻;后(hou)者是(shi)(shi)加(jia)熱(re)至(zhi)850~880℃保(bao)溫后(hou)爐冷(leng)至(zhi)750℃后(hou)空(kong)冷(leng)。需要特(te)別(bie)指出(chu)的是(shi)(shi),14Cr17Ni2鋼(gang)是(shi)(shi)不銹(xiu)鋼(gang)中對(dui)白(bai)點很敏(min)感(gan)的鋼(gang),用以(yi)生產(chan)大型鍛件,鍛后(hou)應進行去白(bai)點退火(huo),否(fou)則鍛件有(you)產(chan)生白(bai)點的可能(neng)。
14Cr17Ni2鋼的淬火溫度以950~980℃比較適宜,溫度超過1000℃時由于組織中鐵素體增加及出現殘余奧氏體,使淬火后的硬度降低(圖9.29)。淬火加熱溫度過高,一方面使奧氏體中溶解大量的碳及合金元素,穩定性增高;另一方面,當高溫時析出8鐵素體以后,使奧氏體中的合金元素,特別是起穩定奧氏體作用的合金元素相對地增多,使馬氏體轉變點降低,殘余奧氏體含量增多。由圖9.29可以看出,稍許成分的差異也會使淬火后的硬度相差甚大。14Cr17Ni2鋼的組織中出現大量殘余奧氏體時,會出現晶間腐蝕。在正常淬火情況下,14Cr17Ni2鋼沒有晶間(jian)腐蝕(shi)傾向。
14Cr17Ni2鋼的淬火(huo)一般(ban)采用油(you)冷,淬火(huo)后的組織為馬氏(shi)體(ti)、鐵素體(ti)及少量(liang)的殘(can)余(yu)奧氏(shi)體(ti)。
14Cr17Ni2鋼通常(chang)采(cai)用在(zai)275~350℃與(yu)550℃以上回(hui)火。275~350℃低溫回(hui)火后(hou)的(de)基(ji)體(ti)組織(zhi)(zhi)為回(hui)火馬(ma)氏體(ti),具有(you)高(gao)的(de)硬度(350~402HB)與(yu)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性能,適用于(yu)要(yao)求高(gao)硬度及耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)零(ling)(ling)件(jian)。550~700℃高(gao)溫回(hui)火后(hou)的(de)基(ji)體(ti)組織(zhi)(zhi)為回(hui)火索氏體(ti),強度與(yu)韌(ren)性配合(he)較好,耐(nai)蝕(shi)(shi)性也高(gao)。這兩(liang)種狀態的(de)顯微組織(zhi)(zhi)雖然不同,但都(dou)具有(you)較高(gao)的(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)性能,沒(mei)有(you)明顯的(de)差別,在(zai)濃度為50%的(de)冷態或(huo)沸騰的(de)5%硝酸中,均具有(you)10級(ji)標準中的(de)第3級(ji)(表9.1)。高(gao)溫回(hui)火工藝(yi)主要(yao)用于(yu)要(yao)求強度和(he)韌(ren)性配合(he)較好和(he)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)的(de)結構(gou)零(ling)(ling)件(jian)。
與Cr13型不銹鋼一樣,14Cr17Ni2鋼一般不采用350~550℃回火,在這一溫度區間回火的14Cr17Ni2鋼的耐蝕性能與沖擊韌性均低,這與它具有回火脆性和“475℃脆性”有關。14Cr17Ni2鋼在550℃左右回火后,油冷后的沖擊值比空冷后約高出一倍。14Cr17Ni2鋼在450℃重復加熱時,隨加熱時間的延長,沖擊值顯著降低,與冷卻條件無關,這表明該鋼還具有高鉻鋼固有的475℃脆性。
當淬火(huo)的14Cr17Ni2鋼中(zhong)存在(zai)殘余奧氏體(ti)時,在(zai)高溫回(hui)火(huo)過程(cheng)中(zhong)它們不可(ke)(ke)能(neng)完全等溫分(fen)解,而(er)(er)是析(xi)出(chu)一部(bu)分(fen)碳化物后殘余奧氏體(ti)的穩定性(xing)降低(di)(di),于回(hui)火(huo)過程(cheng)中(zhong)轉(zhuan)變為(wei)馬氏體(ti),結果(guo)使調質后鋼的強(qiang)度(du)升高,而(er)(er)塑性(xing)與韌性(xing)降低(di)(di)。在(zai)這種情況下,可(ke)(ke)在(zai)原來的回(hui)火(huo)溫度(du)再進(jin)行一次回(hui)火(huo),使新(xin)生成(cheng)的馬氏體(ti)分(fen)解為(wei)回(hui)火(huo)索(suo)氏體(ti),從而(er)(er)使強(qiang)度(du)降低(di)(di),而(er)(er)塑性(xing)與韌性(xing)提高。
14Cr17Ni2鋼熱處理后具(ju)有較高(gao)的(de)(de)強(qiang)度和硬度,對氧化酸類及(ji)有機(ji)鹽類的(de)(de)水溶液有良好的(de)(de)耐蝕性(xing),一般用于既要(yao)(yao)求(qiu)高(gao)力(li)學性(xing)能的(de)(de)可(ke)淬硬性(xing),又要(yao)(yao)求(qiu)較高(gao)的(de)(de)耐硝酸及(ji)有機(ji)酸腐(fu)蝕的(de)(de)零件(jian)、容(rong)器和設備,如軸類、活塞桿、泵、閥等(deng)的(de)(de)部件(jian),以及(ji)彈簧和緊固(gu)件(jian)等(deng)。
17Cr16Ni2是新列入 GB/T 1220-2007中的鋼號。與14Cr17Ni2鋼相(xiang)比,17Cr16Ni2鋼適(shi)當(dang)增加了(le)碳含量,略(lve)減少(shao)鉻含量,從(cong)而明(ming)顯改善了(le)鋼的加工性(xing)(xing)能(neng)。該(gai)鋼適(shi)于(yu)制作(zuo)要求較高強度、韌性(xing)(xing)和良好耐(nai)蝕性(xing)(xing)的零部件,以(yi)及在潮濕介質中承受應力的部件。
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