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(ying)化型不銹鋼。
奧氏體和鐵素體不銹鋼有良好的耐蝕性,但強度較低;馬氏體不銹(xiu)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,兼有奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)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)(bu)銹鋼兼有(you)強度高、耐蝕(shi)性(xing)(xing)好的特(te)點(dian)。其耐蝕(shi)性(xing)(xing)不(bu)(bu)但與化學成分有(you)關(guan),還與熱處理有(you)關(guan),特(te)別(bie)是與時(shi)效溫度密切相關(guan)。
微(wei)細相(xiang)的析出或時效反應對耐腐蝕性(xing)有(you)(you)害,但(dan)能(neng)提高鋼的強度(du)和(he)硬度(du)。若進行過時效處理,則(ze)對耐蝕性(xing)有(you)(you)益,但(dan)會降低鋼的強度(du)。
沉淀硬化不銹鋼(gang)屬(shu)于高強(qiang)度不銹鋼(gang),在工業應(ying)用中(zhong)要特(te)別注意氫裂和應(ying)力(li)腐蝕(shi)開裂,因(yin)為這兩種腐蝕(shi)形(xing)式(shi)對高強(qiang)度和內(nei)部(bu)組(zu)織特(te)別敏感。
沉(chen)淀硬(ying)化(hua)不(bu)銹鋼按其組織特征(zheng)可分為以(yi)05Cr17Ni4Cu4Nb(630)為代(dai)表的(de)(de)馬氏(shi)體(ti)型沉(chen)淀硬(ying)化(hua)鋼、以(yi)06Cr15Ni25Ti2MoA1VB為代(dai)表的(de)(de)奧氏(shi)體(ti)沉(chen)淀硬(ying)化(hua)不(bu)銹鋼、以(yi)07Cr17Ni7Al(631)和07Cr15Ni7Mo2Al(632)為代(dai)表的(de)(de)半奧氏(shi)體(ti)型沉(chen)淀硬(ying)化(hua)鋼和以(yi)022Cr12Ni10AlTi為代(dai)表的(de)(de)馬氏(shi)體(ti)時(shi)效不(bu)銹鋼。它(ta)們是利用熱處理后時(shi)效析出Cu、Al、Ti、Nb等的(de)(de)金屬化(hua)合(he)物來提(ti)高材(cai)料的(de)(de)強度(du)。
這(zhe)種類型鋼(gang)的主要特點是不(bu)銹鋼(gang)可借助于(yu)熱處(chu)理工藝調整其性(xing)能,使其在鋼(gang)的成形、設備制造過程中處(chu)于(yu)易加工和(he)易成形的組織狀態(tai)。半奧(ao)氏(shi)(shi)體沉(chen)(chen)淀硬(ying)化(hua)(hua)不(bu)銹鋼(gang)是通過馬氏(shi)(shi)體相(xiang)變和(he)沉(chen)(chen)淀硬(ying)化(hua)(hua)的,奧(ao)氏(shi)(shi)體、馬氏(shi)(shi)體沉(chen)(chen)淀硬(ying)化(hua)(hua)不(bu)銹鋼(gang)是通過沉(chen)(chen)淀硬(ying)化(hua)(hua)處(chu)理使其具有高(gao)的強度(du)和(he)良好的韌性(xing)。
1. 馬氏體沉淀硬化不銹鋼
馬氏體(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),其代表(biao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)種有05Cr17Ni5Cu4Nb(XM-12)、05Cr17Ni4Cu4Nb(630)等,這(zhe)類鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)經固溶處理(li)后,在室(shi)溫時(shi)為低碳馬氏體(ti)組織(zhi)。該類鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)雖(sui)然(ran)比(bi)普通(tong)馬氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)易于(yu)加工(gong),但不(bu)(bu)如半(ban)奧氏體(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),并且較難(nan)進(jin)行深度(du)冷加工(gong)成(cheng)形。馬氏體(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)經時(shi)效(xiao)處理(li)產生沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬化(hua)來提高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)強度(du)和硬度(du),與半(ban)奧氏體(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬化(hua)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)相(xiang)比(bi),其強化(hua)機理(li)相(xiang)同(tong),但熱處理(li)工(gong)藝簡(jian)單,通(tong)過改變時(shi)效(xiao)溫度(du),可在相(xiang)當寬的(de)(de)范圍內(nei)調(diao)整鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)的(de)(de)力學性能。其耐蝕(shi)性可接近18-8型奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang),比(bi)普通(tong)馬氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)優越(yue)。
2. 奧氏體沉淀硬化(hua)不銹鋼
奧氏體沉淀硬化(hua)不(bu)銹(xiu)鋼的代表鋼種是06Cr15Ni25Ti2MoAlVB(660)以及(ji)10Cr17Ni10P。該類(lei)鋼沒(mei)有(you)相變(bian)過程,只有(you)通(tong)過時效處理(li)析出金屬(shu)間(jian)化(hua)合物達到強化(hua)的目的。與其他類(lei)型沉淀硬化(hua)不(bu)銹(xiu)鋼相比,奧氏體沉淀硬化(hua)不(bu)銹(xiu)鋼的耐蝕性高,加工性能(neng)好。
3. 半(ban)奧(ao)氏體(ti)沉淀硬化不銹鋼
半奧(ao)(ao)氏體沉(chen)淀硬化(hua)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的代(dai)表鋼(gang)種有07Cr17Ni7Al(631)、07Cr15Ni7Mo2Al(632)。該類(lei)鋼(gang)中均含有15%~17%的Cr,并(bing)含有Ni、Mo等元(yuan)素,因此具有足夠的不銹(xiu)(xiu)性,而且其(qi)耐蝕性在一(yi)(yi)些介質中與(yu)18-8型奧(ao)(ao)氏體不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)相(xiang)當或相(xiang)近(jin)。該類(lei)鋼(gang)一(yi)(yi)般以固溶狀態供貨,其(qi)金(jin)相(xiang)組(zu)織基本(ben)為奧(ao)(ao)氏體,并(bing)含有5%~20%的鐵(tie)素體。奧(ao)(ao)氏體塑性好(hao),容易(yi)進(jin)行(xing)冷(leng)加(jia)(jia)工成形(xing)和焊接,待加(jia)(jia)工成形(xing)后再進(jin)行(xing)特殊的中間處理,使奧(ao)(ao)氏體轉變為低碳(tan)馬(ma)氏體,并(bing)通過時效(xiao)處理,進(jin)行(xing)沉(chen)淀硬化(hua)來(lai)達到更高的強(qiang)度。
07Cr15Ni7Mo2Al(632)鋼的綜(zong)合性能優于07Cr17Ni7Al(631)鋼,因此(ci)在化學工業中應用較(jiao)廣,主要用于制造耐(nai)蝕性好并且具有(you)高強度(du)的各(ge)種容(rong)器、管道(dao)、彈(dan)簧等,其耐(nai)蝕性優于馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)不銹鋼、馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)沉淀(dian)硬化不銹鋼和(he)馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)時效(xiao)鋼。
在(zai)固溶狀態下,07Cr17Ni7Al(631)和 07Cr15Ni7Mo2Al(632)鋼(gang)具有(you)奧氏體(ti)組(zu)織結(jie)構時,能(neng)夠(gou)承受冷(leng)(leng)(leng)(leng)加(jia)工(gong)變形,但是這兩種鋼(gang)都具有(you)冷(leng)(leng)(leng)(leng)加(jia)工(gong)硬化傾(qing)向,因(yin)此(ci)冷(leng)(leng)(leng)(leng)軋、冷(leng)(leng)(leng)(leng)沖壓(ya)等(deng)都應采用少道次(ci)、大壓(ya)下量、增加(jia)多(duo)次(ci)中間(jian)固溶處(chu)理的(de)工(gong)藝方法來進行加(jia)工(gong)。熱加(jia)工(gong)較(jiao)容易(yi),合適的(de)加(jia)工(gong)溫(wen)度(du)為950~1150℃。半奧氏體(ti)沉淀硬化不銹(xiu)鋼(gang)的(de)熱處(chu)理工(gong)藝較(jiao)為復雜,且要求非常(chang)嚴格。只有(you)按照規(gui)(gui)定的(de)工(gong)藝規(gui)(gui)范(fan)(溫(wen)度(du)、時間(jian)、冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻速度(du))予以控制,才能(neng)獲得較(jiao)佳的(de)力(li)學性能(neng)。
該(gai)類鋼焊(han)(han)接(jie)性良好,可采用電弧(hu)焊(han)(han)、氬(ya)弧(hu)焊(han)(han),焊(han)(han)前不(bu)需預熱,焊(han)(han)后需進行(xing)固溶(rong)退火處理。
4. 馬氏體時(shi)效鋼
馬(ma)氏體時(shi)效鋼的碳含(han)量很低,一般不大于0.03%,甚至達(da)到了高(gao)純化。通(tong)常是以(yi)(yi)馬(ma)氏體狀態供貨(huo)的,具有優良(liang)的塑(su)性、韌性和(he)冷加工成(cheng)形(xing)性(冷變形(xing)量可達(da)80%以(yi)(yi)上),它是通(tong)過時(shi)效處理(li)析出金(jin)屬間化合物(wu)而(er)達(da)到高(gao)強度。
馬(ma)(ma)氏體(ti)時(shi)效鋼因無鐵素(su)體(ti)(8相(xiang))和碳化(hua)物析(xi)出等原因,在某(mou)些環境介質條件下對(dui)應力腐蝕敏(min)感,但比普通馬(ma)(ma)氏體(ti)不銹鋼和馬(ma)(ma)氏體(ti)沉淀硬(ying)化(hua)不銹鋼的性能優越得多。
馬氏(shi)體(ti)時效鋼(gang)利用固溶和時效產生馬氏(shi)體(ti)相變,以及超低碳(tan)馬氏(shi)體(ti)和金屬間化合(he)物等相結合(he)的(de)(de)(de)方(fang)法,獲得了優良的(de)(de)(de)綜合(he)力學性能和工藝(包括(kuo)焊接(jie))性能,并(bing)兼(jian)有一(yi)定的(de)(de)(de)耐蝕性,已成為析出硬化型不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)發展(zhan)方(fang)向,并(bing)成為正(zheng)在發展(zhan)中的(de)(de)(de)新一(yi)代(dai)高強度(du)不銹鋼(gang)。
屬于馬氏體(ti)時效(xiao)鋼(gang)的(de)有 022Cr16Ni6MoCuNb 和(he)022Cr14Ni6Mo2AlNb 等。022Cr16Ni6MoCuNb鋼(gang)的(de)耐(nai)蝕性相(xiang)當于06Cr18Ni10奧氏體(ti)不銹鋼(gang),其強(qiang)度卻(que)是06Cr18Ni10鋼(gang)的(de)3倍。
由于(yu)沉淀硬(ying)化不(bu)銹鋼在時效狀態下使用,通常鋼中(zhong)有(you)碳化鉻及(ji)金屬間(jian)相(xiang)析出(chu),硬(ying)度(du)較高(gao),適于(yu)制造承受腐蝕(shi)和磨(mo)損的(de)零部件。