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(shi)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(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(hua)不銹鋼兼有(you)強度(du)高、耐蝕性(xing)好的特點。其(qi)耐蝕性(xing)不但與化(hua)學成分有(you)關(guan),還(huan)與熱處理有(you)關(guan),特別是與時效(xiao)溫度(du)密切相關(guan)。
微細相的(de)析出或時效(xiao)反應(ying)對耐腐蝕性(xing)有(you)害,但(dan)能提高(gao)鋼的(de)強(qiang)度(du)(du)和硬度(du)(du)。若進行過時效(xiao)處理,則對耐蝕性(xing)有(you)益,但(dan)會降(jiang)低鋼的(de)強(qiang)度(du)(du)。
沉淀(dian)硬化(hua)不(bu)銹鋼屬(shu)于高強度不(bu)銹鋼,在(zai)工業應用中要特別注意氫(qing)裂和(he)應力腐(fu)蝕開裂,因為這兩種腐(fu)蝕形式對高強度和(he)內(nei)部組織(zhi)特別敏(min)感(gan)。
沉(chen)(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)按其組織特(te)征可(ke)分為(wei)(wei)以(yi)05Cr17Ni4Cu4Nb(630)為(wei)(wei)代(dai)表的(de)馬(ma)氏(shi)(shi)體型沉(chen)(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)鋼(gang)(gang)(gang)、以(yi)06Cr15Ni25Ti2MoA1VB為(wei)(wei)代(dai)表的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體沉(chen)(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)、以(yi)07Cr17Ni7Al(631)和07Cr15Ni7Mo2Al(632)為(wei)(wei)代(dai)表的(de)半奧(ao)氏(shi)(shi)體型沉(chen)(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)鋼(gang)(gang)(gang)和以(yi)022Cr12Ni10AlTi為(wei)(wei)代(dai)表的(de)馬(ma)氏(shi)(shi)體時(shi)(shi)效不銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)。它(ta)們(men)是(shi)利(li)用熱處理后(hou)時(shi)(shi)效析(xi)出Cu、Al、Ti、Nb等的(de)金屬化(hua)合物來提(ti)高材料的(de)強度(du)。
這種類型鋼(gang)的主要(yao)特點是(shi)(shi)不(bu)銹鋼(gang)可借助(zhu)于熱處(chu)理工藝調整(zheng)其性(xing)能(neng),使其在鋼(gang)的成(cheng)形、設備制造過程中處(chu)于易加(jia)工和(he)易成(cheng)形的組織狀態(tai)。半奧氏(shi)體(ti)沉(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不(bu)銹鋼(gang)是(shi)(shi)通過馬(ma)氏(shi)體(ti)相變和(he)沉(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)的,奧氏(shi)體(ti)、馬(ma)氏(shi)體(ti)沉(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)不(bu)銹鋼(gang)是(shi)(shi)通過沉(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)處(chu)理使其具(ju)有高的強度和(he)良好(hao)的韌性(xing)。
1. 馬氏體沉(chen)淀硬化(hua)不銹(xiu)鋼
馬氏體沉淀硬(ying)化(hua)(hua)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),其(qi)代(dai)表鋼(gang)(gang)種(zhong)有05Cr17Ni5Cu4Nb(XM-12)、05Cr17Ni4Cu4Nb(630)等,這類鋼(gang)(gang)經(jing)固溶處理(li)后,在室(shi)溫時(shi)為(wei)低(di)碳馬氏體組織。該類鋼(gang)(gang)雖(sui)然比(bi)普通馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)易(yi)于加工,但(dan)不(bu)(bu)如(ru)半奧(ao)(ao)氏體沉淀硬(ying)化(hua)(hua)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),并(bing)且較難進行深度冷(leng)加工成(cheng)形。馬氏體沉淀硬(ying)化(hua)(hua)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)經(jing)時(shi)效處理(li)產生沉淀硬(ying)化(hua)(hua)來提高(gao)鋼(gang)(gang)的(de)強度和硬(ying)度,與半奧(ao)(ao)氏體沉淀硬(ying)化(hua)(hua)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)相比(bi),其(qi)強化(hua)(hua)機理(li)相同,但(dan)熱處理(li)工藝簡單,通過(guo)改變時(shi)效溫度,可在相當寬的(de)范圍(wei)內(nei)調(diao)整鋼(gang)(gang)的(de)力學性(xing)能。其(qi)耐(nai)蝕性(xing)可接(jie)近(jin)18-8型(xing)奧(ao)(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang),比(bi)普通馬氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)優越(yue)。
2. 奧(ao)氏體沉(chen)淀硬(ying)化不(bu)銹鋼
奧氏(shi)體沉淀硬(ying)化(hua)(hua)不銹(xiu)鋼的(de)代表鋼種(zhong)是06Cr15Ni25Ti2MoAlVB(660)以及10Cr17Ni10P。該(gai)類(lei)鋼沒(mei)有相(xiang)變(bian)過程(cheng),只有通過時效處(chu)理(li)析出(chu)金屬間(jian)化(hua)(hua)合物達到強化(hua)(hua)的(de)目的(de)。與其他(ta)類(lei)型沉淀硬(ying)化(hua)(hua)不銹(xiu)鋼相(xiang)比,奧氏(shi)體沉淀硬(ying)化(hua)(hua)不銹(xiu)鋼的(de)耐蝕性高,加工(gong)性能好。
3. 半奧氏體沉淀硬(ying)化不銹鋼(gang)
半奧氏(shi)(shi)體(ti)沉淀(dian)硬化不銹(xiu)鋼(gang)的(de)代表鋼(gang)種有(you)07Cr17Ni7Al(631)、07Cr15Ni7Mo2Al(632)。該類鋼(gang)中均(jun)含有(you)15%~17%的(de)Cr,并含有(you)Ni、Mo等元素,因此具有(you)足夠的(de)不銹(xiu)性,而(er)且其耐蝕性在一(yi)些介質(zhi)中與18-8型奧氏(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)相(xiang)當或相(xiang)近(jin)。該類鋼(gang)一(yi)般以固(gu)溶狀態(tai)供貨,其金相(xiang)組織(zhi)基本為(wei)奧氏(shi)(shi)體(ti),并含有(you)5%~20%的(de)鐵素體(ti)。奧氏(shi)(shi)體(ti)塑性好,容易(yi)進行冷加(jia)工(gong)成(cheng)形(xing)和焊接(jie),待加(jia)工(gong)成(cheng)形(xing)后再(zai)進行特殊的(de)中間處(chu)理(li),使奧氏(shi)(shi)體(ti)轉變(bian)為(wei)低(di)碳馬氏(shi)(shi)體(ti),并通(tong)過(guo)時(shi)效處(chu)理(li),進行沉淀(dian)硬化來達到更高的(de)強(qiang)度。
07Cr15Ni7Mo2Al(632)鋼(gang)的(de)綜合性能優于(yu)07Cr17Ni7Al(631)鋼(gang),因(yin)此(ci)在(zai)化(hua)學工業中應用(yong)較廣,主要用(yong)于(yu)制造耐蝕(shi)性好(hao)并且具有(you)高(gao)強度的(de)各種容器(qi)、管道、彈簧等,其(qi)耐蝕(shi)性優于(yu)馬(ma)氏體不銹(xiu)鋼(gang)、馬(ma)氏體沉淀硬化(hua)不銹(xiu)鋼(gang)和馬(ma)氏體時效(xiao)鋼(gang)。
在固溶狀(zhuang)態下,07Cr17Ni7Al(631)和 07Cr15Ni7Mo2Al(632)鋼(gang)具(ju)有奧氏體(ti)組織結(jie)構時,能夠(gou)承受冷加(jia)(jia)工(gong)變形,但是(shi)這兩種鋼(gang)都具(ju)有冷加(jia)(jia)工(gong)硬(ying)化傾(qing)向,因此(ci)冷軋(ya)、冷沖壓等都應采用少道次、大壓下量、增(zeng)加(jia)(jia)多次中間固溶處(chu)理的工(gong)藝方法來進(jin)行加(jia)(jia)工(gong)。熱(re)加(jia)(jia)工(gong)較容(rong)易(yi),合適(shi)的加(jia)(jia)工(gong)溫度(du)(du)為950~1150℃。半奧氏體(ti)沉淀硬(ying)化不(bu)銹(xiu)鋼(gang)的熱(re)處(chu)理工(gong)藝較為復雜(za),且(qie)要求非常嚴格。只有按照規(gui)定的工(gong)藝規(gui)范(溫度(du)(du)、時間、冷卻速度(du)(du))予以控制,才能獲得(de)較佳(jia)的力學性能。
該(gai)類鋼焊接性(xing)良好,可采(cai)用電弧焊、氬(ya)弧焊,焊前(qian)不需預熱,焊后需進(jin)行固溶退火(huo)處(chu)理。
4. 馬氏(shi)體時效鋼
馬氏(shi)體(ti)時效鋼的碳含量很低(di),一(yi)般不大于0.03%,甚(shen)至(zhi)達(da)到(dao)(dao)了高(gao)純化。通常是(shi)以(yi)馬氏(shi)體(ti)狀態供貨的,具有優良(liang)的塑性(xing)、韌性(xing)和冷加(jia)工成形(xing)性(xing)(冷變形(xing)量可達(da)80%以(yi)上),它是(shi)通過(guo)時效處理(li)析出(chu)金(jin)屬間化合物而達(da)到(dao)(dao)高(gao)強(qiang)度。
馬(ma)氏體(ti)時效鋼因(yin)無鐵素(su)體(ti)(8相)和碳化物(wu)析出等原因(yin),在某些環境介質條(tiao)件下(xia)對應力腐(fu)蝕敏感(gan),但比普通馬(ma)氏體(ti)不(bu)銹鋼和馬(ma)氏體(ti)沉(chen)淀硬化不(bu)銹鋼的性(xing)能優越得(de)多。
馬(ma)氏體(ti)時(shi)效(xiao)鋼利用固溶和時(shi)效(xiao)產(chan)生馬(ma)氏體(ti)相(xiang)變,以及超低碳馬(ma)氏體(ti)和金屬間化合物等相(xiang)結合的(de)方法,獲得了優良的(de)綜合力學性(xing)能和工藝(包括焊接)性(xing)能,并兼(jian)有一定的(de)耐蝕性(xing),已成為析出硬化型不銹(xiu)鋼的(de)發展(zhan)方向,并成為正在發展(zhan)中的(de)新一代高(gao)強度不銹(xiu)鋼。
屬于(yu)馬氏體時效(xiao)鋼的(de)有 022Cr16Ni6MoCuNb 和022Cr14Ni6Mo2AlNb 等。022Cr16Ni6MoCuNb鋼的(de)耐蝕(shi)性相(xiang)當(dang)于(yu)06Cr18Ni10奧氏體不銹鋼,其強度卻(que)是06Cr18Ni10鋼的(de)3倍。
由于(yu)沉淀硬(ying)化(hua)不銹鋼在時(shi)效(xiao)狀態(tai)下(xia)使(shi)用,通(tong)常(chang)鋼中有(you)碳化(hua)鉻及金屬間相析(xi)出,硬(ying)度(du)較(jiao)高,適于(yu)制造承(cheng)受腐蝕和磨損的零部件。