鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼有較好的耐腐蝕性,但是,不能通過熱處理方法調整機械性能,在應用上受到限制。馬氏體不銹鋼可以通過熱處理方法在較大范圍內調整機械性能,滿足強度、塑性、韌性的需要,但是,其耐腐蝕性卻不夠理想。所以人們在實踐中希望尋找到一種新型不銹鋼,它即能保持鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性,又具有馬氏體不銹鋼可通過熱處理方法調整機械性能的特征。
于(yu)是(shi)(shi),沉淀硬(ying)化(hua)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼最初與20世(shi)紀(ji)40年代(dai)研制出(chu)來,是(shi)(shi)增加(jia)耐(nai)腐(fu)蝕性并通過(guo)沉淀硬(ying)化(hua)來提供強(qiang)度(du)的(de)(de)高強(qiang)度(du)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼,被用(yong)于(yu)彈簧、飛機、火(huo)箭等。早(zao)在1934年美(mei)國人獲得了(le)沉淀硬(ying)化(hua)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼專利,20世(shi)紀(ji)40年代(dai)正式用(yong)于(yu)軍(jun)工,后期推廣(guang)到民用(yong)。它們最重要的(de)(de)性能(neng),就是(shi)(shi)易(yi)于(yu)加(jia)工、高的(de)(de)強(qiang)度(du)、較好的(de)(de)延性和優異的(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕性能(neng)。
20世紀60年代以后,一(yi)方(fang)面由(you)(you)于鋼(gang)種系列化(hua),標準化(hua);另一(yi)方(fang)面由(you)(you)于國際(ji)鎳公司成功研制出馬氏體時(shi)效鋼(gang),客(ke)觀上(shang)推動(dong)了(le)沉淀硬化(hua)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)強(qiang)韌(ren)性(xing)的(de)(de)(de)改(gai)善和提高(gao)(gao),刺激了(le)超高(gao)(gao)強(qiang)度(du)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)發展(zhan),在利用其特殊性(xing)能的(de)(de)(de)各種用途中(zhong),它們就越來越顯(xian)得重要。
沉(chen)淀(dian)硬化不(bu)銹鋼(gang)一(yi)般按其組織形態(tai)可(ke)分為(wei)四類:沉(chen)淀(dian)硬化馬氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)、沉(chen)淀(dian)硬化半奧氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)、沉(chen)淀(dian)硬化奧氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)、奧氏體(ti)(ti)(ti)-鐵素體(ti)(ti)(ti)型沉(chen)淀(dian)硬化不(bu)銹鋼(gang)。
常(chang)用的沉(chen)淀硬(ying)化(hua)(hua)不(bu)(bu)銹鋼(gang)常(chang)冠(guan)以“PH”標注,所以沉(chen)淀硬(ying)化(hua)(hua)不(bu)(bu)銹鋼(gang)也成為(wei)PH不(bu)(bu)銹鋼(gang)。如(ru)PH17-4(或17-4PH)為(wei)0Cr17Ni4Cu4Nb , PH17-7(或17-7PH)為(wei)0Cr17Ni7Al。在我過(guo)現有標準中列出0Cr17Ni4Cu4Nb同馬氏(shi)(shi)體(ti)沉(chen)淀硬(ying)化(hua)(hua)不(bu)(bu)銹鋼(gang),0Cr17Ni7Al屬于奧氏(shi)(shi)體(ti)沉(chen)淀硬(ying)化(hua)(hua)不(bu)(bu)銹鋼(gang)。
1. 沉(chen)淀硬化馬氏體不(bu)銹鋼(gang)
從用(yong)量上(shang),馬氏體型沉(chen)淀(dian)硬(ying)化不銹鋼比其(qi)他類型使用(yong)得(de)更(geng)多(duo)。由(you)于它們(men)在(zai)(zai)固溶-退火狀態的(de)硬(ying)度(du)較高(gao),它們(men)主要(yao)以棒材(cai)、圓材(cai)、線材(cai)和大型鍛件的(de)形式使用(yong),只有極(ji)少(shao)量用(yong)作(zuo)板材(cai)。對這些合金中奧氏體和鐵素(su)體是這樣來平衡的(de),即在(zai)(zai)固溶熱處理(li)和冷(leng)卻(que)至(zhi)室溫后,它們(men)呈現馬氏體狀態。
自(zi)20世紀40年代以(yi)來(lai),馬(ma)氏體(ti)沉淀硬化(hua)(hua)(hua)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)已經發展成(cheng)(cheng)為完整(zheng)的系列。為保證獲得(de)良好的耐蝕性和(he)可焊性,馬(ma)氏體(ti)沉淀硬化(hua)(hua)(hua)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)中(zhong)含碳量(liang)(liang)要低,一(yi)般在(zai)0.1%以(yi)下,鉻含量(liang)(liang)一(yi)般17%以(yi)上(shang),并加(jia)入適量(liang)(liang)硬化(hua)(hua)(hua)元素(su)(鎳(nie)、銅、鉬、鈦和(he)鋁等)進(jin)行強化(hua)(hua)(hua),使其在(zai)固(gu)溶退(tui)火處理時不(bu)形成(cheng)(cheng)鐵素(su)體(ti)和(he)過量(liang)(liang)殘余(yu)奧氏體(ti),不(bu)降低馬(ma)氏體(ti)開(kai)始轉變溫度(du),同時能(neng)更(geng)好發揮(hui)沉淀硬化(hua)(hua)(hua)元素(su)的強化(hua)(hua)(hua)效(xiao)應(ying)(ying),以(yi)彌補強度(du)不(bu)足,并改善耐蝕性。從改善鋼(gang)(gang)材力學性能(neng)考慮,必須嚴格控制化(hua)(hua)(hua)學成(cheng)(cheng)分以(yi)減少鋼(gang)(gang)中(zhong)鐵素(su)體(ti)和(he)殘余(yu)奧氏體(ti)含量(liang)(liang)。這類鋼(gang)(gang)具有良好的耐蝕性和(he)抗(kang)氧化(hua)(hua)(hua)性,但(dan)合金含量(liang)(liang)高,價(jia)格昂(ang)貴,目前應(ying)(ying)用在(zai)火箭(jian)和(he)導彈上(shang),作為蒙皮材料。
2. 沉淀硬(ying)化半奧氏體(ti)不銹鋼
這(zhe)些(xie)合金(jin)稱作半奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)型,是(shi)因為在退火(固溶處理(li)(li))狀(zhuang)態下,它(ta)們(men)基本是(shi)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti),但通過簡單的(de)熱(re)處理(li)(li)或(huo)者形變熱(re)處理(li)(li),就不(bu)能轉變為馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)。為了制造這(zhe)種合金(jin),對奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)和鐵素體(ti)之間的(de)平衡(heng),必須保持非(fei)常嚴格的(de)控制。奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)和(或(huo)者)鐵素體(ti)量太(tai)高,奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)將(jiang)(jiang)趨(qu)穩定,而不(bu)轉變成馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)。奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)平衡(heng)值太(tai)低,退火狀(zhuang)態的(de)穩定奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)將(jiang)(jiang)部分存留(liu),或(huo)者不(bu)能產生完全的(de)馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)轉變。
3. 沉淀硬(ying)化奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)
這是(shi)一種(zhong)添加碳、磷(lin)(lin)、氮、鋁、鈦(tai)、鈮、釩等元素使(shi)碳化物、氮化物、磷(lin)(lin)化物存在(zai)奧氏體基(ji)體中析出進行強(qiang)化的(de)鋼種(zhong),利用了與耐熱鋼相(xiang)同(tong)的(de)硬化機制。與奧氏體的(de)不(bu)同(tong)之處(chu)在(zai)于通過(guo)不(bu)同(tong)類(lei)型沉淀相(xiang)使(shi)其獲(huo)得(de)不(bu)同(tong)高溫溫度的(de)力學性能(neng)。
4. 奧(ao)氏體-鐵素體型沉淀硬化不銹(xiu)鋼
這(zhe)類鋼(gang)(gang)的(de)基體(ti)組織為奧氏體(ti)和鐵(tie)素(su)體(ti)兩相組織,添(tian)加(jia)(jia)的(de)沉淀硬化合(he)金元素(su)的(de)特點是(shi)易(yi)溶(rong)于(yu)奧氏體(ti)而不易(yi)溶(rong)于(yu)鐵(tie)素(su)體(ti),在(zai)固(gu)溶(rong)處理時過于(yu)溶(rong)于(yu)鐵(tie)素(su)體(ti)中(zhong),在(zai)時效處理時從鐵(tie)素(su)體(ti)中(zhong)析出,使鋼(gang)(gang)得到(dao)強化,為了保證這(zhe)類鋼(gang)(gang)中(zhong)鐵(tie)素(su)體(ti)的(de)穩定性,較多地加(jia)(jia)入了硅、鉬元素(su)。這(zhe)類鋼(gang)(gang)熱(re)加(jia)(jia)工性不好(hao),多作為鑄件使用。