GB/T 1220-2007中列入了兩個低碳含鎳的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(you)于(yu)14Cr17Ni2鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)碳、鉻、鎳(nie)(nie)三個主要(yao)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)上(shang)、下限較寬,并且含(han)有錳(meng)、硅(gui)等元(yuan)素(su)(su)(su)(su),一般煉鋼(gang)(gang)方法不(bu)(bu)可避免的(de)(de)(de)(de)氮(dan)也存在于(yu)鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong),這(zhe)樣鋼(gang)(gang)中(zhong)(zhong)既(ji)有穩定(ding)奧氏(shi)體的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)碳、鎳(nie)(nie)、錳(meng)、氮(dan),又有形成(cheng)(cheng)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)(su)鉻、硅(gui),就使鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)變得復雜,但在大多數情況下都具有兩(liang)相組(zu)(zu)織(zhi)(圖(tu)9.22)。由(you)圖(tu)9.22可知(zhi),14Cr17Ni2鋼(gang)(gang)自高溫快冷以后(hou)的(de)(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)是(shi)奧氏(shi)體、馬氏(shi)體和鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體。14Cr17Ni2鋼(gang)(gang)化(hua)學成(cheng)(cheng)分的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)大變化(hua)(在規(gui)定(ding)的(de)(de)(de)(de)范(fan)圍內(nei)),即可引(yin)起(qi)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)很(hen)大差別。如(ru)表(biao)9.23所示的(de)(de)(de)(de)兩(liang)種成(cheng)(cheng)分的(de)(de)(de)(de)14Cr17Ni2鋼(gang)(gang),前者含(han)有20%的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體,后(hou)者由(you)于(yu)成(cheng)(cheng)分中(zhong)(zhong)少了(le)1.35%Cr,多了(le)0.4%Ni和0.04%N,組(zu)(zu)織(zhi)中(zhong)(zhong)沒有了(le)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體。可見14Cr17Ni2鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)碳、錳(meng)、鎳(nie)(nie)偏(pian)上(shang)限,鉻和硅(gui)偏(pian)下限時,鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)(su)(su)體含(han)量(liang)減少,反之則增(zeng)多。氮(dan)雖然不(bu)(bu)是(shi)規(gui)定(ding)的(de)(de)(de)(de)元(yuan)素(su)(su)(su)(su),但微量(liang)的(de)(de)(de)(de)氮(dan)卻起(qi)著很(hen)大的(de)(de)(de)(de)作用(圖(tu)9.19)。
與(yu)12Cr13鋼(gang)(gang)一(yi)(yi)樣,14Cr17Ni2鋼(gang)(gang)中出現大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)的(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)(tie)素體(ti)(ti)時(shi),使(shi)(shi)力學性能降低(di),主(zhu)要表(biao)現在(zai)沖擊韌度(du)方(fang)面(表(biao)9.24),對強(qiang)度(du)的(de)(de)(de)影響(xiang)較(jiao)小。14Cr17Ni2鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)沖擊韌度(du)還與(yu)鐵(tie)(tie)(tie)素體(ti)(ti)的(de)(de)(de)分布(bu)有關(guan),鐵(tie)(tie)(tie)素體(ti)(ti)呈斷(duan)續網狀(zhuang)分布(bu)的(de)(de)(de)ak值最低(di),而呈明顯帶(dai)狀(zhuang)分布(bu)的(de)(de)(de)ak值比(bi)前者可高(gao)出3倍左右。14Cr17Ni2鋼(gang)(gang)存在(zai)的(de)(de)(de)大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)鐵(tie)(tie)(tie)素體(ti)(ti)還會(hui)使(shi)(shi)熱(re)塑(su)性降低(di),鍛造(zao)時(shi)形成裂紋的(de)(de)(de)傾向(xiang)增大(da)。根據生產實踐經驗,將14Cr17Ni2鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)成分控制在(zai)下(xia)列范(fan)圍(wei)內(nei):C含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)為(wei)(wei)0.13%~0.17%,Si含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)不大(da)于0.37%,Mn含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)不大(da)于0.6%,Cr含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)為(wei)(wei)16.5%~17.5%,Ni含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)為(wei)(wei)2.2%~2.5%,可使(shi)(shi)8鐵(tie)(tie)(tie)素體(ti)(ti)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)為(wei)(wei)10%~15%,保證一(yi)(yi)般力學性能的(de)(de)(de)要求。也有人主(zhu)張將鋼(gang)(gang)中的(de)(de)(de)三個主(zhu)要元(yuan)素調整在(zai)下(xia)列范(fan)圍(wei)內(nei):C含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)為(wei)(wei)0.15%~0.25%,Cr含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)為(wei)(wei)16%~16.8%,Ni含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)為(wei)(wei)2%~2.5%,這樣可使(shi)(shi)δ鐵(tie)(tie)(tie)素體(ti)(ti)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)限制在(zai)3%~5%,保證要求的(de)(de)(de)力學性能,但會(hui)帶(dai)來下(xia)述兩個問題(ti):一(yi)(yi)是增加碳(tan)和降低(di)鉻以后會(hui)損及(ji)(ji)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)耐腐蝕性能;二是由于碳(tan)及(ji)(ji)鎳的(de)(de)(de)提高(gao)導致鋼(gang)(gang)中殘(can)余奧氏體(ti)(ti)含(han)(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)增多。
14Cr17Ni2鋼(gang)的鍛(duan)造(zao)(zao)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)規范是:始鍛(duan)溫(wen)(wen)(wen)度(du)1150℃,終鍛(duan)溫(wen)(wen)(wen)度(du)800~900℃。鍛(duan)造(zao)(zao)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)不能(neng)過高,在高溫(wen)(wen)(wen)下停留的時(shi)間(jian)(jian)也不要過久,以(yi)免析出(chu)大量(liang)的鐵素體,影響(xiang)熱(re)處理以(yi)后的力學(xue)性能(neng)。圖(tu)9.28為14Cr17Ni2鋼(gang)(成分:0.18%C、0.41%Si、16.10%Cr、1.90%Ni、0.70%Mn)于不同溫(wen)(wen)(wen)度(du)和時(shi)間(jian)(jian)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)后的鐵素體數(shu)量(liang)的變化。可(ke)以(yi)看出(chu),加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)較之加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)時(shi)間(jian)(jian)更(geng)能(neng)影響(xiang)鋼(gang)中(zhong)的鐵素體含量(liang),而且在加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)至1000℃以(yi)上才顯(xian)(xian)著增多,因此過熱(re)易發生于鍛(duan)造(zao)(zao)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)不當時(shi)。淬火加(jia)(jia)(jia)(jia)熱(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)過高及(ji)保溫(wen)(wen)(wen)時(shi)間(jian)(jian)過久也會使鐵素體含量(liang)增多,但(dan)不及(ji)鍛(duan)造(zao)(zao)過熱(re)顯(xian)(xian)著。
鍛(duan)造時(shi)還應注意要有(you)足夠的(de)鍛(duan)造比,合理地分(fen)配每次(ci)加熱的(de)變形量,以使鐵素體晶粒破碎,獲得(de)有(you)利于韌(ren)性的(de)分(fen)布(bu)狀(zhuang)態(tai),以及防止因變形不均勻而在兩相的(de)界面上(shang)產生裂紋。
14Cr17Ni2鋼(gang)的軟化處(chu)理與(yu)Cr13型不銹鋼(gang)一樣,也是(shi)(shi)采用(yong)高(gao)溫回火(huo)或完全退火(huo)。前者是(shi)(shi)加(jia)熱至(zhi)(zhi)650℃左右(you)保溫后(hou)(hou)于空氣中冷(leng)卻(que);后(hou)(hou)者是(shi)(shi)加(jia)熱至(zhi)(zhi)850~880℃保溫后(hou)(hou)爐冷(leng)至(zhi)(zhi)750℃后(hou)(hou)空冷(leng)。需要特(te)別指(zhi)出的是(shi)(shi),14Cr17Ni2鋼(gang)是(shi)(shi)不銹鋼(gang)中對白點很(hen)敏感的鋼(gang),用(yong)以生產大(da)型鍛件(jian)(jian),鍛后(hou)(hou)應進行(xing)去(qu)白點退火(huo),否則(ze)鍛件(jian)(jian)有(you)產生白點的可能。
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(fu)蝕傾向。
14Cr17Ni2鋼的(de)(de)淬火一般采用(yong)油冷,淬火后的(de)(de)組織為馬氏(shi)體、鐵素體及少量的(de)(de)殘余奧氏(shi)體。
14Cr17Ni2鋼通常采用在(zai)275~350℃與(yu)550℃以上回(hui)火(huo)。275~350℃低溫(wen)回(hui)火(huo)后的(de)(de)基體組(zu)織為回(hui)火(huo)馬氏(shi)體,具(ju)有高的(de)(de)硬度(du)(350~402HB)與(yu)耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)能,適(shi)用于(yu)要(yao)求(qiu)高硬度(du)及耐(nai)腐(fu)蝕的(de)(de)零件。550~700℃高溫(wen)回(hui)火(huo)后的(de)(de)基體組(zu)織為回(hui)火(huo)索氏(shi)體,強度(du)與(yu)韌性(xing)配合(he)(he)較好(hao),耐(nai)蝕性(xing)也高。這兩種狀態的(de)(de)顯微組(zu)織雖然不同(tong),但(dan)都具(ju)有較高的(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)能,沒有明顯的(de)(de)差別,在(zai)濃度(du)為50%的(de)(de)冷態或沸騰(teng)的(de)(de)5%硝酸中(zhong),均具(ju)有10級標準中(zhong)的(de)(de)第(di)3級(表9.1)。高溫(wen)回(hui)火(huo)工藝主(zhu)要(yao)用于(yu)要(yao)求(qiu)強度(du)和韌性(xing)配合(he)(he)較好(hao)和耐(nai)腐(fu)蝕的(de)(de)結構零件。
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)(huo)的(de)14Cr17Ni2鋼中存(cun)在(zai)殘余奧(ao)(ao)氏體(ti)時,在(zai)高溫(wen)回(hui)(hui)火(huo)(huo)過程中它們(men)不可能(neng)完全等溫(wen)分解,而(er)是(shi)析出一部(bu)分碳化物后殘余奧(ao)(ao)氏體(ti)的(de)穩(wen)定性(xing)降低(di)(di),于回(hui)(hui)火(huo)(huo)過程中轉變為馬(ma)(ma)氏體(ti),結果使調質后鋼的(de)強度升高,而(er)塑(su)性(xing)與韌(ren)性(xing)降低(di)(di)。在(zai)這種情況(kuang)下,可在(zai)原來的(de)回(hui)(hui)火(huo)(huo)溫(wen)度再進(jin)行一次回(hui)(hui)火(huo)(huo),使新(xin)生成的(de)馬(ma)(ma)氏體(ti)分解為回(hui)(hui)火(huo)(huo)索氏體(ti),從而(er)使強度降低(di)(di),而(er)塑(su)性(xing)與韌(ren)性(xing)提高。
14Cr17Ni2鋼熱處理(li)后(hou)具(ju)有(you)較高的(de)(de)強度(du)和(he)(he)硬(ying)度(du),對(dui)氧化酸(suan)類及有(you)機(ji)鹽(yan)類的(de)(de)水溶(rong)液有(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)耐(nai)蝕性(xing),一般用(yong)于既要求(qiu)高力(li)學性(xing)能的(de)(de)可(ke)淬硬(ying)性(xing),又(you)要求(qiu)較高的(de)(de)耐(nai)硝(xiao)酸(suan)及有(you)機(ji)酸(suan)腐蝕的(de)(de)零件(jian)、容器和(he)(he)設備,如軸類、活塞桿、泵、閥等的(de)(de)部件(jian),以(yi)及彈(dan)簧和(he)(he)緊固件(jian)等。
17Cr16Ni2是(shi)新列(lie)入(ru) GB/T 1220-2007中的鋼號。與14Cr17Ni2鋼相比,17Cr16Ni2鋼適(shi)當增加了(le)碳含量,略減少鉻含量,從而明顯(xian)改善了(le)鋼的加工性(xing)能。該鋼適(shi)于制作要求(qiu)較高強度、韌(ren)性(xing)和良好耐蝕性(xing)的零部件(jian),以及(ji)在潮濕(shi)介質(zhi)中承受應力的部件(jian)。
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