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(dian)硬(ying)化(hua)型不(bu)銹鋼


  奧氏體和鐵素體不(bu)銹鋼有良好的耐蝕性,但強度較低;馬氏體不(bu)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,兼有奧氏體不銹鋼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。


  沉淀硬化不銹(xiu)鋼兼有(you)強度(du)高、耐蝕性(xing)好的特(te)點。其耐蝕性(xing)不但與(yu)化學成分(fen)有(you)關(guan),還與(yu)熱處(chu)理有(you)關(guan),特(te)別是(shi)與(yu)時效溫度(du)密切相關(guan)。


  微細相的(de)析出(chu)或時效反應對耐腐蝕性有害,但(dan)能(neng)提(ti)高鋼的(de)強度和硬度。若進行(xing)過時效處(chu)理,則(ze)對耐蝕性有益,但(dan)會降(jiang)低鋼的(de)強度。


  沉淀硬化(hua)不銹(xiu)鋼屬于高(gao)強(qiang)度不銹(xiu)鋼,在工業應用中(zhong)要(yao)特(te)別注意氫裂和(he)應力腐蝕開裂,因為這兩種腐蝕形式對高(gao)強(qiang)度和(he)內部組織(zhi)特(te)別敏感。


  沉淀(dian)(dian)硬(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)不銹鋼按其(qi)組織特征可(ke)分為(wei)(wei)以05Cr17Ni4Cu4Nb(630)為(wei)(wei)代表(biao)的(de)馬氏(shi)體(ti)型(xing)沉淀(dian)(dian)硬(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)鋼、以06Cr15Ni25Ti2MoA1VB為(wei)(wei)代表(biao)的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)沉淀(dian)(dian)硬(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)不銹鋼、以07Cr17Ni7Al(631)和07Cr15Ni7Mo2Al(632)為(wei)(wei)代表(biao)的(de)半奧(ao)氏(shi)體(ti)型(xing)沉淀(dian)(dian)硬(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)鋼和以022Cr12Ni10AlTi為(wei)(wei)代表(biao)的(de)馬氏(shi)體(ti)時(shi)(shi)效(xiao)不銹鋼。它們是利(li)用熱處理后(hou)時(shi)(shi)效(xiao)析(xi)出Cu、Al、Ti、Nb等的(de)金屬化(hua)(hua)(hua)合物(wu)來提高(gao)材(cai)料的(de)強度。


  這種類型鋼的主要特點是(shi)不(bu)銹鋼可借(jie)助于熱(re)處(chu)理工藝調(diao)整其(qi)性能,使(shi)其(qi)在(zai)鋼的成(cheng)形、設備制造過(guo)程中處(chu)于易加(jia)工和易成(cheng)形的組織狀態。半奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)沉淀(dian)硬化不(bu)銹鋼是(shi)通過(guo)馬氏(shi)體(ti)(ti)相變和沉淀(dian)硬化的,奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)、馬氏(shi)體(ti)(ti)沉淀(dian)硬化不(bu)銹鋼是(shi)通過(guo)沉淀(dian)硬化處(chu)理使(shi)其(qi)具有(you)高的強度和良(liang)好的韌性。


1. 馬氏體沉淀硬化不銹鋼


  馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),其(qi)代表鋼(gang)(gang)(gang)種(zhong)有(you)05Cr17Ni5Cu4Nb(XM-12)、05Cr17Ni4Cu4Nb(630)等,這類鋼(gang)(gang)(gang)經固溶處理(li)后,在(zai)(zai)室溫(wen)時為(wei)低碳(tan)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)組織。該類鋼(gang)(gang)(gang)雖然比普通(tong)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)易于加(jia)工,但不如半奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),并且較難(nan)進行深度(du)(du)(du)冷加(jia)工成形。馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)經時效處理(li)產生沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)來(lai)提高(gao)鋼(gang)(gang)(gang)的強度(du)(du)(du)和(he)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du),與半奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)相(xiang)比,其(qi)強化(hua)機理(li)相(xiang)同,但熱處理(li)工藝簡單(dan),通(tong)過(guo)改變時效溫(wen)度(du)(du)(du),可在(zai)(zai)相(xiang)當寬的范圍內調整鋼(gang)(gang)(gang)的力學性(xing)能(neng)。其(qi)耐(nai)蝕(shi)性(xing)可接近18-8型奧氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),比普通(tong)馬氏(shi)(shi)(shi)體(ti)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)優越。


2. 奧氏(shi)體沉淀硬化不銹鋼


  奧氏(shi)體沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不銹鋼的(de)(de)代表(biao)鋼種是06Cr15Ni25Ti2MoAlVB(660)以及10Cr17Ni10P。該類鋼沒有相變過程,只有通過時(shi)效處(chu)理析出金(jin)屬(shu)間化(hua)合(he)物達到強化(hua)的(de)(de)目的(de)(de)。與其他類型沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不銹鋼相比,奧氏(shi)體沉(chen)淀(dian)硬化(hua)不銹鋼的(de)(de)耐蝕性高,加工性能好(hao)。


3. 半奧氏體沉淀硬化不銹鋼


  半奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體沉(chen)淀硬化(hua)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)代表(biao)鋼(gang)種(zhong)有(you)07Cr17Ni7Al(631)、07Cr15Ni7Mo2Al(632)。該(gai)類鋼(gang)中(zhong)均含(han)有(you)15%~17%的(de)(de)(de)(de)Cr,并含(han)有(you)Ni、Mo等(deng)元素,因此(ci)具有(you)足夠的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹(xiu)性,而且其耐蝕性在(zai)一(yi)(yi)些介質中(zhong)與18-8型奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)相(xiang)當或相(xiang)近。該(gai)類鋼(gang)一(yi)(yi)般以固(gu)溶狀態供貨,其金相(xiang)組織基本為(wei)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體,并含(han)有(you)5%~20%的(de)(de)(de)(de)鐵素體。奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體塑性好,容易進行冷加工成(cheng)(cheng)形和焊(han)接,待加工成(cheng)(cheng)形后再進行特(te)殊的(de)(de)(de)(de)中(zhong)間處理(li),使奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)體轉變(bian)為(wei)低碳馬氏(shi)體,并通過時效處理(li),進行沉(chen)淀硬化(hua)來達(da)到(dao)更(geng)高的(de)(de)(de)(de)強度(du)。


  07Cr15Ni7Mo2Al(632)鋼的綜合性能優于07Cr17Ni7Al(631)鋼,因此在(zai)化學工業中應用較(jiao)廣,主要用于制造耐蝕性好并且具(ju)有高強度的各種容器、管道、彈簧等,其(qi)耐蝕性優于馬氏(shi)體不(bu)(bu)銹鋼、馬氏(shi)體沉淀硬化不(bu)(bu)銹鋼和(he)馬氏(shi)體時效鋼。


  在固(gu)溶狀態(tai)下,07Cr17Ni7Al(631)和 07Cr15Ni7Mo2Al(632)鋼具有(you)(you)奧氏體組織結構時,能(neng)夠承受冷(leng)(leng)加(jia)(jia)工(gong)變形,但是這(zhe)兩種鋼都(dou)具有(you)(you)冷(leng)(leng)加(jia)(jia)工(gong)硬(ying)(ying)化傾向,因此冷(leng)(leng)軋、冷(leng)(leng)沖壓等都(dou)應采(cai)用少道次、大壓下量、增(zeng)加(jia)(jia)多次中間固(gu)溶處理的(de)工(gong)藝(yi)方法來(lai)進行加(jia)(jia)工(gong)。熱加(jia)(jia)工(gong)較容(rong)易,合(he)適的(de)加(jia)(jia)工(gong)溫度為950~1150℃。半(ban)奧氏體沉淀(dian)硬(ying)(ying)化不銹鋼的(de)熱處理工(gong)藝(yi)較為復雜,且要(yao)求(qiu)非常(chang)嚴(yan)格。只有(you)(you)按照(zhao)規(gui)(gui)定(ding)的(de)工(gong)藝(yi)規(gui)(gui)范(溫度、時間、冷(leng)(leng)卻速度)予以控制(zhi),才(cai)能(neng)獲得(de)較佳的(de)力學性能(neng)。


  該(gai)類鋼焊接(jie)性良好,可采用電弧焊、氬弧焊,焊前(qian)不(bu)需(xu)預熱(re),焊后需(xu)進(jin)行固(gu)溶退(tui)火處理(li)。


4. 馬氏體時效鋼


  馬氏(shi)體時(shi)效鋼的(de)碳(tan)含量很低(di),一般不大于0.03%,甚(shen)至達(da)到了高純(chun)化。通常(chang)是以(yi)馬氏(shi)體狀態供貨的(de),具(ju)有優良的(de)塑性、韌性和冷(leng)加工(gong)成形性(冷(leng)變形量可達(da)80%以(yi)上),它是通過時(shi)效處理析出金屬間化合物而達(da)到高強度。


  馬氏(shi)體(ti)(ti)時效鋼(gang)因(yin)無(wu)鐵(tie)素體(ti)(ti)(8相)和碳化物析出等原因(yin),在某些環境介質(zhi)條件下對應力(li)腐(fu)蝕敏感(gan),但比普通馬氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)和馬氏(shi)體(ti)(ti)沉淀硬化不銹鋼(gang)的性(xing)能優越得多。


  馬(ma)氏體(ti)(ti)時效(xiao)鋼(gang)利用固(gu)溶(rong)和時效(xiao)產生馬(ma)氏體(ti)(ti)相(xiang)變(bian),以及超低碳馬(ma)氏體(ti)(ti)和金屬間化合(he)物等相(xiang)結(jie)合(he)的(de)(de)方(fang)法,獲得了優良的(de)(de)綜合(he)力學性(xing)(xing)能和工藝(包(bao)括焊接(jie))性(xing)(xing)能,并兼有一定(ding)的(de)(de)耐蝕性(xing)(xing),已成為析出硬(ying)化型不銹鋼(gang)的(de)(de)發展方(fang)向(xiang),并成為正(zheng)在發展中的(de)(de)新一代高強度不銹鋼(gang)。


  屬于馬氏體時(shi)效鋼(gang)(gang)的(de)有 022Cr16Ni6MoCuNb 和022Cr14Ni6Mo2AlNb 等。022Cr16Ni6MoCuNb鋼(gang)(gang)的(de)耐(nai)蝕性相當于06Cr18Ni10奧氏體不銹鋼(gang)(gang),其強度卻是06Cr18Ni10鋼(gang)(gang)的(de)3倍。


  由于(yu)沉淀硬化不(bu)銹鋼在時效狀態下(xia)使用,通常(chang)鋼中有(you)碳化鉻及金屬間相析出,硬度較高,適(shi)于(yu)制造承受腐蝕和(he)磨(mo)損的零部(bu)件(jian)。