沉淀硬化不銹鋼

金屬材料學(xué)—不銹鋼〔StainlessSteel〕制詹載雷

不銹鋼的簡(jiǎn)要概述影響不銹鋼的組織和性能的因素

沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼的應(yīng)用舉例及展望不銹鋼的簡(jiǎn)要概述不銹鋼的簡(jiǎn)要概述一.定義：廣義：不銹鋼是對(duì)在自然環(huán)境或一定介質(zhì)中具有耐蝕性的一類鋼種的統(tǒng)稱。狹義：在大氣和酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)中呈現(xiàn)鈍態(tài)、耐蝕而不生銹的高鉻(一般為12%~30%)合金鋼。目前通常把能夠抵抗大氣或者弱腐蝕介質(zhì)的鋼叫做不銹鋼，而把能夠抵抗強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的鋼叫做耐酸鋼，因此不銹鋼按耐蝕性可以分為不銹鋼和耐酸鋼。耐蝕性也成為不銹鋼最主要的性能指標(biāo)。不銹鋼的簡(jiǎn)要概述二.不銹鋼的分類

鐵素體不銹鋼馬氏體不銹鋼按金相組織分類奧氏體不銹鋼沉淀硬化不銹鋼鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼等

按主要化學(xué)成分分類：鉻不銹鋼、鎳鉻不銹鋼

按主要節(jié)約元素分類：節(jié)鎳不銹鋼、無(wú)鎳不銹鋼等

按化學(xué)成分分類

按特征組成元素分類：高硅不銹鋼、高鉬不銹鋼等

按C、N和雜質(zhì)元素的控制含量分類：普通不銹鋼、低碳不銹鋼和超低碳不銹鋼、高純不銹鋼

按使用介質(zhì)和環(huán)境分類：耐硝酸不銹鋼、耐

硫酸不銹鋼、耐海水不銹鋼等

按耐蝕性能分類：耐應(yīng)力腐蝕不銹鋼、耐點(diǎn)按用途和特點(diǎn)分類

蝕不銹鋼、耐磨蝕不銹鋼等

按功能特點(diǎn)分類：無(wú)磁不銹鋼、易切削不銹

鋼、高強(qiáng)度不銹鋼、低溫不銹鋼、超低溫

銹鋼、超塑性不銹鋼等

不銹鋼的簡(jiǎn)要概述不銹鋼的簡(jiǎn)要概述三.不銹鋼的牌號(hào)2023年，我國(guó)發(fā)布了不銹鋼的新牌號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。新牌號(hào)與舊牌號(hào)在標(biāo)識(shí)上根本沒(méi)有太大的變動(dòng)，主要的化學(xué)元素標(biāo)識(shí)都沒(méi)有變動(dòng)，只有碳含量標(biāo)識(shí)和個(gè)別鋼種里面的化學(xué)元素發(fā)生了變動(dòng)。舊牌號(hào)含碳量以千分之幾表示。如果Wc≤0.08﹪為低碳，標(biāo)識(shí)為“0〞，如0Cr18Ni9；Wc≤0.03﹪為超低碳，表示為“00〞，如Cr17Ni14Mo2。新牌號(hào)含碳量以萬(wàn)分之幾表示。022Cr17Ni12Mo2鋼中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.022﹪，其它標(biāo)識(shí)根本不變。不銹鋼的簡(jiǎn)要概述四.金屬腐蝕的本質(zhì)與根本類型金屬腐蝕是其外表在介質(zhì)中的直接化學(xué)反響或電化學(xué)反響的結(jié)果。鋼在高溫下氧化稱為化學(xué)腐蝕。鋼在電解質(zhì)的作用下，不同部位之間，如不同的相之間、同一相的晶界和晶內(nèi)之間由于電極電位不同而構(gòu)成的原電池腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕。金屬腐蝕的本質(zhì)金屬在腐蝕過(guò)程中所發(fā)生的化學(xué)變化，從根本上來(lái)說(shuō)就是金屬單質(zhì)被氧化形成化合物。金屬腐蝕的根本類型均勻腐蝕均勻腐蝕〔uniformcorrosion〕指在接觸腐蝕介質(zhì)的全外表或大局部外表均勻進(jìn)行的腐蝕。是最常見(jiàn)的腐蝕形態(tài)。其過(guò)程可以是化學(xué)腐蝕，也可以是電化學(xué)腐蝕。均勻腐蝕也稱全面腐蝕。結(jié)果是使金屬變薄，最后的破壞是使結(jié)構(gòu)穿孔或發(fā)生類似于超載引起的破壞。均勻腐蝕時(shí)金屬的腐蝕損耗最為嚴(yán)重，但其技術(shù)與平安管理的難度最小，因?yàn)榭梢苑奖愕毓烙?jì)壽命，經(jīng)常測(cè)厚，可以防止平安事故。不銹鋼的簡(jiǎn)要概述點(diǎn)腐蝕點(diǎn)腐蝕又稱為孔蝕，是發(fā)生在金屬外表局部區(qū)域的一種腐蝕形式，它往往是由于造成不銹鋼外表鈍化膜的局部破壞所引起的，另外，不銹鋼的外表缺陷如疏松、非金屬夾雜物等也是引起點(diǎn)腐蝕的重要原因。這種腐蝕破壞多數(shù)出現(xiàn)在含Cl‐和氯化鹽的溶液中，孔蝕一旦形成，變迅速向金屬厚度的深處開展，直至金屬穿透。因此，點(diǎn)腐蝕也是一種危害性較大且常見(jiàn)的腐蝕破壞形式。其腐蝕傾向大小一般用單位面積上的腐蝕坑數(shù)量及最大深度來(lái)評(píng)定。晶間腐蝕晶間腐蝕是沿著金屬晶粒間的分界面向內(nèi)部擴(kuò)展的腐蝕。主要由于晶粒外表和內(nèi)部間化學(xué)成分的差異以及晶界雜質(zhì)或內(nèi)應(yīng)力的存在。晶間腐蝕破壞晶粒間的結(jié)合，大大降低金屬的機(jī)械強(qiáng)度。而且腐蝕發(fā)生后金屬和合金的外表仍保持一定的金屬光澤，看不出被破壞的跡象，但晶粒間結(jié)合力顯著減弱，力學(xué)性能惡化,不能經(jīng)受敲擊，所以是一種很危險(xiǎn)的腐蝕。不銹鋼的簡(jiǎn)要概述應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕是指處于拉應(yīng)力狀態(tài)下的金屬在特定的腐蝕介質(zhì)中，沿某些顯微路徑發(fā)生腐蝕而導(dǎo)致的破壞。隨著拉應(yīng)力的增大，發(fā)生破裂的時(shí)間縮短，當(dāng)取消應(yīng)力時(shí)，鋼的腐蝕量很小，并且不發(fā)生破裂。應(yīng)力腐蝕破壞的特征是裂紋與拉應(yīng)力的方向垂直，斷口呈脆性破壞，斷口附近有許多裂紋，裂紋的顯微路徑有沿晶界分布和穿晶分布或兩種形態(tài)兼有的特征。金屬應(yīng)力腐蝕斷裂是具有選擇性的，一定的金屬在一定的介質(zhì)中才會(huì)產(chǎn)生。例如：低碳鋼在濃的堿液中〔稱為堿脆〕；奧氏體不銹鋼在熱濃氯化物溶液中〔稱為氯脆〕等。d)磨損腐蝕金屬中同時(shí)存在著腐蝕和機(jī)械磨損，兩者互相加速的腐蝕叫著磨損腐蝕。除了機(jī)械運(yùn)動(dòng)外，腐蝕介質(zhì)流體和金屬外表間的相互運(yùn)動(dòng)也能引起這種腐蝕。另外，氣泡腐蝕也是磨損腐蝕的一種特殊形式，例如運(yùn)動(dòng)的螺旋槳、葉輪可使液體壓力降低，從而使液體蒸發(fā)形成氣泡，當(dāng)葉輪使壓力再次升高時(shí)，那么會(huì)使氣泡破裂。破裂的沖擊波使金屬外表的保護(hù)膜破壞，加劇了腐蝕，最后導(dǎo)致氣泡腐蝕破壞。不銹鋼的簡(jiǎn)要概述腐蝕疲勞腐蝕疲勞是在交變應(yīng)力作用下金屬在腐蝕介質(zhì)中的腐蝕破壞?；ぴO(shè)備中許多金屬材料構(gòu)件都工作在腐蝕的環(huán)境中，同時(shí)還承受著交變載荷的作用。與惰性環(huán)境中承受交變載荷的情況相比，交變載荷與侵蝕性環(huán)境的聯(lián)合作用往往會(huì)顯著降低構(gòu)件疲勞性能，這種疲勞損傷現(xiàn)象稱為腐蝕疲勞?！仓饕?yàn)榻饘偈艿剿釅A的腐蝕，一些部位的應(yīng)力就比其他部位高得多，從而。。?！巢讳P鋼的簡(jiǎn)要概述五.不銹鋼的性能要求耐蝕性要求耐蝕性是不銹鋼的最重要的性能指標(biāo)，這里耐蝕性是對(duì)具體工作介質(zhì)而言的。某些不銹鋼在某種介質(zhì)中具有耐蝕性，而在另一種介質(zhì)中不一定耐蝕，在工程中可根據(jù)使用的工作介質(zhì)的不同來(lái)選擇不同的不銹鋼。力學(xué)性能要求力學(xué)性能是對(duì)金屬材料的根本要求，不銹鋼也不例外。在使用中可根據(jù)工作載荷形式或應(yīng)力大小來(lái)選擇不銹鋼的類型及所能到達(dá)的不同強(qiáng)度、硬度、塑形及韌性等水平。工藝性能要求不銹鋼有板材、型材、管材等各種類型，需要冷、熱加工成形，許多構(gòu)件還要經(jīng)過(guò)切削加工，還要許多構(gòu)件需要焊接連接，因此對(duì)不銹鋼也有一定的工藝性能要求。不銹鋼的簡(jiǎn)要概述六.提高金屬材料耐腐蝕性的途徑就鋼本身的耐腐蝕性而言，提高鋼耐腐蝕性能的途徑主要有如下幾種：使不銹鋼外表能形成穩(wěn)定的保護(hù)膜，合金元素Cr、Al、Si是比較有效的。提高不銹鋼固溶體的電極電位或形成穩(wěn)定的鈍化區(qū)，降卑微電池的電動(dòng)勢(shì)。Cr、Ni、Si是主要的合金元素。但Ni是貴而緊缺的元素，Si元素容易使鋼脆化，所以Cr是比較理想的合金元素。使鋼獲得單相組織，如參加Ni、Mn元素含量可使鋼得到單相奧氏體組織，可降卑微電池的數(shù)量。采用機(jī)械保護(hù)措施或覆蓋層，如電鍍、發(fā)藍(lán)、涂漆等方法。影響不銹鋼的組織和性能的因素影響不銹鋼的組織和性能的因素一.合金元素對(duì)不銹鋼組織和性能的影響鉻元素的作用Cr、Fe的原子半徑分別為0.256nm、0.25nm，二者非常接近。Cr、Fe的電負(fù)性分別為1.6、1.8，也相差不多。所以他們可以形成無(wú)限固溶體。Cr是奧氏體不銹鋼中最重要的合金元素，Cr是提高鋼鈍化膜穩(wěn)定性的必要元素。奧氏體不銹鋼的不銹耐蝕性的獲得主要是由于在介質(zhì)的作用下，Cr促進(jìn)了鋼的鈍化并使鋼保持鈍態(tài)的結(jié)果。A.Cr是強(qiáng)烈形成并穩(wěn)定鐵素體的元素，縮小奧氏體區(qū)。隨著Cr含量的增加，奧氏體鋼中可能出現(xiàn)鐵素體組織，故為了穩(wěn)定奧氏體通常參加Ni元素。Cr含量的提高可使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度下降，從而提高奧氏體基體組織的穩(wěn)定性，且Cr是強(qiáng)碳化物元素。B.Cr是決定鋼耐蝕性的主要元素。少量的Cr可以提高抗蝕性，但不能使其不銹。Cr使固溶體的電極電位提高，形成致密的氧化膜。〔提高耐蝕性的表現(xiàn)主要有3點(diǎn)，課后大家自尋翻閱〕鎳元素的作用Ni是奧氏體不銹鋼的主要合金元素，其主要作用就是穩(wěn)定奧氏體〔擴(kuò)大奧氏體相區(qū)〕，使鋼獲得完全奧氏體組織，從而使鋼具有良好的強(qiáng)度和塑形、韌性的配合，并具有優(yōu)良的冷、熱加工性等。影響不銹鋼的組織和性能的因素Ni會(huì)降低Ms溫度，甚至是鋼在很低溫度下可不出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變。Ni含量的增加會(huì)降低C、N在奧氏體鋼中的溶解度，從而有利于碳氮化合物的析出。Ni還可以顯著的降低奧氏體不銹鋼的冷加工硬化傾向。〔原因？〕同時(shí)Ni有利于奧氏體不銹鋼的冷加工成型性能。此外Ni對(duì)鋼的熱穩(wěn)定性方面，晶間腐蝕方面都有影響，這里不一一介紹。氮和碳的作用不銹鋼中的含碳量越高，耐蝕性就可能下降，但是鋼的強(qiáng)度隨著碳含量的增加而提高。對(duì)于不銹鋼來(lái)說(shuō)，耐蝕性是主要的，另外還應(yīng)該考慮鋼的冷變形性、焊接性等工藝因素，所以在不銹鋼中，碳的含量應(yīng)盡可能低。奧氏體不銹鋼中參加N，可以穩(wěn)定奧氏體組織、提高強(qiáng)度，并且提高耐腐蝕性能，尤其是耐局部腐蝕。奧氏體不銹鋼敏化態(tài)晶間腐蝕的機(jī)理主要是貧Cr理論，非敏化態(tài)晶間腐蝕機(jī)理主要是雜質(zhì)元素的偏聚理論。N的參加改善普通低碳、超低碳奧氏體不銹鋼耐敏化態(tài)晶間腐蝕性能，其本質(zhì)是N影響敏化處理時(shí)碳化鉻沉淀的析出過(guò)程，來(lái)到達(dá)提高晶界貧鉻的鉻濃度?！惭a(bǔ)充：敏化處理就是指使金屬〔通常是合金〕的晶間腐蝕敏感性明顯提高的熱處理?！场?50~800〕影響不銹鋼的組織和性能的因素4.其它元素的作用Mn是比較弱的奧氏體形成元素，但具有強(qiáng)烈穩(wěn)定奧氏體組織的作用。為了節(jié)約鎳，僅靠參加Mn是無(wú)法獲得單一的奧氏體組織，而需要Mn、N復(fù)合參加才能克服這一缺點(diǎn)。鈦和鈮是強(qiáng)碳化物形成元素，它們是作為形成穩(wěn)定的碳化物，從而防止晶界腐蝕而參加不銹鋼中的。鉬能提高不銹鋼的鈍化能力，擴(kuò)大其鈍化介質(zhì)范圍，如在熱硫酸、稀鹽酸、和有機(jī)酸中，含鉬不銹鋼可以形成含鉬鈍化膜。這種含鉬鈍化膜在許多強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中具有很高的穩(wěn)定性，不易溶解。Cl‐半徑很小，它可以穿過(guò)許多致密度不夠高的鈍化膜，形成可溶性的腐蝕產(chǎn)物，而在鋼的外表造成點(diǎn)腐蝕。由于鉬鈍化膜致密而穩(wěn)定，可防止Cl‐對(duì)膜的破壞，所以含鉬不銹鋼具有較好的抗點(diǎn)腐蝕的能力。影響不銹鋼的組織和性能的因素二.腐蝕介質(zhì)對(duì)鋼耐蝕性的影響金屬的耐蝕性與介質(zhì)的種類、濃度、溫度和壓力等環(huán)境條件有密切的關(guān)系，而介質(zhì)的氧化能力影響最大，所以必須根據(jù)工作介質(zhì)的特點(diǎn)來(lái)正確的選擇不銹鋼的鋼種。對(duì)于大氣、水、水蒸汽等弱腐蝕介質(zhì)，只要不銹鋼固溶體中的Cr含量〉13%，就可以保證不銹鋼的耐蝕性。在氧化性介質(zhì)中，如硝酸根離子具有強(qiáng)氧化性，不銹鋼外表氧化膜容易形成，鈍化時(shí)間也短。在非氧化性介質(zhì)中，如稀硫酸、鹽酸、有機(jī)酸中，含氧量低，鈍化所需時(shí)間要延長(zhǎng)。當(dāng)氧含量低到一定程度后，不銹鋼就不能鈍化。如在稀硫酸中鉻不銹鋼的腐蝕速度竟然比碳鋼還要快。影響不銹鋼的組織和性能的因素在稀硫酸等非氧化性酸中，由于介質(zhì)中SO42‐不是氧化劑，而溶于介質(zhì)中氧含量比較低，根本上沒(méi)有使鋼鈍化的能力，因而是不耐蝕的。在這類介質(zhì)中需要參加提高鋼鈍化能力的元素，如鉬、銅等元素。在強(qiáng)有機(jī)酸中，由于介質(zhì)中的含氧量低，又含有H﹢的存在，一般鉻和鉻鎳不銹鋼難以鈍化，必須向鋼中參加鉬，銅，錳等元素，以提高不銹鋼耐蝕性。在含有Cl‐-的介質(zhì)中，Cl‐-容易破壞不銹鋼外表的氧化膜，穿過(guò)氧化膜并與鋼外表起作用，是鋼產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕。目前為止，還沒(méi)有找到一種不銹鋼可以抵抗所有介質(zhì)的腐蝕。所以在實(shí)踐中要結(jié)合具體條件選擇適宜的不銹鋼。沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼一.定義基體為奧氏體或馬氏體組織，并能通過(guò)時(shí)效硬化處理使其強(qiáng)化的不銹鋼。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗螅砂l(fā)生馬氏體相變，并在馬氏體基體上析出金屬間化合物，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。這類鋼屬于高強(qiáng)度或者超高強(qiáng)度不銹鋼，如:05Cr17Ni4Cu4Nb、07Cr17Ni7Al、09Cr17Ni5Mo3N等。沉淀硬化不銹鋼不銹鋼的沉淀硬化處理通常描述為三個(gè)階段。具體熱處理步驟和馬氏體鋼、碳鋼及合金鋼類似。事實(shí)上，沉淀硬化型不銹鋼就是在普通的不銹鋼的根底上加以改進(jìn)，是其耐蝕性、韌性和加工性能進(jìn)一步改善。第一個(gè)階段使鋼奧氏體化，以便在冷卻過(guò)程中形成馬氏體。而對(duì)于沉淀硬化鋼，這一階段還需要銅及合金碳化物溶解，形成時(shí)效硬化〔沉淀硬化〕條件。沉淀硬化不銹鋼第二階段將鋼迅速地從奧氏體溫度冷至27℃以下。第三階段時(shí)效硬化〔因?yàn)殂~及合金碳化物的析出又叫沉淀硬化〕階段。這一階段進(jìn)一步增加馬氏體的強(qiáng)度和硬度。時(shí)效溫度不可太高，以免材料發(fā)生過(guò)“時(shí)效〞現(xiàn)象，即材料塑性增加，強(qiáng)度下降。正是這一階段，通過(guò)適當(dāng)?shù)募訜岷屠鋮s可以改變合金的性能這一事實(shí)，使得沉淀硬化處理成為可能。沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化鋼的共同特征是在高溫固溶處理，使材料由奧氏體單相構(gòu)成。當(dāng)然，這種奧氏體有可能在繼冷卻到室溫時(shí)發(fā)生相變。為了幫助理解沉淀硬化階段發(fā)生了哪些變化，首先來(lái)考慮最簡(jiǎn)單的情況，即基體金屬在固態(tài)不發(fā)生相變的情況。此時(shí)，根本的熱處理時(shí)高溫退火或固溶處理，將要沉淀的元素融入基體。再將該固溶體在淬火時(shí)迅速冷卻，以便將溶質(zhì)原子保存在基體相或主要組成相中，形成過(guò)飽和固溶體。形成過(guò)飽和固溶體時(shí)，硬度略有增加。再使其中的溶質(zhì)原子以彌散粒子的形式沉淀析出，那么材料的硬度將大幅度提高。一些情況下，可像Al合金那樣，通過(guò)室溫下時(shí)效來(lái)使沉淀發(fā)生，而其他情況下，那么必須將溫度升高到一定程度，使沉淀發(fā)生。沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼高強(qiáng)度的原因?qū)τ诎電W氏體鋼和沉淀硬化不銹鋼，由于溶質(zhì)原子在奧氏體中的固溶度比在低溫相中的固溶度大的多，因此可通過(guò)冷卻過(guò)程中，基體發(fā)生奧氏體向馬氏體的相變來(lái)產(chǎn)生過(guò)飽和。此種情況下，可獲得很大的過(guò)飽和度。沉淀硬化和相變硬化的共同作用使這種鋼的強(qiáng)度有大幅度的提高，故而我們通常將這種鋼材料開展為超高強(qiáng)度鋼?！惭a(bǔ)充：對(duì)于什么是超高強(qiáng)度目前還沒(méi)有一致的規(guī)定，但一般認(rèn)為屈服強(qiáng)度超過(guò)1500MPa以上可稱為超高強(qiáng)度鋼〕沉淀是通過(guò)溶解度曲線下某溫度進(jìn)行熱處理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。溫度低，時(shí)效時(shí)間長(zhǎng)，沉淀顆粒細(xì)，機(jī)械性能好。因此，時(shí)效溫度的選擇既要考慮材料性能又要考慮時(shí)間。沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化的作用受到沉淀相尺寸、特征、空間分布及與基體相的位相關(guān)系影響。沉淀相的數(shù)量可通過(guò)材料成分調(diào)整和時(shí)效工藝改變來(lái)控制。時(shí)效前冷卻變形可增加形核率，從而影響沉淀相分布。冷變形還增加結(jié)構(gòu)中的能量，提高擴(kuò)散速度，因此可加速沉淀過(guò)程。這一點(diǎn)在此類鋼中的使用具有很大的實(shí)際意義?？梢栽诔尚图庸ず笤龠M(jìn)行時(shí)效處理。必須注意，即使整體材料有足夠的塑性，冷變形時(shí)也可能使變形處強(qiáng)度增加，使得進(jìn)一步的變形困難，甚至破壞。因此，此類鋼的合金成分及各種冷熱處理操作都必須給予足夠的重視。而鐵素體不銹鋼尚無(wú)有效的沉淀硬化方法，因此具有足夠的塑性。沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼命名由于PH不銹鋼的熱處理種類很多，為了簡(jiǎn)單明了起見(jiàn)。通常用代號(hào)表示熱處理狀態(tài)，代號(hào)多采用英文名詞的第一個(gè)字母。下面說(shuō)明這些代號(hào)表示的熱處理狀態(tài)和代號(hào)來(lái)源。A-固溶處理〔austeniteconditioning〕T-相變處理〔transformationtreatment〕C-冷加工〔coldworking〕R-冷處理〔refrigirationtreatment〕H-〔沉淀〕硬化處理〔hardingtreatment〕在這些字母后加的數(shù)字表示進(jìn)行這種處理的華氏溫度，如A1900表示在1900℉〔1040℃〕溫度下的固溶處理。沉淀硬化不銹鋼對(duì)于AM350、PH14-8Mo等PH不銹鋼的熱處理常用以下代號(hào)。SCT-深冷+回火〔subzerocoolandtemper〕DA-雙重時(shí)效〔doubleage〕CRT-冷軋+回火〔coldrolledandtemper〕SZC-冷處理〔subzerocool〕SRH-固溶+深冷+時(shí)效硬化〔solutiontreat，refrigirationandharding〕L-低溫固溶處理〔lowtemperaturesolutiontreatment〕H-高溫固溶處理〔hightemperaturesolutiontreatment〕DADF-為了提高抗應(yīng)力腐蝕開裂，在SCT處理之后做進(jìn)一步的冷處理。XH-通過(guò)高度冷變形和回火，獲得超高強(qiáng)度。BCHT-同釬焊配合的熱處理〔brazecycleheattreatment〕沉淀硬化不銹鋼表1：主要的PH不銹鋼的化學(xué)成分沉淀硬化不銹鋼P(yáng)H鋼的鋼種分類及介紹由上面的表1也可以看出除了幾種個(gè)別鋼種以外，沉淀硬化不銹鋼包括兩種，一種以Cr18Ni9鋼為根底開展起來(lái)的奧氏體-馬氏體型沉淀硬化不銹鋼；另一種是以Cr13型馬氏體不銹鋼為根底開展起來(lái)的低碳馬氏體型沉淀硬化不銹鋼。這兩種鋼都是在最后形成的馬氏體的根底上經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化而得到超高強(qiáng)度的。雙相不銹鋼〔補(bǔ)充〕雙相不銹鋼是20世紀(jì)70年代開展起來(lái)的新型不銹鋼。根據(jù)組成相的種類可以分為奧氏體-馬氏體雙相不銹鋼〔沉淀硬化型〕和奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。沉淀硬化不銹鋼奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼奧氏體不銹鋼抗應(yīng)力腐蝕性能較低，而鐵素體不銹鋼抗應(yīng)力腐蝕能力較強(qiáng)。如果在奧氏體中引進(jìn)鐵素體，那么雙相奧氏體-鐵素體不銹鋼的抗應(yīng)力腐蝕能力有了明顯的提高。其次，雙相鋼又兼有奧氏體鋼和鐵素體鋼的特征，即奧氏體的存在降低了高Cr鐵素體鋼的脆性，提高了可焊性、韌性，降低了晶粒長(zhǎng)大的傾向。再次，鐵素體相的存在又提高了奧氏體鋼的屈服強(qiáng)度、抗晶間腐蝕能力。奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼也會(huì)有一定的脆性傾向，尤其是在焊接區(qū)。因此在工程上可以利用沉淀取決于時(shí)間的特性，在沉淀之前進(jìn)行加工和熱處理，并使組織穩(wěn)定。沉淀硬化不銹鋼奧氏體-馬氏體雙相不銹鋼〔沉淀硬化型〕奧氏體-馬氏體雙相不銹鋼也稱為半奧氏體沉淀硬化型不銹鋼，是在18-8奧氏體不銹鋼的根底上開展起來(lái)的。F-M型不銹鋼含碳量低，在室溫下主要是不穩(wěn)定的奧氏體組織，有較好的塑性和壓力加工性能以及焊接性能。這類鋼在成分設(shè)計(jì)時(shí)使Ms點(diǎn)略低于室溫，以便通過(guò)各種處理使不穩(wěn)定奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞捡R氏體，然后再通過(guò)時(shí)效沉淀析出金屬間化合物以提高強(qiáng)度。設(shè)計(jì)思想：使鋼在室溫時(shí)基體為奧氏體；在加工成型后，通過(guò)低溫處理將奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，變形要??；然后通過(guò)較低溫度的沉淀硬化處理，使鋼進(jìn)一步得到強(qiáng)化；沉淀硬化不銹鋼成分設(shè)計(jì)：碳含量為0.04%~0.13%，比較低，為了保值良好的耐蝕性、焊接性和加工性；Cr含量在13%以上可以滿足耐蝕性；Ni含量使鋼在高溫固然處理后具有亞穩(wěn)定奧氏體組織；通過(guò)Cr、Ni和Mo、Al、N等元素的綜合作用，可將馬氏體相變點(diǎn)調(diào)整在室溫~-78℃之間，以便通過(guò)冷處理或塑形變形產(chǎn)生馬氏體相變；Cu、Mo等元素能析出金屬間化合物等第二相，這些沉淀相與馬氏體呈共格關(guān)系，從而產(chǎn)生了顯著的沉淀強(qiáng)化效應(yīng)。沉淀硬化不銹鋼優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)述：F-M沉淀硬化不銹鋼可用熱處理方法來(lái)控制鋼的馬氏體相變溫度，使鋼在室溫成型或制造零件過(guò)程中處于奧氏體狀態(tài)。室溫下的奧氏體不溫度，在成分設(shè)計(jì)的時(shí)候Ms點(diǎn)略低于室溫，以便以后通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚頃r(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，在低碳馬氏體的根底上在通過(guò)時(shí)效產(chǎn)生沉淀硬化而提高強(qiáng)度。奧氏體和馬氏體組織的比例決定了鋼的強(qiáng)度等性能，因此該鋼的特點(diǎn)是工藝和組織的可變性較大，可通過(guò)熱處理工藝控制奧氏體和馬氏體的相對(duì)數(shù)量，從而到達(dá)強(qiáng)度和韌度的合理配合。缺點(diǎn)是化學(xué)成分和熱處理溫度的控制范圍很窄，熱處理工藝復(fù)雜，性能波動(dòng)性較大。沉淀硬化不銹鋼三種重要的熱處理工藝〔以0Cr17Ni7Al為例〕：高溫固溶〔1050℃〕+塑性變形+低溫調(diào)節(jié)處理〔750℃，90min，空冷〕+時(shí)效〔550℃~575℃，90min〕低溫調(diào)節(jié)處理能使馬氏體相變溫度點(diǎn)升高，在750℃空冷至室溫時(shí)獲得一定量的馬氏體，而后通過(guò)時(shí)效進(jìn)一步強(qiáng)化。這種處理工藝比較簡(jiǎn)單，但沿奧氏體晶界有碳化物析出，塑形較低，為了彌補(bǔ)這一缺陷，所以采用較高的時(shí)效溫度。沉淀硬化不銹鋼2.高溫固溶〔1050℃〕+塑性變形+高溫調(diào)節(jié)處理〔950℃，90min，空冷〕+冷處理〔-70℃，8h〕+時(shí)效〔550℃~575℃，90min〕高溫調(diào)節(jié)處理能使奧氏體晶界沒(méi)有碳化物析出，奧氏體〔也即冷處理后的馬氏體〕的含碳量和合金化程度增加，通過(guò)冷處理獲得必要的馬氏體量，時(shí)效后具有良好的塑性和較高的強(qiáng)度。沉淀硬化不銹鋼3.高溫固溶〔1050℃〕+〔高溫〕成型的塑性變形+高溫調(diào)節(jié)處理〔950℃，90min，空冷〕+室溫下的塑性變形+時(shí)效〔475℃~500℃,1h〕此法通過(guò)室溫下的塑性變形來(lái)獲得必要數(shù)量的馬氏體。高溫調(diào)節(jié)處理也是為了使鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)位于室溫附近。由于冷塑性變形不僅能導(dǎo)致馬氏體的形成，而且本身還起著細(xì)化鑲嵌塊的作用，因此可以獲得更高的性能。沉淀硬化不銹鋼從上述的分析可以看出，奧氏體-馬氏體型沉淀硬化不銹鋼具有較大的優(yōu)越性，固溶后奧氏體鋼的優(yōu)點(diǎn)易于加工成型，隨后經(jīng)強(qiáng)化處理有具有馬氏體鋼的優(yōu)點(diǎn)，并且熱處理溫度不高，沒(méi)有變形氧化等缺點(diǎn)，是制造飛行器蒙皮、化工壓力容器等較好的材料。但在使用溫度高于315℃時(shí)，由于金屬間化合物繼續(xù)沉淀會(huì)使材料變脆，所以使用溫度應(yīng)該定在315℃以下。沉淀硬化不銹鋼在“十二五〞規(guī)劃教材趙乃勤主編的《熱處理原理和工藝》書中對(duì)于沉淀硬化和時(shí)效有這樣定義：過(guò)飽和固溶體大多數(shù)是亞穩(wěn)定的，在室溫放置或加熱到一定的溫度下保持一定時(shí)間，將發(fā)生某種程度的分解，析出第二相或形成溶質(zhì)原子偏聚區(qū)以及亞穩(wěn)定過(guò)渡相，這一過(guò)程稱為脫溶。脫溶過(guò)程中使得溶質(zhì)原子在固溶體點(diǎn)陣中的一定區(qū)域內(nèi)析出、聚集并形成新相，將引起合金組織性能的變化，稱為時(shí)效。合金硬度或強(qiáng)度會(huì)逐漸升高，這種現(xiàn)象稱為時(shí)效硬化或時(shí)效強(qiáng)化，也可以稱為沉淀硬化或沉淀強(qiáng)化。能夠發(fā)生時(shí)效現(xiàn)象的合金稱為時(shí)效型合金。故這里我時(shí)效不銹鋼也作為沉淀硬化不銹鋼內(nèi)容的一局部沉淀硬化不銹鋼馬氏體型沉淀硬化不銹鋼目前以馬氏體型硬化不銹鋼〔代號(hào)為17-4PH〕和半奧氏體〔奧氏體-馬氏體〕型沉淀硬化不銹鋼〔代號(hào)為17-7PH〕及0Cr15Ni7Mo2Al〔相當(dāng)于PH15-7Mo〕為代表，簡(jiǎn)稱PH不銹鋼。20世紀(jì)60年代開始，我國(guó)開展了奧氏體型、半奧氏體型、馬氏體型沉淀硬化不銹鋼和馬氏體時(shí)效鋼。其中半奧氏體型沉淀硬化不銹鋼我們?cè)谏厦嬉呀?jīng)給大家簡(jiǎn)要而具體的講述過(guò)了，下面我將對(duì)其它幾類中重要的馬氏體時(shí)效不銹鋼和馬氏體型沉淀硬化不銹鋼做簡(jiǎn)要講解。沉淀硬化不銹鋼馬氏體時(shí)效不銹鋼

沉淀硬化不銹鋼馬氏體時(shí)效不銹鋼由低碳馬氏體相變強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化兩種強(qiáng)化效應(yīng)疊加而強(qiáng)化的高強(qiáng)度不銹鋼。是20世紀(jì)60年代中期開展起來(lái)的新鋼類。它具有馬氏體時(shí)效鋼的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，又具有馬氏體時(shí)效鋼所不具備的不銹性，同時(shí)還對(duì)沉淀硬化不銹鋼的某些性能進(jìn)行了改進(jìn)。因而用馬氏體時(shí)效不銹鋼逐步代替沉淀硬化不銹鋼是高強(qiáng)度不銹鋼開展的重要趨勢(shì)

沉淀硬化不銹鋼馬氏體時(shí)效不銹鋼設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)鋼中碳含量一般小于或等于0.03%，最好是小于或等于0.01%(這是與馬氏體沉淀硬化不銹鋼的主要區(qū)別之一)，使形成的超低碳馬氏體基體具有良好的韌性和塑性。同時(shí)，極低的碳含量還可改善鋼的耐蝕性、焊接性和加工性。(2)足夠含量的奧氏體穩(wěn)定化元素(鎳、氮、鈷等)，一方面為了防止或限制δ一鐵素體的形成，另一方面使鋼不會(huì)形成過(guò)多的剩余奧氏體。(3)添加適量的強(qiáng)化元素，例如鎳、鋁、鈦、鉬、鈮、鈹、銅等，這些強(qiáng)化元素能形成細(xì)小彌散分布的金屬間化合物(Nis，ri、Ni3Al、Ni3Mo、Fe2Mo、NiTi、NiAl、TiN和AlN等)，它們分布于馬氏體基體的位錯(cuò)線上，從而得到滿意的強(qiáng)化效果。細(xì)小、高度彌散的逆轉(zhuǎn)變奧氏體也有強(qiáng)化效果。沉淀硬化不銹鋼馬氏體時(shí)效不銹鋼設(shè)計(jì)要點(diǎn)(4)鉻含量應(yīng)大于12%，至少不低于10%，以保證鋼具有滿意的不銹性和耐蝕性。(5)合金元素的配比應(yīng)使鋼的馬氏體相變開始溫度控制在200℃左右，馬氏體相變根本完成溫度控制在室溫以上50℃，最低不低于-73℃，以使固溶或簡(jiǎn)單低溫處理能得到完全的板條馬氏體組織。(6)鋼中氣體(氫、氧、氮)、夾雜(硫、磷以及氧化物硅酸鹽、硫化物等)以及硅、錳等元素的含量應(yīng)盡量低，以便大幅度改進(jìn)鋼的韌性和可焊性。沉淀硬化不銹鋼馬氏體時(shí)效不銹鋼馬氏體時(shí)效不銹鋼的成分通常為C≤0.03%，Cr=10%～15%，Ni=6%～11%(或C0=10%～20%)并添加鉬及適量鈦、鋁、銅等元素強(qiáng)化。鋼的組織為板條狀馬氏體及微量的δ一鐵素體，奧氏體及大量細(xì)小彌散分布的金屬間化合物析出相。熱處理(1)固溶處理。將鋼加熱到Ac3以上50℃左右(此時(shí)所有析出相溶解且晶粒又不劇烈長(zhǎng)大)，然后空冷，獲得均勻、細(xì)小的板條狀馬氏體組織。在此狀態(tài)鋼的硬度較低，可進(jìn)行各種冷變形、焊接及切削加工；(2)時(shí)效處理?？煞譃樽罡邚?qiáng)化的時(shí)效處理和過(guò)時(shí)效處理。前者溫度一般為480℃左右，時(shí)效時(shí)間約3小時(shí)(不同鋼號(hào)略有差異)，此時(shí)可使鋼得到最好的強(qiáng)韌性配合，強(qiáng)度較高。過(guò)時(shí)效處理溫度高于最強(qiáng)時(shí)效處理溫度，此時(shí)強(qiáng)度稍低但具有較高的韌性。沉淀硬化不銹鋼馬氏體型沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼馬氏體沉淀硬化不銹鋼馬氏體型沉淀硬化不銹鋼鋼通常以馬氏體狀態(tài)〔含體積分?jǐn)?shù)低于10%的鐵素體〕供貨。以代表鋼種05Cr17Ni4Cu14Nb為例，其化學(xué)成分保證了經(jīng)高溫固溶處理后空冷到室溫時(shí)為馬氏體和少量鐵素體組織。這種組織的沉淀硬化不銹鋼的加工性能優(yōu)于馬氏體型不銹鋼，但是不如奧氏體型沉淀硬化不銹鋼，較難進(jìn)行深度冷成型，再經(jīng)過(guò)時(shí)效處理會(huì)產(chǎn)出沉淀硬化。沉淀硬化不銹鋼馬氏體型沉淀硬化不銹鋼馬氏體型沉淀硬化不銹鋼，調(diào)整合金元素的含量，是其Ms和Mf點(diǎn)均在室溫以上，用固溶處理〔奧氏體化后空冷〕即得到馬氏體，而無(wú)奧氏體。在隨后的時(shí)效過(guò)程中析出彌散第二相，到達(dá)沉淀硬化的目的。鋼的力學(xué)性能和熱處理狀態(tài)有關(guān)，在低溫狀態(tài)，鋼的硬度較低，隨著時(shí)效溫度增加，硬度增加，到達(dá)最大值后，逐漸下降，即為過(guò)時(shí)效。這一規(guī)律與其他時(shí)效合金是一致的。馬氏體PH鋼較早開發(fā)的鋼號(hào)，如17-4PH，固溶處理后基體為馬氏體加少量δ鐵素體的兩相組織。δ鐵素體可改善鋼的焊接性能，并提高鋼的塑性。但是δ鐵素體由于加工變形，沿加工方向呈條狀，導(dǎo)致鋼的橫向性能降低。所以必須限制δ鐵素體。沉淀硬化不銹鋼馬氏體型沉淀硬化不銹鋼17-4PH鋼〔馬氏體型沉淀硬化不銹鋼〕一般在1040℃固溶處理，其Ms點(diǎn)位132℃，Mf點(diǎn)位32℃，空冷即可獲得馬氏體。對(duì)于鑄件，為了消除枝晶偏析和成分的不均勻性，在固溶處理之前進(jìn)行1150℃的均勻處理。此時(shí)枝晶組織根本消除，δ鐵素體量減少，并球化，鋼的塑性和韌性大為提高，此時(shí)可采用兩次固溶處理。如果合金元素平衡不當(dāng)，1040℃固溶處理后存在較多的剩余奧氏體。為此，可把固溶處理溫度降低。此時(shí)C、N等元素融入奧氏體量減少，奧氏體的穩(wěn)定度降低，容易轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，鋼的強(qiáng)度也隨之提高。也可以采用冷凍處理，消除剩余奧氏體。沉淀硬化不銹鋼馬氏體型沉淀硬化不銹鋼優(yōu)點(diǎn)熱處理工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)改變時(shí)效處理溫度，可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)調(diào)整力學(xué)性能，其耐蝕性與18-8型不銹鋼相似，優(yōu)于普通馬氏體不銹鋼；焊接性能好，不需要焊前預(yù)熱。缺點(diǎn)缺口敏感性大，當(dāng)溫度高于425℃時(shí)，強(qiáng)度明顯下降。沉淀硬化不銹鋼馬氏體型沉淀硬化不銹鋼與馬氏體時(shí)效不銹鋼的區(qū)別

馬氏體沉淀硬化不銹鋼，含鉻、鎳量較低，但鉻不少于12%。經(jīng)熱處理后為馬氏體組織。較典型的牌號(hào)有:17-4PH、PH13-8Mo等。這類鋼熱處理工藝簡(jiǎn)單，在航宇飛行器上應(yīng)用較廣。馬氏體時(shí)效不銹鋼是固溶處理后，冷至室溫時(shí)總是以馬氏體組織存在，由固溶態(tài)再進(jìn)行時(shí)效處理產(chǎn)生析了相而強(qiáng)化。也有資料把這類鋼分為馬氏體沉淀硬化不銹鋼和馬氏體時(shí)效不銹鋼，在固溶態(tài)下，前者在馬氏體基體中含少量的鐵素體〔10%左右〕和少量剩余奧氏體，后者為馬氏體基體中只有少量的剩余奧氏體，后者的韌性相對(duì)較高。馬氏體時(shí)效不銹鋼:由低碳馬氏體相變強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化兩種強(qiáng)化效應(yīng)疊加而強(qiáng)化的高強(qiáng)度不銹鋼。是20世紀(jì)60年代中期開展起來(lái)的新鋼類。它具有馬氏體時(shí)效鋼的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，又具有馬氏體時(shí)效鋼所不具備的不銹性，同時(shí)還對(duì)沉淀硬化不銹鋼的某些性能進(jìn)行了改進(jìn)。沉淀硬化不銹鋼奧氏體沉淀硬化不銹鋼沉淀硬化不銹鋼奧氏體型沉淀硬化不銹鋼奧氏體型沉淀硬化不銹鋼的基體為非常穩(wěn)定的奧氏體，即使大的冷變形或深冷處理液不會(huì)轉(zhuǎn)變。鋼中參加Al、Ti、P等沉淀硬化元素，時(shí)效析出彌散第二相，使鋼的強(qiáng)度顯著提高。這類鋼中應(yīng)用最多的是A-286.A-286鋼經(jīng)固溶處理和時(shí)效后，有很高的強(qiáng)度和韌性。同時(shí)還有良好的抗氧化性和耐蝕性，使用溫度可達(dá)700℃，因此，它也屬于鐵基高溫合金。常以鍛件和鑄件用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫受力件。另外，它在低溫有良好的韌性和抗蝕性。A-286一般采用兩種固溶溫度：980℃和900℃。采用油冷或水冷，以防止冷卻過(guò)程中發(fā)生析出。980℃固溶處理得到大晶粒，是為了得到良好的抗蠕變性能。900℃固溶處理得到細(xì)晶粒，可獲得瞬時(shí)強(qiáng)度和塑性，韌性均好的綜合性能。A-286鋼的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是熱處理引起的尺寸變化小。沉淀硬化不銹鋼奧氏體型沉淀硬化不銹鋼A-286時(shí)效溫度比其它PH型不銹鋼高，一般在650℃~760℃。時(shí)效發(fā)生4個(gè)反響：在基體中均勻析出γ’相，它是時(shí)效硬化相，γ′相的溶解溫度為8