技术资料
沉淀硬化型不锈钢其化学成分一般不超过18-8铬镍奥氏体不锈钢的铬、镍含量,碳含量低,添加有少量形成析出硬化相的所谓硬化元素,如铝、钛、铌、铜和钼等。在最终形成马氏体后,经时效处理,析出金属间化合物(如Ni3AL、Ni3Ti等)和某些少量碳化物以产生沉淀硬化。它比普通马氏体不锈钢具有更高的强度,更好的可焊性、韧性、冷加工成形性和耐蚀性等。主要有马氏体沉淀硬化不锈钢和半奥氏体(奥氏体-马氏体)型沉淀硬化不锈钢。前者以GB 0Cr17Ni4Cu4Nb (相当ASTM S17400.630,美国阿姆公司商业代号17-4PH)钢,后者以GB 0Cr17Ni7AL (相当ASTM S17700.631;17-7PH)及0Cr15Ni7Mo2AL (相当ASTM S15700.632 ,PH15-7Mo)钢为代表。简称PH(Precipitation Hardening)不锈钢。
1.半奥氏体沉淀硬化不锈钢
半奥氏体型PH不锈钢,是以奥氏体状态供货。奥氏体因属面心立方晶格结构,塑性好,具有易于各类加工等优良的工艺性能。此类钢在交货前,需进行固溶处理(简称A处理,一般在1000-1050℃,空冷)。经A处理后的状态(简称A态),其金相组织基本为奥氏体,尚含约5-20%的铁素体。但不稳定。为保证获得上述室温不稳定的奥氏体组织,最关键的是必须严格控制好化学成分,并通过正确的热处理方法控制马氏体相变温度区,使钢在成型和制造容器部件的过程中处于奥氏体状态,从而具有奥氏体不锈钢容易冷加工和焊接等优良的工艺性能。然后,需经特殊的中间处理,使奥氏体转变为低碳马氏体基体,并进一步通过时效处理进行沉淀硬化达到更高的强度。
此类钢的热处理工艺制度是不锈钢中最复杂的一种,要求十分严格。应切实执行相关规定,才能得到标准性能。但也可根据设计人员和用户的不同要求和具体制造使用情况,在相当宽的温度和时间范围内进行各种选择,制定特殊的热处理工艺制度。这里以其代表钢种为例,仅简化介绍几种基本的热处理方法。
半奥氏体PH不锈钢经固溶处理后(A态),其强度很低。因此,首先必须将奥氏体转变为马氏体。完成这一相变硬化过程,可采取三种途径。
A 调节处理(简称T处理)
经A处理后的奥氏体,在随后的加热过程中,会析出富铬碳化物,使奥氏体中实际成分发生变化(如铬、碳、氮等含量下降),稳定性降低,冷却时更容易转变为马氏体。即影响(提高)了马氏体转变温度(Ms)。换言之,通过选择合适的温度和保温一定的时间。可以控制Ms点高于室温至某一温度。如此类PH钢一般在700-800℃作为奥氏体调节温度,冷却至室温后,主要组织为低碳马氏体(其Ms点约在65-93℃,马氏体转变终了温度Ms点约为16℃.)
B 冷处理(简称R处理)
经A处理后的钢也可以采用冷处理的方法使奥氏体转变为马氏体。最简单的办法是深冷处理。如此类PH钢A态直接置于-150℃(已低于Mf点)。但这在工艺上难以实现(一般易获得的冷处理温度为-78℃)。因此,通常先经过高温调节处理(约950℃左右),只析出少量碳化物(其Ms点约在室温,Mf点约为-73℃)。然后再经-78℃冷处理,可获得相对T处理含碳较高的马氏体组织。
综上所述,T处理和R处理,一般均包括了奥氏体成分调整的处理和随后的马氏体相变处理两个步骤。T和R处理后的状态依次称为T和R状态。
C 冷变形处理(简称C处理)
经A处理后的奥氏体,只要成分控制或调整得恰当,在室温下进行塑性变形或冷加工(变形),也可诱发马氏体。为获得必要数量的马氏体,冷轧时宜高于60%的变形量。
最后热处理是时效处理(简称H处理)。通过各种途径获得的过饱和低碳马氏体基体,均需经H处理产生沉淀硬化。其温度范围一般在450-650℃左右。当金属间化合物微细的析出相即将析出(即孕育期的最后阶段)时,获得最高强化作用。若延长时效时间(或提高H处理的温度)会造成过时效,反而使强度有所降低。但常对耐蚀性有利。如同最高强度状态比较,一般PH不锈钢的断裂韧性和抗应力腐蚀性能均有提高。此类钢的时效比简单的沉淀硬化机理复杂的多,尤其是在565℃过时效时,同时发生的还有马氏体基体的回火和部分逆转变为奥氏体等。时效过程的沉淀硬化,还可采取分级时效,一般采用多级时效(简称MH处理)达到更佳效果。此类钢常用的热处理工艺制度代表符号有TH、RH、CH等处理。H后的数字按外来习惯指时效处理的华氏温度。例如,常见TH1050表示A处理后,再经T处理和565℃(华氏1050℉)H处理的一种标准热处理制度,其处理后的状态称为TH1050状态。
2.马氏体沉淀硬化不锈钢
马氏体PH不锈钢通常以马氏体状态供货(有的含低于10%的铁素体)。以其代表钢种0Cr17Ni4Cu4Nb为例,其化学成分保证了经固溶(A)处理后空冷至室温时为低碳马氏体(含铁素体小于2~5%)组织(虽比普通马氏体易于加工,但不如半奥氏体PH不锈钢,较难进行深度冷成型)。再经时效(H)处理产生沉淀硬化。与半奥氏体PH不锈钢相比其强化机理相同,但热处理工艺简单。通过改变H处理温度,可在相当宽的范围内调整机械性能。其耐蚀性常可接近18-8奥氏体不锈钢,比普通马氏体优越。其焊接性能较好,不需焊前预热,但对缺口敏感性大。当温度高于425℃时,其强度显著下降。
3.马氏体时效不锈钢
马氏体时效不锈钢通常以马氏体状态供货。
其主要特点是含碳量很低,一般不大于0.03%,甚至达到高纯化。经固熔处理后,冷至室温获得体心立方晶格结构的马氏体(不同于碳钢中常见的那种因碳过饱和引起的畸变体心正方结构)。超低碳马氏体具有优良的塑性、韧性和冷加工成型性(冷变形量可达80%以上)。而后通过时效处理析出金属间化合物达到高强度。此类钢中镍含量对组织和强度均有影响。它与某些硬化元素形成沉淀硬化相,还可固溶强化马氏体。镍属于形成并稳定奥氏体的元素,可减少铁素体δ相。同时,它又强烈降低马氏体转变温度(一般希望Mf点在室温以上),故而镍含量受到限制,一般约含4~8%Ni。含铬量一般低于15%,达不到高铬不锈钢的水平,但比Cr13型马氏体不锈钢耐蚀性要好些。众所周知,沉淀硬化处理往往带来耐蚀性有所下降和增加氢脆的敏感性,马氏体时效不锈钢,一般地说,因无铁素体(δ相)和碳化物的析出等原因,虽在某些环境介质条件下对应力腐蚀敏感,但比普通马氏体不锈钢和PH不锈钢性能优越得多。此类钢的纯度及其热处理对断裂韧性和应力腐蚀等性能有重要影响。由于此类钢是航空航天工业重要材料,不仅要求高强度和高的屈强比,而且对其构件长期储运和使用的安全可靠性要求很高。
综上所述,包括马氏体型不锈钢、半奥氏体型和马氏体型PH不锈钢以及马氏体时效不锈钢,其共同特点是着眼于强度和硬度,适用于超过奥氏体型和铁素体型不锈钢强度要求并兼有一定耐蚀性的用途。
各类不锈钢简介----沉淀硬化型不锈钢
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