沉淀硬化不銹鋼相對發(fā)展較晚,是在人類實踐中經(jīng)過試驗、總結(jié)、創(chuàng)新的不銹鋼種。先期出現(xiàn)的不銹鋼中,鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼有較好的耐蝕性,但不能通過熱處理方法調(diào)整機械性能,限制了它的作用。而馬氏體不銹鋼可以運用熱處理方法,在較大范圍內(nèi)調(diào)整機械性能,但耐蝕性較差。

特點:

其具有較低的C量(一般≤0.09%),較高的Cr量(一般≥14%以上),另加Mo、Cu等元素,這就使其具有較高的耐蝕性,甚至可同奧氏體不銹鋼相當。通過固溶和時效處理,可以獲得在馬氏體基體上析出沉淀硬化相的組織,因而有較高的強度,并可根據(jù)時效溫度的調(diào)整,在一定范圍內(nèi)調(diào)整強度、塑、韌性。另外,先固溶,再依沉淀相析出強化的熱處理方式,可以在固溶處理后,硬度較低的情況下加工基本成型,再經(jīng)時效強化,降低了加工成本,優(yōu)于馬氏體鋼。

分類:

①馬氏體型沉淀硬化不銹鋼及其熱處理

馬氏體型沉淀硬化不銹鋼特征是:奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度Ms在室溫以上。加熱奧氏體化并以較快的速度冷卻后,獲得板條狀馬氏體基體,時效后從板條馬氏體基體上析出Cu的細質(zhì)點而強化。

例:在GB1220標準中,典型牌號為:0Cr17Ni4Cu4Nb(PH17-4)

成分(%)如下:C≤0.07、Ni:3~5、Cr:15.5~17.5、Cu:3~5、Nb:0.15~0.45;Ms點約120℃;Mz點約30℃。

固溶處理:

加熱溫度為1020-1060℃,保溫后水冷或油冷,組織為板條狀馬氏體,硬度320HB左右。加熱溫度不宜過高,如果大于1100℃,會使組織中鐵素體量增多、Ms點下降、殘留奧氏體增多、硬度下降,熱處理效果不好。

時效處理:

依據(jù)時效溫度不同,沉淀析出物的彌散度、粒度不同,而有不同的機械性能。

GB1220標準中規(guī)定,不同時效溫度時效后性能

②半奧氏體型不銹鋼熱處理

這種鋼的Ms點一般略低于室溫,所以固溶化處理冷卻到室溫后,得到奧氏體組織,強度很低,為提高基體強度、硬度,需要再次加熱到750-950℃,保溫,這個階段,奧氏體中會析出碳化物,奧氏體穩(wěn)定性降低,Ms點提高至室溫以上,再冷卻時,得到馬氏體組織。有的還可以增加冷處理(零下處理),之后,再時效使鋼最終獲得馬氏體基體上有沉淀析出物的強化鋼。

例:在GB1220標準中,推薦的這種沉淀不銹鋼牌號是0Cr17Ni7Al(PH17-7)

成分(%):C≤0.09、Cu≤0.5、Ni:6.5~7.5、Cr:16~18、Al:0.75~1.5;

固溶+調(diào)整+時效處理

? 固溶化加熱溫度1040℃,加熱保溫后水冷或油冷得到奧氏體,硬度為150HB左右;

? 調(diào)整處理溫度為760℃,保溫后空冷,使奧氏體中合金碳化物析出,降低奧氏體穩(wěn)定性,提高Ms點到50-90℃左右,冷卻后獲得板條馬氏體,此時硬度可達290HB左右;

? 再經(jīng)560℃時效,Al及化合物沉淀析出,鋼材強化,硬度可達340HB左右。

固溶+調(diào)整+冷處理+時效

? 固溶處理加熱1040℃,水冷,獲得奧氏體組織;

? 調(diào)整處理溫度955℃,提高Ms點,冷卻后獲得板條馬氏體;

? 冷處理-73℃×8h,減少組織中殘留奧氏體,獲取最大限度的馬氏體;

? 時效處理溫度為510-560℃,使Al析出,強化處理后,硬度可達336HB

固溶+冷變形+時效

? 固溶處理溫度為1040℃,水冷,獲得奧氏體組織;

? 冷變形,利用冷加工變形強化原理,使奧氏體在Md點轉(zhuǎn)變成馬氏體,這個冷加工變形量要大于30-50%;

? 時效處理:在490℃左右加熱時效,使Al析出沉淀硬化。

? 有報導顯示,固溶奧氏體經(jīng)57%冷軋變形,硬度達430HB,σb達1372 N/mm2,再經(jīng)490℃時效,硬度達485HB,σb達1850 N/mm2。

可見,沉淀硬化馬氏體不銹鋼經(jīng)過正確處理后,機械性能完全可以達到馬氏體不銹鋼性能,而耐蝕性卻與奧氏體不銹鋼相當。這里需要指出的是,馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼雖然都是可通過熱處理方法強化,但強化機理是不同的。由于沉淀硬化不銹鋼的特點,使其得到重視和廣泛應(yīng)用。