马氏体时效不锈钢是由低碳马氏体相变强化和时效强化两种强化效应叠加的高强度不锈钢,是20 世纪60 时代后期展开起来的新钢类。它具有马氏体时效钢的悉数长处,又具有马氏体时效钢所不具备的不锈性,一起还对沉积硬化不锈钢的某些功能进研了改进。现已广泛使用于航空、航天、机械制造、原子能等重要范畴。

  近30 年来,马氏体时效不锈钢的开发和研讨取得了很大的前进。上海秉争实业有限公司将从马氏体时效不锈钢的成分、功能、安排结构等多方面反映马氏体时效不锈钢现在的研讨概略。

  上海秉争实业有限公司马氏体时效不锈钢的合金化元素首要有三类,一类是与抗腐蚀功能有关的元素,如Cr ;一类是构成沉积硬化相的强化元素,如Mo 、Cu、Ti 等;一类是平衡安排以确保钢中不呈现或操控δ2铁素体元素,如Ni 、Mn、Co 等。

  铬是不锈钢的首要合金元素,对耐蚀性起着决定效果。其耐蚀性依照nP8 规则作跃进式的骤变,跟着Cr 含量的添加,不锈钢在氧化性介质中耐腐蚀才能相应添加。Cr 能有用地进步钢的点蚀电位值,下降钢对点蚀的敏感性。当Cr与Mo 合作运用时,抗点蚀效果更好。Cr 是强铁素体构成元素和缩小奥氏体区元素,关于马氏体时效不锈钢来说,Cr 含量一般在10. 5 %～18 %之间 。假如Cr含量过高,则固溶处理后将得不到全马氏体安排(含有部分铁素体安排) ,而铁素体的存在则会影响钢的热塑性,下降钢的强度并恶化钢的横向耐性和钢的耐蚀性。另一方面,Cr 是下降Ms 点元素,因此,Cr 含量一般操控在10. 5 %～12. 5 %。

  相同,镍也是马氏体时效不锈钢中不行短少的元素。镍是奥氏体相构成元素,扩展奥氏体安稳区,随钢中镍含量的进步,奥氏体相区向高Cr 方向移动,即钢中的Cr 能够进步而不至于构成单一的铁素体安排。为确保在815～1 100 之间的奥氏体结构在冷却到室温后彻底改变为马氏体结构,在马氏体时效不锈钢中镍含量应在4 %～20 %,但镍相同会下降Ms 点,并且比Cr的效果还要激烈。如镍含量过多,Ms 点下降,冷

  却时会导致剩余奥氏体的构成,然后得不到全马氏体安排,使时效后的强度下降。因此,马氏体时效不锈钢中的镍含量一般操控在5. 6 %～10 %,最高达12 %。

  在马氏体时效钢中,钴虽固溶于基体中但并不构成金属间化合物,而与钼产生协作效应(synergistic effect) 。其效果在于削减钼在马氏体中的固溶度,然后促进含钼金属间化合物(如Ni3Mo 、Fe2Mo) 的分出; 别的,钴能够按捺马氏体中位错亚结构的回复,为随后的分出相构成供给出更多的形核方位,因此使分出相粒子更为细微而又散布均匀,削减分出相粒子距离。

  在马氏体时效不锈钢中对强度、耐性和耐蚀性都有利的合金元素是钼。时效初期分出的富钼分出物,在强化的一起坚持钢的耐性中起着重要效果 。马氏体时效钢中合金元素Mo 的存在,也能够阻挠分出沿用原奥氏体晶界分出,然后避免了沿晶开裂、进步了开裂耐性。在某些还原性介质中,钼能促进Cr 的钝化效果。故钼能进步铬镍不锈钢在硫酸、盐酸、磷酸及有机酸中的耐蚀性,并有用地按捺氯离子的点腐蚀倾向,进步钢的抗晶间腐蚀才能。但过量添加钼同过量添加镍相同,也会生成残留奥氏体。在马氏体时效不锈钢中钼含量应操控在5 %以下。

  铜是一种较弱的奥氏体构成元素。参加少数铜不致引起不锈钢安排的显着变化。在腐蚀介质中,含铜钢在氧化层下构成铜的富集层,它能阻挠氧化铁持续向金属内部深化,故在马氏体时效不锈钢参加铜,能进步钢在盐酸和硫酸中的耐蚀性,加铜也能进步钢的耐应力腐蚀才能。但过多的铜含量会引起热加工时的铜脆。

  在传统的马氏体时效钢中,Mn 一直是作为杂质元素而存在的,其含量受到了严厉的操控( ≤0.1 %) 。不过,因为在Fe-Mn 系合金中,能够在较宽的冷却速度范围内构成板条或块状马氏体安排,所以Fe-Mn 合金也为时效强化供给了杰出的根底。Mn 是扩展γ区的元素,在钢中Mn 的安稳奥氏体安排的才能仅次于Ni ,是激烈进步钢的淬透性元素。因此,在马氏体时效不锈钢中,Mn能够部分替代Ni 。但锰的参加会略微下降铬量较低的不锈钢的耐蚀功能。当钢中含铬量足够高时(17 %Cr) ,锰对钢的耐蚀性并无有害影响。

  铝通常是作为脱氧剂参加到钢中,是铁素体构成元素,促进铁素体构成才能约为铬的2. 5～3倍。铝在马氏体时效不锈钢中的首要效果是时效强化效果。一起,加铝能在钢外表构成一层细密的氧化膜Al2O3 ,进步不锈钢抗氧化才能。

  钛在马氏体时效不锈钢中常常运用。钛在马氏体时效不锈钢中是最有用的强化合金元素。适量的钛具有显着的时效强化效果。添加钛含量,下降不锈钢一般耐蚀性。在某些介质中使焊接件呈现刀口腐蚀。

  硅是激烈的强化铁素体元素。硅对进步铁基、镍基耐蚀合金在强氧化介质中的耐蚀性有显着效果。在高温下或在强氧化性介质中(如发烟硝酸) ,钢中加必定量的硅,可在外表构成一层富硅的外表层SiO2 ,然后使钢的抗氧化性或抗腐蚀才能显着进步。加硅对耐硫酸腐蚀也有必定效果。加硅还能够按捺不锈钢在氯离子介质中的点腐蚀倾向。但当含硅量高达4 %时,钢的脆性显着升高,而使工业运用产生困难。

  将稀土元素参加不锈钢中,能进步马氏体时效不锈钢的抗腐蚀功能。但关于稀土元素对马氏体时效不锈钢的耐蚀功能的影响,现在研讨还较少,需进一步研讨。

  上述合金元素相互之间有时会产生新的物理化学效果,往往会引起强化力学功能的效果。各种合金元素对马氏体时效不锈钢安排结构和功能的影响见表4。

  元素 构成铁素体 构成奥氏体 避免晶间腐蚀 添加耐腐蚀性 进步抗氧化性 进步高温强度 增强时效硬化 细化晶粒

  不锈钢中安稳奥氏体元素的效果居于首要方面时,不锈钢的安排就以奥氏体为主,很少以致没有铁素体;在不锈钢中所含安稳奥氏体元素镍、锰、铜的效果程度还不能使钢的奥氏体坚持至室温时,不安稳的奥氏体在冷却时即产生马氏体改变,钢的安排则为马氏体;假如构成铁素体元素的效果成为首要方面的话,钢的安排则以铁素体为主,依据镍当量和铬当量可得出不锈钢安排图。各元素的镍或铬当量为 :

  在正常化学成分和适合热处理条件下,为了取得杰出功能,马氏体时效不锈钢中的基体应为板条状马氏体。相邻的马氏体板条,根本上位向相同,并且相互之间是小倾角晶界触摸;板条宽度约为0.025~2.25μm。晶粒度对板条宽度和散布没有影响,而捆的大小则跟着晶粒度增大有变大倾向。用透射电镜调查,其亚结构首要是由高密度位错所组成,位错密度为(0.3～0.9) ×1012 cm/cm3 。马氏体能够变温或等温构成;马氏体是体心立方结构,并且逆改变为奥氏体时,有很大的温度滞后,因此在较高温度时能够产生马氏体基体的沉积;马氏体的硬度为HRC25 左右,具有很好的塑性和耐性。

  为了使马氏体时效不锈钢具有优秀的功能,期望钢的基体为马氏体安排,钢中剩余奥氏体尽量少。这就需求严厉操控钢的马氏体改变温度Ms 和适合的铬当量和镍当量。关于马氏体时效不锈钢而言,使用(3) 式可计算出马氏体相变温度,精确度可达±40 ,使用Cr 、Ni 含量对Ms 温度影响来测定Ms 温度,其精确度可达±20 。使用式(1) 和(2) 以及Cr 、Ni 含量与Ms 的联系可计算出不含剩余奥氏体和铁素体的马氏体时效不锈钢的化学成分。可是,就进步马氏体时效不锈钢的耐性而言,有少数剩余奥氏体(包含反转奥氏体) 是有利的。

  上海秉争实业有限公司马氏体时效不锈钢在马氏体基体上分出细微、弥散的金属间化合物是使这类钢取得高功能的要害。研讨标明,关于含Co 、Mo 的马氏体时效不锈钢,因为碳含量很低,故碳化物很少,在马氏体基体上首要有χ相,Laves 相、Fe2Mo 、Ni3 Ti 等金属间化合物分出。Ni3Mo 和Ni3 Ti 均呈细长的棒状,而Fe2Mo 和NiBe 则为球形。表5 给出了马氏体时效不锈钢的一些时效分出物。

  (1) 下降钢中气体、夹杂物和有害元素含量,改进马氏体时效不锈钢安排结构的均匀性,进步现有钢种的强、耐性以及耐蚀性。

  (2) 进一步研讨晶粒超细化工艺。经过改进合金化、操控轧制及形变热处理,在分出强化的一起,充分发挥形变、相变和细晶强化的归纳效果,进步钢的归纳力学功能。

  (3) 开发σ0. 2 ≥1 200 MPa 耐海水腐蚀马氏体时效不锈钢,进步铬、钼等耐腐蚀元素的含量,进一步改进马氏体时效不锈钢的耐腐蚀功能。

  (4) 无钴超高强度(σb ≥1 800 MPa) 马氏体时效不锈钢的开发及强韧化机理研讨。

  (5) 进一步研讨高度弥散金属间化合物的描摹、组分、结构以及残留奥氏体的数量描摹、散布状况对马氏体时效不锈钢功能的影响。

  马氏体时效不锈钢具有比强度大、屈强比高、强韧兼备、弹性功能优异、耐蚀性和热安稳性好、热处理标准简洁、加工成型性及焊接功能优秀等长处,具有杰出的展开远景。将高强度马氏体时效不锈钢展开至超高强度(σb ≥1 800 MPa) ,一起具有杰出的塑耐性,在航空航天等范畴存在着广泛的使用和需求远景。但从经济视点考虑,因为这类钢均含有较高的钴元素,因此价格较贵重。对此,展开无钴超高强度马氏体时效不锈钢的研讨以及稀土元素的添加对马氏体时效不锈钢腐蚀行为的影响研讨,展开耐海水腐蚀马氏体时效不锈钢的使用与研讨都有重要的含义。

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