马氏体钢17-4ph,17-7ph等材料的热处理制度和力学性能 详细

供17-4PH/AISI 630圆钢、环件、锻件、钢带、钢板、螺栓紧固件等 UNS S17400/17-4PH/AISI630/SUS630/0Cr17Ni4Cu4Nb, 630合金是由铜、铌/钶构成的沉淀硬化马氏体不锈钢，具有高强度、硬度（高达300 0 C/5000 C）和抗腐蚀等特性。

经过热处理后，产品的机械性能更加完善，可以达到高达1100-1300 mpa (160-190 ksi) 的耐压强度。

这个等级不能用于高于300 0C (572 0F) 或非常低的温度下，对大气及稀释酸或盐都具有良好的抗腐蚀能力，它的抗腐蚀能力与304 和430 一样。

一般用于制造耐腐蚀性要求高,同时又要求强度高的零部件，如轴类、阀杆、机械零部件、汽轮机、水刀、喷丝板等。

（本公司材料全部采用二次电渣重熔处理）
5不锈钢的海洋腐蚀[5]
海洋腐蚀主要指金属在海洋环境下所发生的腐蚀，是一人复杂的电化学过程。

海洋腐蚀就其环境发球湿腐蚀，其性质是电化学腐蚀[5]。

不锈钢在海洋工程中的应用日益增多，许多重要的海洋工程设备，如热交换器、螺旋桨、泵和阀门等采用耐海水腐蚀的不锈钢。

国内广泛应用的耐海水腐蚀不锈钢有奥氏体不锈钢，高纯铁素体不锈钢，双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢。

从海洋腐蚀环境角度出发，沿垂直方向将海洋分为五个不同特性的腐蚀区带，如下图
图1海洋腐蚀环境划分示意图[6]
5.1不锈钢的海水腐蚀性能
不锈钢是易钝金属，其腐蚀规律与碳钢和低合金钢不同，海水中大量的Cr-对依靠钝化防腐蚀的合金破坏极大，一般是全浸区最重（Cl-离子最多，）潮差区次之，飞溅区最轻。

不同海域的环境因素及海生物附着对不锈钢的腐蚀敏感性产生重要影响。

不锈钢在海水中的耐蚀性通常高Cr钢优于低Cr钢，Ni-Cr钢优于Cr钢，随着Ni、Cr含量的提高耐蚀性增加，降低含C量可提高不锈钢耐蚀性，不锈钢中加入Mo能提高钝化膜对Cl-的抵抗力[6]。

对于不锈钢来说，提高Cr含量、加入Ni\Mo元素，或降低C含量，能增强不锈钢的钝化能力，并提高不锈钢的耐海水腐蚀性能。

钝化能力较强的不锈钢海水腐蚀电位较正。

与“在海水中稳定电位较正的不锈钢耐蚀性能较好，稳定电位较负的不锈钢耐蚀性较差”是一致的。

不锈钢在海水平的稳定电位的正负顺序与它们的耐蚀性顺序一致。

稳定电位较正的不锈钢，其耐蚀性较好；稳定电位较负的不锈钢，其耐蚀性较差[7]。

5.2耐海水腐蚀不锈钢国内外研究现状[8]
迄今为止，国内外现有用于海洋的耐蚀材料，一类是低强度材料，耐海水腐蚀性能较好，但强度低，特别是屈服强度低，一般不超过500MPa；另一类为沉淀硬化型，虽有较高的强度，但耐海水腐蚀性能差。

目前国内外常用的耐海水腐蚀不锈钢大致分为四种类型。

第一种为奥氏体型不锈钢，有较好的耐腐蚀性，但屈服强度均不大于300MPa，个别也只有
450-700MPa；第二种为铁素体型不锈钢，但屈服强度均低于300MPa；第三种为双相不锈钢，屈服强度可达到700MPa左右；第四种为沉淀硬化型不锈钢，有较高的强度，但耐蚀性能达不到要求。

从提高强度确保耐蚀性的思路出发，调整钢中合金元素，特别是时效强化元素的含量，以得到较高强度的耐海水腐蚀的新型不锈钢[9]。

邓淑珍等[10]用动电位扫描法研究了钛、镍基合金、不锈钢等在3.5%氯化钠溶液中的电化学行为，并利用线性极化法测得钛、镍基合金、不锈钢在上述溶液中的腐蚀速率，研究结果表明：三种材料耐海水（用3.5%溶液模拟海水）腐蚀性能好坏的顺序是：钛>镍基合金>不锈钢。

5.2.1耐海水腐蚀高纯度奥氏体不锈钢的现状
研究表明，铬、钼、氮、镍、硅、钒、稀土等能提高奥氏体不锈钢的耐海水腐蚀性[11]。

国外常用的耐海水腐蚀奥氏体不锈钢有：AL-6×(20Cr-24Ni-6Mo),
254Smo(20Cr-18Ni-6.1Mo), VEWA963(17Cr-16Ni-6.3Mo) 22Cr-12Ni-6M, WSC≥
(17Cr-16Ni-5.5Mo), 2RK65 (20Cr-25Ni-4.5Mo), 904L (20Cr-25Ni-4.5Mo), Sallicro28 (27Cr-31Ni-3.5Mo-1Cu), 20Cr-25Ni-6Mo-1.5Cu-N[12]等。

我国研制的钢号有：00Cr20Ni25Mo5N, 00Cr25Ni25Si2V2Nb, 0Cr17Ni17,
0Cr18Ni18Si2Xt, 00Cr18Ni18Mo5N, 00Cr20Mo4.5Cu等[13]。

实践表明，耐海水腐蚀奥氏体不锈钢中，铬含量一般为17-27%，钼含量一般为了2-7%，镍含量一般12-25%，偶而加入2%硅和2%钒[13]。

耐海水腐蚀奥氏体不锈钢的σs一般都小于300MPa。

5.2.2耐海水腐蚀高纯度铁素体不锈钢的现状
高纯铁素体不锈钢中，分别增加或同时增加铬、钼含量，耐海水腐蚀性大幅度增加。

当铬达30%时，孔蚀电位急剧增加，这是因为铬增加钝化膜的稳定性。

当钢中添加2%钼可使其在盐酸中的耐蚀性提高30倍，若添加3.5-5%Mo，则临界电流密度非常小，腐蚀率几乎为零。

5.2.3耐海水腐蚀双相不锈钢现状
双相不锈钢是指铁素体为40-80%的铁素体-奥氏体型不锈钢，其化学成分一般18-28%铬及2-5%镍；根据不同用途添加钼、铜、钨、氮、铌等合金元素。

双相不锈钢在海水中具有良好的抗应力腐蚀性，如3Re60, 1Cr21Ni5Ti, 00Cr25Ni6Mo3N, 00Cr25Ni6Mo3WCuN等。

[11]
5.2.4耐海水腐蚀高强度不锈钢现状
国外常用钢号有17-4PH, 17-7PH, PH15-7Mo, PH14-8Mo, A-286，σs高达800-1500MPa，除A-286外，其它钢号强度（时效态）均可满足用户要求，但大部分钢耐蚀性差。

而罗永赞等对0Cr16Ni6Mo2、00Cr26Ni6Mo4Cu1Ti、00Cr206Ni18Mo6CuN、00Cr26Ni8Mo3Ti、
00Cr26Ni5Mn5Mo4Cu2N、00Cr26Ni6CuTi六种高强度耐海水腐蚀不锈钢做了大量的研究工作。

研究表明这六种不锈钢具有高强度、良好的强韧性配合以及耐海水腐蚀性能，适合在海水介质中长期服役[14]。

6阀杆材料举例[15]
6.1不锈钢
6.1.1 0Cr17Ni4Cu4Nb [14]
0Cr17Ni4Cu4Nb是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，从固溶温度冷至室温时，组织转变为马氏体，再经450-620℃时效处理，由于马氏体基体沉淀富铜相，使强度进一步提高。

因含碳量较低，耐腐蚀性和可焊性均优于普通马氏体型不锈钢，并接近于某些奥氏体不锈钢。

相近牌号：AISI630（美国），SUS630（日本），Z6CNU17-04（法国）
熔化温度范围：1400-1440℃
抗氧化性能：中温抗氧化性能与普通奥氏体不锈钢相近。

耐腐蚀性能：耐大气腐蚀和耐酸腐蚀能力明显优于马氏体不锈钢，而与某些奥氏体不锈钢相当。

对氢脆不敏感，但在高强度状态下，在某些介质中可能产生应力腐蚀。

该钢在还原性酸，特别是硫酸中耐蚀性良好。

在海水中的腐蚀减重约为0Cr17Ni7Al钢的30%，而与
1Cr18Ni9Ti钢相当。

在高温高压水中的缝隙腐蚀性能大致与1Cr18Ni9Nb钢相当。

由于0Cr17Ni4Cu4Nb钢具有高强度、高韧性、高耐蚀性、高耐氧化性和优良的成型性、可焊接性等综合性能被广泛用于尖端工业和民用工业，可作为370℃以下要求耐磨、耐蚀、高强度的结构件，例如传动装置、铀、齿轮、螺栓，阀及泵零件。

0Cr17Ni4Cu4Nb钢还可用于400℃以下工作的飞机、导弹的紧固件[14]。

6.1.2“6Mo”高合金不锈钢
罗永赞[16]对高合金不锈钢、铜镍合金、镍-铬-钼合金、钛合金等在海洋管路中的应用情况作了分析比较，结果表明高合金不锈钢的化点多于铜镍合金，是最引人注目的钢种。

在海洋泵阀材料中高级不锈钢是受人们欢迎的钢种。

如果泵阀材料耐蚀性要求非常高，价格又
在可允许的范围内，可选用镍-铬-钼合金，即Inconel625或Hastelloy C-276。

如果价格超过允许范围，就应当考虑装配新型高级不锈钢，罗永赞等人曾研制了双真空制造的铁素体时效不锈钢(00Cr26Ni6Mo4Cu1Ti)用于制造阀杆，其力学生能、耐海水腐蚀性能的样件应用都很好，但加工制造困难，有待于解决。

另外泵阀材料对力学性能要求比较严格。

下表列出了部分泵阀材料的性能。

表3 用于海水泵阀的高级不锈钢的力学性能
名称
σ0.2
(MPa)min σb
(MPa)min
δ5
(%)min
A k(V)
(J/cm2)
254SMO 300 650 35 120 Sonicro 28 215 550-750 40 -
SS2562(2RK65.904L) 220 500 35 -
M.Nrll. 4462(2205 Avesta) 450 680 25 -
00Cr26Ni6Mo4Cu1Ti 935 1073 12 A k(u)42J “6Mo”高合金不锈钢强度高，不论在高速海水、污染海水（特别是硫化物）情况下，
耐海水腐蚀性能都很好。

当海水流速为2m/s时，“6Mo”高合金不锈钢耐局部腐蚀性能优于
铜镍合金；当流速在6-7m/s以上时，“6Mo”高合金不锈钢的耐蚀性与钛合金相当[16]。

文献
资料[17]表明：304L和316L试样全浸在海水中仅经历3-6个月，便因严重点蚀和缝隙腐蚀而穿孔，因此限制了这些不锈钢在海水中的应用。

随着合金化程度的增加，特别是Mo含量、N
含量的增加，不锈钢在海水中的耐局部腐蚀性能亦随之增强。

6.1.3 00Cr32Ni7Mo4N (SAF3207 HD)
00Cr32Ni7Mo4N为特超级不锈钢，是为解决深海（水深近2500m，压力高于1500psi）管
道缆的苛刻需求而开发，钢中铬氮含量高，使00Cr32Ni7Mo4N钢既具有更高的强度以承受更高的外加载荷，又具有更加优异的耐蚀性以适应更加苛刻的腐蚀介质的需求。

6.1.3.1化学成分和组织特点
00Cr32Ni7Mo4N钢的化学成分见表4。

表4 00Cr32Ni7Mo4N钢的正常化学成分和PRE值
化学成分标号
化学成分/% PRE
值国外相应牌号
C Cr Ni Mo N Mn
00Cr32Ni7Mo4N ≤0.0329/33 6/9 3/5 0.4/0.6 ≤1.5
约
50 SAF 3207 H≥UNS
S33207
00Cr32Ni7Mo4N钢的化学成分保证了此钢组织结构的稳定性。

此钢的正常显微中奥氏体和铁素体量各占约50%。

6.1.3.2力学性能
由于00Cr32Ni7Mo4N合金元素含量高，而且具有微细的双相结构，因此此钢具有非常高的拉伸性能，在α+γ双相不锈钢中属于强度最高的。

当温度为200℃时，σb=900Mpa，
σ0.2=700MPa；
6.1.3.3耐腐蚀性能
根据耐点蚀当量公式，PRE值=Cr%+3.3×Mo%+16×N%计算，此钢的PRE值可达50以上，而已获得广泛应用的超级双相不锈钢，如2507(00Cr25Ni7Mo4N)钢PRE值公约42，因此特超级双相不锈钢较超级双相不锈钢具有更加优良的耐点蚀和耐缝隙腐蚀性能。

[P]
6.1.3.4 应用
此钢可以生产厚度为5-150mm的板材以及管、棒、丝、带材等，主要用于石油，天燃气管线，海上化学品运输船的箱、罐，化学工业、石油化工、炼油工业以及海水环境中的塔、容器、热交换器等，可代替高牌号奥氏体不锈钢我高镍耐蚀合金。

6.1.3.5 类似牌号
00Cr25Ni6.5Mo3.5CuN (UR52N+), 00Cr25Ni7Mo3.5WCuN (Zeron100), 00Cr27Ni7Mo5N (SAF 2707 HD), 00Cr29Ni6Mo2N (SAF 2906), 00Cr32Ni7Mo4N (SAF 3207 HD)
6.2铁镍基耐蚀合金
铁镍基耐蚀合金是介于高镍奥氏体不锈钢和镍基耐蚀合金之间的一些牌号。

一般规定：Ni含量≥30%，Ni+Fe含量≥60%。

与镍基合金相比，此类合金可节约近40%-50%的镍，在保
证合金基体具有面心立方结构奥氏体组织的前提下，铁镍基耐蚀合金较铬镍基奥氏体不锈钢
可容纳更多的有利于提高合金耐蚀性的铬、钼等元素的含量，且合金的热稳定性一般仍可优
于高铬、钼量的铬镍奥氏体不锈钢。

铁镍耐蚀合金的生产和使用工艺等与高镍、铬、钼奥氏
体不锈钢类似。

6.2.1 Cr20Ni32型耐蚀合金
C<0.1%，Cr含量为20%左右，Ni约32%并含少量铝、钛的铁-镍基耐蚀合金是Ni-Fe-Cr
系合金的代表性牌号，通称Incoloy 800合金。

按照化学成分和用途至少可将Cr20Ni32型合
金分为标准型、高碳型、中碳型和超低碳型四种。

高碳型合金的碳含量处于0.05%-0.1%和
0.06%-0.10%之间。

主要用于600℃以上，具有粗晶粒、高蠕变强度的特点。

在化工、电厂、石油化学工业中的过热器、再热器、高温加热、转化、裂解炉管等方面的应用。

中碳型合金
的碳含量在0.03%-0.06%之间，具有中等晶粒度，一般用于350-600℃使用的过热器、再热器
等热强部件。

也适用于高温（750℃）气冷堆换热器。

6.2.1.1耐腐蚀性能
(1)高温腐蚀
尽管Cr20Ni32Fe合金在湿态介质中也具有较好的耐蚀性，但此类合金良好的耐蚀高温
腐蚀性能也是相当突出优点。

在高温条件下，由于合金中具有较高的铬含量和足够的镍含量，使其能形成抗氧化性良好的氧化膜，从而具有良好的抗氧化性和抗渗碳性能，是耐高温腐蚀
的良好材料。

在高温炉气中Cr20Ni32Fe的耐蚀性优于一般奥氏体不锈钢。

在石油精炼加工中常常遇到含H2S的H2腐蚀问题，Cr20Ni32Fe对其耐蚀性优于一般奥
氏体不锈钢，也优于Inconel 600合金，400℃时的实验室试验结果如下表，600℃和700℃
时的试验结果如下表5。

表5 Cr20Ni32Fe在400℃，H2+1.5%H2S(体积)介质中的耐蚀性
合金牌号腐蚀速率/mm.a-1合金牌号腐蚀速率/mm.a-1 0Cr18Ni9(AISI 304) 0.20 Cr20Ni32Fe (Incoloy 800) 0.08
0Cr18Ni11Nb (AISI 347) 0.18
0Cr15Ni75Fe
(Incoloy 600)
0.25 0Cr25Ni3 (AISI 309) 0.13
注：H2压力：3.3mN/m2，试验时间730h。

高碳型Cr20Ni32Fe合金的抗硫化试验结果
材料牌号试验条件
H2+1.5%H2S，100h，增重/mg.m-2
600℃700℃
Incoloy 601 15.6 79.3
Incoloy 800H/800HT 29.5 147.0
0Cr25Ni20 32.6 138.4
0Cr18Ni9 37.8 191.6
(2)晶间腐蚀
Cr20Ni32Fe型合金经敏化处理时将具有晶间腐蚀倾向性。

Cr20Ni32Fe合金级中温敏化后在介质中会产生晶间腐蚀，在硝酸和硫酸铁法试验中，含碳0.04%的合金最敏感的温度是约650℃，在硫酸铜+碳酸+铜屑法的试验中，含碳量越低，Ti/C比越高，则晶间腐蚀敏感性越低。

研究表明，导致Cr20Ni32Fe合金晶间腐蚀敏感性的原因仍然是M23C6的析出在晶界形成贫铬区。

采取降低合金中的碳量，提高合金的稳定化度（即Ti/C比），控制适宜的固溶处理温度和细化合金的晶粒等措施，可有效地降低合金对晶间腐蚀的敏感。

(3)应力腐蚀
工程实践和实验室试验表明，在高温水的某些条件下，超低碳的Cr20Ni32Fe
（00Cr20Ni32AlTi，Sanicro 30）合金的耐应力腐蚀性能显著优于18-8型奥氏体不锈钢。

6.2.1.2力学性能
表6 超低碳型Cr20Ni32Fe合金的力学性能
品种
热处理
温度室温350℃
σb/MPaσs/MPaδ/%ψ/%σb/MPaσs/MPaδ/%ψ/%
/℃
1050℃
管材
575/625 295/425 34/37 - - 40 - 水冷
1100℃
575/585 235 54.5/46.0 74.5 437/450 114/153 42.6/43.2 70.5 棒材
水冷
6.2.1.3热冷加工及成型性能
Cr20Ni32Fe型合金的热加工性能均良好，类似于一般Cr-Ni奥氏体不锈钢，合金的热
加工温度范围为1000-1200℃，通常合金的热弯成型可在1000-1150℃范围内进行。

热成型后
可以空冷，但为了降低合金的晶间腐蚀倾向，应尽量快速冷却通过540-760℃的敏化温度区。

合金的冷加工成型性类似于18-8型奥氏体不锈钢，但加工硬化倾向低于18-8型奥氏体不锈
钢，尽管如此，在冷加工成型过程中，中间软化退火也是常常需要的，中间退火温度同固溶
处理温度。

6.2.1.4热处理工艺
此合金的固溶处理温度在920-980℃，一般控制在（980±10）℃，保温时间视产品的
厚度而定，但保温时间不得少于10min，对于高碳合金且在550℃以上使用者，其固溶温度应
为1150℃-1205℃。

消除应力的热处理，一般在540℃以上即可产生效果，但残余应力的完全
消除在高于870℃的温度处理。

6.2.1.5 应用
Cr20Ni32Fe合金因其在含氯化物和低浓度NaOH的苛性水介质中具有优良的耐应力腐
蚀性能，多年来广泛用于化学和石化工业中制造耐应力腐蚀的设备，以代替惯用的但对SCC
异常敏感的18-8型奥氏体不锈钢。

在动力工业中，用以制造核电厂压水反应堆和重水堆的蒸
发器，高温气冷堆等。

在化学加工工业中，用以制造硝酸冷却器，醋酐裂化管以及各种换热
设备。

6.2.2 铁镍基耐蚀合金牌号
0Cr20Ni43Mo13 (NS 131), 0Cr21Ni40Mo13 (Narloy 3), 00Cr25Ni35mo3CuTi,
0Cr22Ni47Mo6.5Cu2Nb2 (Hastelloy G), 00Cr22Ni48Mo7Cu2Nb (Hastelloy G3),
00Cr30Ni43Mo5.5W2.5Cu2Nb (Hastelloy G30), 00Cr27Ni31Mo3Cu (Sanicro 28, Nicrofer
3127LC), 0Cr21Ni42Mo3Cu2Ti (Incoloy 825), 0Cr20Ni35Mo3Cu3Nb (Carpenter 20Cb-3,
NS 143), 0Cr15Ni40Mo5Cu3Ti3Al (эл543).
25Cr2Mo1VA，低碳合金钢，用于蒸汽温度在565℃的汽轮机前汽缸、螺栓、阀杆等。

抗拉强度75~85，HB241~302。