马氏体不锈钢

马氏体不锈钢

标准的马氏体不锈钢是：403、410、414、416、416(Se)、420、431、440A、440B和440C型，这些钢材的耐腐蚀性来自“铬”，其范围是从11.5至18%，铬含量愈高的钢材需碳含量愈高，以确保在热处理期间马氏体的形成，上述三种440型不锈钢很少被考虑做为需要焊接的应用，且440型成

份的熔填金属不易取得。

标准马氏体钢材的改良，含有类如镍、钼、钒等的添加元素，主要是

用于将标准钢材受限的容许工作温度提升至高于1100K，当添加这些元素时，碳含量也增加，随着碳含量的增加，在焊接物的硬化热影响区中避免龟裂

的问题变成更严重。

马氏体不锈钢能在退火、硬化和硬化与回火的状态下焊接，无论钢材

的原先状态如何，经过焊接后都会在邻近焊道处产生一硬化的马氏体区，

热影响区的硬度主要是取决于母材金属的碳含量，当硬度增加时，则韧性

减少，且此区域变成较易产生龟裂、预热和控制层间温度，是避免龟裂的

最有效方法，为得最佳的性质，需焊后热处理。

马氏体不锈钢是一类可以通过热处理（淬火、回火）对其性能进行调

整的不锈钢，通俗地讲，是一类可硬化的不锈钢。这种特性决定了这类钢

必须具备两个基本条件：一是在平衡相图中必须有奥氏体相区存在，在该

区域温度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中之后，进行淬火形

成马氏体，也就是化学成分必须控制在γ或γ+α相区，二是要使合金形成耐腐蚀和氧化的钝化膜，铬含量必须在10.5%以上。按合金元素的差别，可分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。

马氏体铬不锈钢的主要合金元素是铁、铬和碳。图1-4是Fe-Cr系相

图富铁部分，如Cr大于13%时，不存在γ相，此类合金为单相铁素体合金，在任何热处理制度下也不能产生马氏体，为此必须在内Fe-Cr二元合金中

加入奥氏体形成元素，以扩大γ相区，对于马氏体铬不锈钢来说，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允许更高的铬含量。在马氏体铬不锈钢中，除铬外，C是另一个最重要的必备元素，事实上，马氏体铬不锈耐热钢是一类铁、铬、碳三元合金。当然，还有其他元素，利用这些元素，可根

据Schaeffler图确定大致的组织。

马氏体不锈钢主要为铬含量在12%-18%范围内的低碳或高碳钢。各国广泛应用的马氏体不锈钢钢种有如下3类：

1.低碳及中碳13%Cr钢

2.高碳的18%Cr钢

3.低碳含镍（约2%）的17%Cr钢

马氏体不锈钢具备高强度和耐蚀性，可以用来制造机器零件如蒸汽涡轮的叶片（1Cr13）、蒸汽装备的轴和拉杆（2Cr13），以及在腐蚀介质中工作的零件如活门、螺栓等（4Cr13）。碳含量较高的钢号（4Cr13、9Cr18）则适用于制造医疗器械、餐刀、测量用具、弹簧等。

与铁素体不锈钢相似，在马氏体不锈钢中也可以加入其它合金元素来改进其他性能：1.加入0.07%S或Se改善切削加工性能，例如1Cr13S或

4Cr13Se；2.加入约1%Mo及0.1% V，可以增加9Cr18钢的耐磨性及耐蚀性；

3.加入约1Mo-1W-0.2V，可以提高1Cr13及2Cr13钢的热强性。

马氏体不锈钢与调制钢一样，可以使用淬火、回火及退火处理。其力学性质与调制钢也相似：当硬度升高时，抗拉强度及屈服强度升高，而伸长率、截面收缩率及冲击功则随着降低。

马氏体不锈钢的耐蚀性主要取决于铬含量，而钢中的碳由于与铬形成稳定的碳化铬，又间接的影响了钢的耐蚀性。因此在13%Cr钢中，碳含量越低，则耐蚀性越高。而在1Cr13、2Cr13、3Cr13及4Cr13四种钢中，其耐蚀性与强度的顺序恰好相反。

金属材料经过回火的方式不同后会有一段时间的金相结构不稳定，有的材料会在很长的时间里金相结构不稳定，在这段时间里的金相结构观察称为回火马氏体。

材料温度稳定后，金相结构不再发生变化，这时候观察的金相结构才称谓马氏体。

淬火马氏体是过冷奥氏体被激冷到Ms点以下时转变的组织，是碳与合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体。淬火马氏体分为板条马氏体（低碳马氏体)和片状马氏体(高碳马氏体),形态上各为板条状和片状，淬火马氏体一般硬而脆，属于亚稳状态，随外界温度或应力变化有向稳定状态（发生分解）的趋向。

马氏体在250℃以下温度回火时,分解为低碳马氏体和ε碳化物组成的混合物,称为回火马氏体。由于ε碳化物的析出相和不均匀的分布，使得这种组织易于腐蚀，故回火马氏体的金相组织呈不均匀的灰黑色。

奥氏体

奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，常用符号A表示。它仍保持γ－Fe 的面心立方晶格。其溶碳能力较大，在727℃时溶碳为ωc＝0.77％,1148℃时可溶碳2.11％。奥氏体是在大于727℃高温下才能稳定存在的组织。奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织。奥氏体是没有磁性的。

马氏体分级淬火

是将奥氏体化工件先浸入温度稍高或稍低于钢的马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中，保持适当的时间，待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺，也称分级淬火。分级淬火由于在分级温度停留到工件

内外温度一致后空冷，所以能有效地减少相变应力和热应力，减少淬火变形和开裂倾向。分级淬火适用于对于变形要求高的合金钢和高合金钢工件，也可用于截面尺寸不大、形状复杂地碳素钢工件。

马氏体不锈钢

通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。

马氏体就是以人命命名的：

对于学材料的人来说，“马氏体”的大名如雷贯耳，那么说到阿道夫·马滕斯又有几个人知道呢？其实马氏体的“马”指的就是他了。在铁碳组织中这样以人名命名的组织还有很多，今天我们就来说说这些名称和它们背后那些材料先贤的故事。

马氏体Martensite，如前所述命名自Adolf Martens (1850-1914)。这位被称作马登斯或马滕斯的先生是一位德国的冶金学家。他早年作为一名工程师从事铁路桥梁的建设工作，并接触到了正在兴起的材料检验方法。于是他用自制的显微镜（！）观察铁的金相组织，并在1878年发表了《铁的显微镜研究》，阐述金属断口形态以及其抛光和酸浸后的金相组织。（这个工作我们现在做的好像也蛮多的。）他观察到生铁在冷却和结晶过程中的组织排列很有规则（大概其中就有马氏体），并预言显微镜研究必将成为最有用的分析方法之一（有远见）。他还曾经担任了柏林皇家大学附属机械工艺研究所所长，也就是柏林皇家材料试验所（"Staatliche Materialprüfungsamt"）的前身，他在那里建立了第一流的金相试验室。1895年国际材料试验学会成立，他担任了副主席一职。直到现在，在德国依然有一个声望颇高的奖项以他的名字命名。