马氏体时效钢

马氏体时效钢的研究现状与应用进展

摘要：马氏体时效钢是钢中强度最高的钢类，其具有高韧性、良好的焊接性、冷热加工性和耐应力腐蚀性。本文详细介绍了马氏体时效钢的力学性能、焊接性能和腐蚀性能等性能，以及热处理、成分配比、加工工艺对这些性能的影响，并介绍了国内外对其研究的近况。最后，介绍了马氏体时效钢的应用概况，并提出其今后的发展方向。

关键词：马氏体时效钢; 机械性能; 发展; 应用，趋势

Research Status and Applications of Maraging Steels

Abstract:Maraging steels has the best intensity in the whole steels with well toughness, good welding property, mechanical working properties and stress corrosion resistance. Research and applications of maraging steels were introduced in many respects, especially the mechanical properties such as the mechanical properties, welding properties and corrosion properties. The influences of heat treatment, ratio of constituents and processing technology to the properties were discussed. Finally, the applications and further development direction were put forward. Keywords:maraging steel; mechanical properties; develop; application，tendency

一、概述

马氏体时效钢是国际镍公司（INCO）于60年代初研制的，它是在超低碳铁镍马氏体基体上利用合金元素产生时效强化的一种超高强度钢。马氏体时效钢具有强度高、韧性好、热处理简单、焊接性能好及良好的冷热加工性能，因而被广泛地应用于工业、军事等各种领域。进入80年代以来，无钴马氏体时效钢的研发大大降低了马氏体时效钢的成本。同时，其性能也有了进一步的提高。

马氏体时效钢的热处理是通过Co，Mo，Ti等强化合金元素(表1列出了几种典型的18Ni马氏体时效钢的成分)在回火或时效时从过饱和固溶体(马氏体)中析出合金化合物作为第二相质点来实现强韧化，马氏体时效钢的显著特点是在超高强度下仍具有良好的塑性和优异的断裂韧性；同时它还具有优良的加工性能和焊接性能。这些优良的特性使马氏体时效钢可以取代传统的高强度钢，广泛用于许多领域中。

表1 几种典型的18Ni马氏体时效钢化学单位：% （质量分数）钢种 C Ni Co Mo Ti Al

18Ni(200 ) ≤0.03 17.5～

18.5

8.0～9.0 3.0～3.50.15～

0.25

0.05～

0.15

18Ni(250 ) ≤0.03 17.5～

18.5

8.5～9.5 4.6～5.20.30～

0.50

0.05～

0.15

18Ni(300 ) ≤0.03 17.5～

18.5

8.0～9.0 4.6～5.20.55～

0.80

0.05～

0.15

18Ni(350 ) ≤0.01 17.5～

18.5

12.0～

13.0

4.0～4.5 1.4～1.8 0.05～

0.15

二、马氏体时效钢发展简史

具有工业应用价值的马氏体时效钢，是20世纪60年代初由国际镍公司(INCO)首先开发出来的。1961～1962年间该公司B0.F0.Decker等人，在铁镍马氏体合金中加入不同含量的钴、钼、钛，通过时效硬化得到屈服强度分别达到1400、1700、1900MPa的18Ni(200)、18Ni(250)和18Ni(300)钢，并首先将18Ni(200)和18Ni(250)应用于火箭发动机壳体。这类钢种的出现，立即引起了各国冶金工作者的高度重视。60年代的中、后期是马氏体时效钢研究和开发的黄金时代。这期间，国际镍公司和钒合金钢公司(VasCo)又研制出了屈服强度达到2400MPa的18Ni(350)。研究工作者们还对马氏体时效钢的加工工艺、各种性能和强韧化机理进行了大量工作，同时还探索了屈服强度高达2800和3500MPa的所谓400级和500级马氏体时效钢。不过这两个级别的钢种由于韧性太低，而且生产工艺过于复杂，没有得到实际应用。在此期间，马氏体时效钢在工模具领域也有了一定市场。与此同时，前苏联和联邦德国等国也开始了马氏体时效钢的研究。到了70年代，日本因开发浓缩铀离心机，对马氏体时效钢进行了系统、深入的研究。进入80年代以来，由于钴价不断上涨，无钴马氏体时效钢的开发取得了很大进展，如美国的T一250(18Ni一3Mo一10.4Ti—0.1A1)、日本的14Ni一3Cr一3Mo一10.5Ti合金、韩国的w一250(18Ni一40.5w一10.4Ti—0.1A1)和前苏联的H161~6M6(16Ni一6V一6Mo)均相继问世。这些钢不仅使生产成本降低了

20％～30％，而且性能也十分接近相应强度水平的含钴马氏体时效钢。

为改善马氏体时效钢的耐腐蚀性能，在20世纪60年代后期又开发了马氏体时效不锈钢，它具有马氏体时效钢的全部优势，又具备马氏体时效钢所不具备的耐蚀性，同时还对沉淀硬化型不锈钢的某些性能进行了改进，因此用马氏体时效不锈钢逐步代替沉淀硬化型不锈钢是超高强度不锈钢一个重要的发展方向，是超高强度不锈钢最有潜力的钢种。

中国的发展

中国从20世纪60年代中期就开始研制马氏体时效钢。最初以仿制18Ni(250)和18Ni(300)为主。到70年代中期又开始研究强度级别更高的钢种和无钴或节镍钴马氏体时效钢，还开发出用于高速旋转体的超高纯、高强高韧的马氏体时效钢(cM一1钢)，研制出高弹性的马氏体时效钢(TM210等)和低镍无钴马氏体时效钢(12Ni一3Mn3Mo—TiAlV)。

三、马氏体时效钢的性能特点

3.1 高强韧性和强疲劳强度

马氏体时效钢是钢中强度最高的钢类。其强度虽高，但比同强度级的其它种超高强度钢的韧性都高, 是现有材料中具有最高强韧性的钢种。

马氏体时效钢的抗拉强度远远高于一般传统钢种，其抗拉强度在1000Mpa至2500Mpa范围内，并随加工参数的变化而有所不同。这些钢的断裂韧性很高，在90～200Mpa√m范围内。

马氏体时效钢的疲劳性能极好，其疲劳强度值可与其它高强度钢的相媲美。通过喷丸韧化处理和氮化处理，还可进一步提高马氏体时效钢的疲劳强度。表2是标准18Ni马氏体时效钢的典型力学性能。

表 2 典型18Ni马氏体时效钢的典型力学性能