金属耐蚀材料第八讲沉淀硬化不锈钢

5. 30
12. 00 5. 00 3. 30
≤1. 00 ≤0. 030 ≤0. 035 15. 50 3. 00 17. 50 5. 00
≤0. 50 ≤0. 030 ≤0. 035 13. 50 5. 70 1. 50 15. 00 6. 80 2. 20
≤0. 50 ≤0. 030 ≤0. 035 14. 00 5. 50 15. 50 6. 50
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徐增华 :金属耐蚀材料 第八讲 沉淀硬化不锈钢
得尽可能高的强度和良好的综合力学性能 。通常是 根据所要求的综合力学性能 ,特别是强度 ,来选择热 处理时间 、温度 。时效时间随钢种及工件不同而异 。 时效过程的沉淀硬化 ,还可采取分级时效 ,一般采用 多级时效 (简称 M H 处理) ,以达到更佳效果 。
自 40 年代以来 ,为适应迅速发展的航空 、航天 工业的需要 , 开发了几种沉淀硬化不锈钢 , 如 172 4 PH 、1727 PH 、Stainless W 等 ;而随着新兴化学工业 的需要和随着火箭 、宇航 、原子能及海洋开发等工业 的发展及真空冶炼技术的进步 ,并受到超低碳马氏 体时效钢出现的影响 ,在 60 年代初 ,研制开发了马 氏体时效不锈钢 。现有如下几种类型 :
转变为低碳马氏体 ,并通过时效处理进行沉淀硬化 达到更高的强度 。
(2) 马氏体沉淀硬化不锈钢 其代表钢种有 0Cr17Ni42Cu4Nb (相当于 1724 PH) 。这类钢以马氏 体状态供货 ,其化学成分保证了经固溶处理后 ,在室 温时为低碳马氏体组织 。它利用马氏体相变和沉淀 硬化相结合来提高钢的强度和硬度 ,与半奥氏体沉 淀硬化不锈钢相比 ,热处理工艺简单 ,通过改变时效 温度 ,可在相当宽的范围内调整机械性能 。其耐蚀 性能比普通马氏体不锈钢优越 。
表 2 国外沉淀硬化不锈钢的化学成分
钢种
化学成分/ %
组织
C
Si
Mn
Ni
Cr
Mo
Cu
Ti
Al
其他
固溶态 时效态
stainless W 0. 06 0. 6 0. 6
7
17
-
-
0. 8 0. 2
-
马氏体
1724 P H
0. 04 0. 6 0. 3 4. 25 16
-
3. 3
-
Circle L217 0. 06 0. 6 0. 6
-
-
1. 15
1626MoCu 0. 07
-
-
6
16 1. 5 1. 5
-
-
FV2520
0. 07 0. 6 1. 0 5. 4 15. 7 1. 6
2
0. 2
-
AM350
0. 08 0. 25 0. 8 4. 3 16. 5 2. 75 -
-
-
AM355
0. 13 0. 25 0. 95 4. 3 15. 5 2. 75 -
(5) 冷变形处理 ,用字母 C 表示 ,简称 C 处理 。 经 A 处理后的奥氏体 ,只要成分控制适当 ,在室 温下进行塑性变形或冷加工 ,也可诱发马氏体相变 。 要获得一定数量的马氏体 ,冷轧时可采用高于 60 % 的变形量 。
(6) 时效处理 ,用字母 H 表示 ,简称 H 处理 。 此处理是沉淀硬化不锈钢的最后热处理 ,目的是 利用时效作用产生细小且弥散分布的沉淀相 ,以获
第 22 卷第 8 期 2001 年 8 月
腐蚀与防护
CORROSION & PRO TECTION
Vol. 22 No. 8 August 2001
专题讲座
金 属 耐 蚀 材 料
第八讲 沉淀硬化不锈钢
徐增华
(上海材料研究所 ,上海 200437)
中图分类号 : T G174. 2 + 2/ T G142. 71 文献标识码 : B 文章编号 : 10052748X(2001) 0820367204
4
16
-
2. 5
-
-
0. 27Nb -
马氏体
+
析出物
AM2362
0. 03 0. 08 1. 0
6
15
-
-
0. 75 -
-
AFC77
0. 15 -
-
-
14. 5 5. 0
-
-
- 13. 0Co 0. 5V 马氏体 马氏体
AM367
0. 03 0. 15 0. 15 3. 5 14. 0 2. 0
-
0. 5
·367 ·
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徐增华 :金属耐蚀材料 第八讲 沉淀硬化不锈钢
钢号 0Cr17Ni7Al
C ≤0. 09
·368 ·
温一定时间 ,冷却至室温 。主要组织为低碳马氏体 。 (4) 冷处理 ,用字母 R 表示 ,简称 R 处理 。
其方法是经 A 处理后的钢 ,先经过高温调节处理 (约 950 ℃左右) ,只析出少量碳化物 , 冷却至室温 时 ,组织仍为奥氏体 ,再经 - 78 ℃保持一定时间冷处 理 ,可获得相对 T 处理含碳较高的马氏体 。
3 沉淀硬化不锈钢的工艺性能
可参考相近成分的奥氏体不锈钢和马氏体不锈 钢的有关工艺性能 。
4 沉淀硬化不锈钢的耐腐蚀性能
沉淀硬化不锈钢兼有强度高 、耐蚀性好的特点 , 这类钢的耐蚀性能 ,不但与成分有关 ,且与热处理 , 特别是与时效温度密切相关 。微细相的析出或时效 反应对耐腐蚀性能有害 。但能提高钢的强度和硬 度 ;若进行过时效处理 ,常对耐蚀性能有利 ,但会降 低强度 。 4. 1 耐全面腐蚀性能
典型的马氏体型 1724 PH 钢 (0Cr17Ni4Cu4Nb) 的耐蚀性通常与 1828 型奥氏体不锈钢相当 ,比铬不 锈钢好 。因 1724PH 钢时效析出富铜相 ,故在氧化 性酸 (如 HNO3) 中时效态比固溶态的耐蚀性差 ,在 还原性酸 (如 H2 SO4) 中耐蚀性较好 。1727 PH 钢的 耐蚀性接近于 1724PH 钢 ,在氧化性酸中耐蚀性良 好 , 但 不 能 用 于 H2 SO4 、HCl 等 还 原 性 酸 中 。为 了
化学成分/ %
Mn
S
P
Cr
Ni
Mo
≤1. 00 ≤0. 030 ≤0. 035 16. 00 6. 50 18. 00 7. 50
≤1. 00 ≤0. 030 ≤0. 035 14. 00 6. 50 2. 00 16. 00Biblioteka Baidu7. 50 3. 00
4. 40 ≤0. 030 ≤0. 035 11. 00 4. 00 2. 70
1 沉淀硬化不锈钢的化学组成和类型
1. 1 沉淀硬化不锈钢的化学组成 沉淀硬化 ( PH) 不锈钢是通过热处理析出微细
的金属间化合物和某些少量碳化物以产生沉淀硬 化 ,而获得高强度和一定耐蚀性相结合的高强不锈 钢 ,它兼有铬镍奥氏体不锈钢耐蚀性好和马氏体铬 钢强度高的优点 。其化学成分除铬 、镍元素以外 ,还 含有直接或间接导致沉淀相形成的 Ti 、Nb 、Al 、Mo 、 Co 、Cu 等合金元素 ,且碳含量很低 ,一般为低碳或超 低碳 。高铬能使钢具有高耐蚀性和高淬透性 ,低碳 是为了避免与铬结合降低耐蚀性 ,并保证钢的可焊 性 。镍的作用是多方面的 ,但主要是使钢奥氏体化 , 并调整钢的相变点 ,特别是马氏体转变温度 M s ,以 及与其它元素形成沉淀硬化相 ,如 Ni3Mo 、Ni3Nb 、 Ni3Al 等 。钼 主 要 增 加 耐 蚀 性 和 形 成 硬 化 相 , 如 Fe2Mo 、Ni3Mo 及 x 相等 。钴不形成沉淀相 ,其主要 作用是强化基体和限制其他元素在基体中的溶解 度 ,以及调整马氏体点和促使其他元素较多较快地 形成沉淀相 。 1. 2 沉淀硬化不锈钢的发展及类型
-
-
0. 1N 0. 1N
奥氏体 马氏体
+
+
少量铁素体 析出物
淬。 (2) 固溶处理 ,以字母 A 表示 ,简称 A 处理 。
目 的 是 使 钢 尽 可 能 地 软 化 。根 据 钢 种 加 热 至 10201100 ℃,适当保温 ,然后水 (油) 淬或空冷 。金相 组织一般为奥氏体或马氏体 。
(3) 调节处理 ,以字母 T 表示 ,简称 T 处理 。 T 处理的目的是用调节奥氏体固溶体的实际化学 成分来控制马氏体转变温度 M s 点 。因为经固溶 (A) 处理后的奥氏体 ,在随后加热过程中 ,会析出碳 化物 ,使奥氏体中实际成分发生变化 (如铬 、碳 、氮等 含量下降) ,稳定性降低 ,冷却时更容易转变为马氏 体 ,即提高了马氏体转变温度 ( M s) 。通过选择合适 的温度和保温时间 ,可以控制 M s 点高于室温某一 温度 。其方法是所选加热温度一般在 700800 ℃,保
0Cr15Ni7Mo2Al ≤0. 09 1Cr12Ni4Mn5Mo3Al
≤0. 09
0Cr17Ni4Cu4Nb ≤0. 07
00Cr14Ni6Mo2AlNb ≤0. 03
00Cr15Ni6Nb
≤0. 03
Si ≤1. 00 ≤1. 00 ≤0. 80 ≤1. 00 ≤0. 50 ≤0. 50
表 1 国内沉淀硬化不锈钢的化学成分
以上介绍了六种热处理工艺 ,并非每一种沉淀 硬化不锈钢都要经过这六种热处理工艺 ,而是只选 择其中几种工艺 ,并用符号表示 。常用的热处理工 艺制度代表符号有 TH、RH、CH 等 。H 后面还有数 字 ,这 数 字 是 表 示 时 效 处 理 的 华 氏 温 度 。例 如 , TH1050 热处理工艺制度表示 A 处理后 ,再经 T 处 理和 565 ℃(华氏 1050°F) H 处理 ,处理后的状态称 为 TH1050 状态 。
表 1 和表 2 分别列出国内和国外沉淀硬化不锈 钢的钢号及化学成分 。
2 沉淀硬化不锈钢的热处理
沉淀硬化不锈钢具有复杂的显微组织 ,优良的 综合性能 ,这除与化学成分有关外 ,主要取决于热处 理工艺 。其工艺较复杂 ,有如下一些方法 。
(1) 均匀化处理 对于铸 、锻件来说 ,均匀化处 理较为重要 ,目的是消除或减少偏析 ,使钢中各元素 的分布趋向均匀 ,为以后的热处理创造有利条件 。 该工 艺 是 根 据 钢 种 和 需 要 , 加 热 至 10501200 ℃, 保温 2 h以上 ,然后空冷 。必要时可进行油 淬 或 水
(3) 奥氏体沉淀硬化不锈钢 其代表钢种有 0Cr15Ni252Mo2 TiAlV ( A2286 ) 以 及 1Cr17Ni10 P (17210P) ,这类钢没有相变过程 ,只有通过时效处理 析出金属间化合物达到强化目的 。与其他类型沉淀 硬化不锈钢相比 ,加工性能好 ,耐蚀性高 。
(4) 马 氏 体 时 效 不 锈 钢 如 00Cr14Ni6Mo2AlNb ,通常以马氏体状态供货 。其 主要特点是含碳量很低 ,一般不大于 0. 03 % ,甚至 达到高纯化 。它利用马氏体相变 ,超低碳马氏体和 金属间化合物相的时效硬化等相结合的方法 ,获得 优良的综合性能 ,成为正在发展中的新一代高强度 不锈钢 。
(1) 半奥氏体沉淀硬化不锈钢 其代表钢种有 0Cr17Ni7Al (相当于 1727 PH) 及 0Cr15Ni7Mo2Al (相 当于 PH1527Mo) 。这类钢是以固溶处理状态供货 , 其金相组织基本为奥氏体 ,尚含有约 5 %20 %的铁 素体 。因奥氏体塑性好 ,容易进行冷加工成形和焊 接 ,待加工成形后 ,需经特殊的中间处理 ,使奥氏体
-
15. 5Co
+
+
NASMA164 0. 025 0. 15 0. 15 4. 5 12. 5 5. 0
-
-
-
12. 5Co 少量奥氏体 析出物
1727 P H
0. 07 0. 4 0. 6
7
17
-
-
-
1. 15
PH1527Mo 0. 07 0. 4 0. 6
7
15 2. 2
-
-
1. 15
PH1428Mo 0. 04 0. 4 0. 6 8. 5 14. 5 2. 5
类 相应的国外
Nb
其他 型 钢号
Al 0. 75 1. 50
Al 0. 75 1. 50
Al 0. 50 1. 00
1727 P H
半
奥 氏
PH1527Mo
体
型
0. 15 Cu 3. 00
1724 P H
0. 45 5. 00 马
0. 40 Al 0. 10 氏
0. 70
0. 40
体 型
0. 50
0. 80