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沉淀硬化不銹鋼
2016-02-24
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  • 沉淀硬化不銹鋼

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簡介

沉淀硬化不銹鋼(precipitation hardening stainless steel)

在不銹鋼化學成分的基礎上添加不同類型、數量的強化元素,通過沉淀硬化過程析出不同類型和數量的碳化物、氮化物、碳氮化物和金屬間化合物,既提高鋼的強度又保持足夠的韌性的一類高強度不銹鋼,簡稱PH鋼。

分類

根據鋼的組織可分為3類:(1)馬氏體沉淀硬化不銹鋼,以中國0Cr17Ni7TiAl和0Cr17Ni4Cu4Nb為代表。(2)半奧氏體沉淀硬化不銹鋼,以0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al為代表。(3)奧氏體沉淀硬化不銹鋼,它實際上為鐵基高溫合金,以0Cr15Ni20Ti2MoVB、1Cr17Ni10P為代表。

設計要點 (1)馬氏體沉淀硬化不銹鋼。鋼中碳含量一般≤0.1%,但≥0.05%,目的是既有好的焊接性、耐蝕性,又具有較好的強韌性;鉻含量一般在16%~17%以保證足夠的不銹性和耐蝕性;合適的鎳、鉻當量,以便鋼中δ-鐵素體的含量處于**水平(一般≤5%),以免損害橫向性能和降低鋼的強度。各種合金元素的鐵素體形成效果如下:

0.1%N 0.1%C 1%Ni 1%Co 1%Cu

-20 -18 -10 -6 -3

1%Mn 1%w 1%Si 1%Mo 1%Cr

-1 +8 +8 +11 +15

1%V 1%Al

+19 +38

元素的配比應使馬氏體相變開始溫度(Ms點)在150℃以上馬氏體相變基本完成溫度,(Mf點)在50℃以上,下述經驗公式可作計算Ms點時的參考:

Ms={75(14.6-%Cr)+110(8.9-%Ni)+3000

[0.068-%(C+N)]+60(1.33+%Mn+50

(0.17-%Si)},℃

添加適量沉淀硬化元素如銅和鈦等以便形成ε富銅相和NiTi相等進行強化。

(2)半奧氏體沉淀硬化不銹鋼。碳含量一般在0.1%左右,為改進鑄造性能鑄造鋼的碳含量大于0.1%;他點的控制是本鋼設計的關鍵,這類鋼在固溶處理后為奧氏體組織,在此狀態下進行加工、成

形、焊接。在調整處理(碳化物析出過程)后馬氏體點升高,降到室溫后為馬氏體組織或再通過簡單的低溫處理(-72℃)后轉變成馬氏體(即馬氏體點在-72℃以上);鉻含量一般在14%以上,以保證良好的不銹性和耐蝕性;選擇合適的鉻、鎳當量配比以降低鋼中δ-鐵素體的含量;鋼中含有適量沉淀硬化元素。如鉬、鈦、鋁、鈮、銅等。有時鋼中含鈷,這一方面可以促進鉬的強化作用,同時又不影響Ms點。

圖1 0Cr17Ni7TiAl鋼的熱處理工藝

圖2 0Cr17Ni4Cu4Nb鋼的熱處理工藝

(3)奧氏體沉淀硬化不銹鋼。選擇合適的鉻、鎳當量配比,使其形成非常穩定的奧氏體組織;為了彌補奧

圖3半奧氏體沉淀硬化不銹鋼熱處理工藝

氏體強度的不足,通過加入鋁、鈦以形成Ni3Al、Ni3Ti,或加入磷形成M23(C+P)6而進行強化。

熱處理工藝 (1)馬氏體沉淀硬化不銹鋼。以OCrl7NiTiAl(Stainless W)和OCrl7Ni4Cu4Nb為例,其熱處理工藝如圖1和圖2所示。

(2)半奧氏體沉淀硬化不銹鋼。以0Cr15Ni7Mo2Al為例,其熱處理工藝如圖3所示。

(3)奧氏體沉淀硬化不銹鋼。以0Cr15Ni25Ti2MoAlVB為例其熱處理工藝

如圖4所示。

圖4 oCr15Ni25Ti2MoAlVB鋼的熱處理工藝

典型牌號

0Cr17Ni4Cu4Nb鋼

該鋼為馬氏體沉淀硬化不銹鋼,Ms點約150℃,Mf點在30℃以下。馬氏體轉變完全與否受成分和冷卻方式影響。鋼中銅以極細小而分散的ε相彌散分布在基體上從而提高強度。H900處理時σb=1310MPa,σ0.2=1170MPa,δ5=10%,ψ=40%。該鋼具有良好的耐腐蝕性,耐蝕性優于一般馬氏體不銹鋼,與一般奧氏體不銹鋼相近。它具有良好的切削性能,不需預熱就可以焊接并且焊后可不進行局部退火。它主要用于制造耐蝕和高強度部件如噴氣發動機壓氣機機匣及大型汽輪機末級葉片。

0Cr17Ni7Al鋼

這個牌號為半奧氏體沉淀硬化不銹鋼。它是在0Cr17Ni7這一不穩定的奧氏體鋼中添加鋁,再經過馬氏體轉變和析出NiAl化合物而硬化的鋼種。在RH950處理后,σb=1580MPa,σ0.2=1470MPa,δ5=6%。該鋼在氧化性酸中耐蝕性良好,而在像硫酸、鹽酸等非氧化性酸中耐蝕性差。經A或A1750處理后的耐酸性**。而用TH、RH、CH處理后的耐酸性變差。該鋼的焊接可采用與奧氏體不銹鋼相同的焊接工藝。若采用與母材成分相同的焊條焊接,則焊縫中將出現大量的δ鐵素體,造成焊縫韌性的下降,因而焊條中可適當的降鉻或增鎳。焊接時應采用惰性氣體保護以防焊條中鋁的氧化。為獲得良好的焊接效率,固溶退火后的焊件,**先進行固溶處理,然后再進行調整和時效處理。該類鋼主要用于制造飛機外殼、結構件、導彈的壓力容器和構件,噴氣發動機零件、彈簧、隔膜、波紋管、天線、緊固件、測量儀表等。

0Cr15Ni25Ti2MoVB鋼

。該鋼為奧氏體沉淀硬化不銹鋼,亦即鐵鎳基高溫合金。鋼不僅在固溶態,而且在時效態均為穩定的奧氏體組織。-般由鋼中形成金屬間化合物來達到提高強度和改善高溫性能。在時效態σb=1035MPa,σ0.2=690MPa,δ=25%,ψ=40%。該鋼高溫強度好,使用溫度可達600~700℃。650℃以下的高溫屈服強度與室溫差不多。低溫韌性良好,但存在室溫強度低,焊接性能差等缺點。


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