馬氏體時效不銹鋼

由低碳馬氏體相變強化和時效強化兩種強化效應疊加而強化的高強度不銹鋼。是20世紀60年代中期發(fā)展起來的新鋼類。它具有馬氏體時效鋼的全部優(yōu)點，又具有馬氏體時效鋼所不具備的不銹性，同時還對沉淀硬化不銹鋼的某些性能進行了改進。因而用馬氏體時效不銹鋼逐步代替沉淀硬化不銹鋼是高強度不銹鋼發(fā)展的重要趨勢。

設計要點(1)鋼中碳含量一般小于或等于0.03％，最好是小于或等于0.01％(這是與馬氏體沉淀硬化不銹鋼的主要區(qū)別之一)，使形成的超低碳馬氏體基體具有良好的韌性和塑性。同時，極低的碳含量還可改善鋼的耐蝕性、焊接性和加工性。(2)鉻含量應大于12％，至少不低于10％，以保證鋼具有滿意的不銹性和耐蝕性。(3)足夠含量的奧氏體穩(wěn)定化元素(鎳、氮、鈷等)，一方面為了避免或限制δ一鐵素體的形成，另一方面使鋼不會形成過多的殘余奧氏體。(4)添加適量的強化元素，例如鎳、鋁、鈦、鉬、鈮、鈹、銅等，這些強化元素能形成細小彌散分布的金屬間化合物(Nis，ri、Ni3Al、Ni3Mo、Fe2Mo、NiTi、NiAl、TiN和AlN等)，它們分布于馬氏體基體的位錯線上，從而得到滿意的強化效果。細小、高度彌散的逆轉變奧氏體也有強化效果。(5)合金元素的配比應使鋼的馬氏體相變開始溫度(Ms點)控制在200℃左右，馬氏體相變基本完成溫度(Mf點)控制在室溫以上50℃，最低不低于-73℃，以使固溶或簡單低溫處理能得到完全的板條馬氏體組織。(6)鋼中氣體(氫、氧、氮)、夾雜(硫、磷以及氧化物硅酸鹽、硫化物等)以及硅、錳等元素的含量應盡量低，以便大幅度改進鋼的韌性和可焊性。

強化原理鋼中時效元素的強化效果各異，鈦的強化作用最大，如在Crl8Ni8鋼中可使硬度達HV550左右，但同時使塑性顯著下降。同一強化元素當超過一定含量后，還可能因生成鐵素體或殘留過多的奧氏體而使強度降低。因此用某些合金元素的復合加入可起到較好的強化效果。在高強度級別的馬氏體時效不銹鋼中，鈷、特別是鈷與鉬的復合強化具有良好的強化效果，這是由于鈷降低了鉬在固溶體中的溶解度，使鉬的強化作用得以充分發(fā)揮且韌性損失較小。如鐵鉻鎳鈷鉬鈦(鋁)系鋼的強度達1800MPa時尚保持有足夠的韌性。同時，由于鈷對鋼的壇點幾乎沒有影響，因此若以鈷代替部分鎳，既可抑制鋼中δ一鐵素體的形成，又有可能使鋼中添加較高的鉻而提高鋼的耐蝕性。

馬氏體時效不銹鋼的成分通常為C≤0.03％，Cr=10％～15％，Ni=6％～11％(或C0=10％～20％)并添加鉬及適量鈦、鋁、銅等元素強化。鋼的組織為板條狀馬氏體及微量的δ一鐵素體，奧氏體及大量細小彌散分布的金屬間化合物析出相。

熱處理(1)固溶處理。將鋼加熱到Ac3以上50℃左右(此時所有析出相溶解且晶粒又不劇烈長大)，然后空冷，獲得均勻、細小的板條狀馬氏體組織。在此狀態(tài)鋼的硬度較低，可進行各種冷變形、焊接及切削加工；(2)時效處理。可分為最高強化的時效處理和過時效處理。前者溫度一般為480℃左右，時效時間約3小時(不同鋼號略有差別)，此時可使鋼得到最好的強韌性配合，強度較高。過時效處理溫度高于最強時效處理溫度，此時強度稍低但具有較高的韌性。

典型牌號(1)00Cr10Nil0M02Al0.3Ti00.2(IN736)，由00Nil2D5M03鋼發(fā)展而來，屈服強度為1050～1365MPa時具有較高的韌性(沖擊功為105～34J)，耐大氣及海洋性大氣腐蝕性能介于1crl3及1Crl7不銹鋼之間。這一牌號具有優(yōu)良的焊接性，焊接效率大于90％并同時具有良好的韌性，并且有較高的抗海水應力腐蝕裂紋的能力，對氫脆不敏感。(2)00Cr14.5Ni60.5Ti0.8(Almar362)，此牌號為較經(jīng)濟鋼種，屈服強度可達1300MPa。在制造壓力容器時為保證安全，只應用到1000MPa水平。由于碳含量以及其他有害元素的含量保持在極低的水平，因而具有較高的韌性和塑性。(3)00Cr110.75Ni80.5Cu20.25Til0.2Nb—0.3(Custom455)，其特點是屈服強度達到1620MPa時仍具有很高的斷裂韌性和塑性。此外它還具有優(yōu)良的高溫性能，在420℃屈服強度仍可達1230MPa。在650℃時具有優(yōu)良的抗氧化能力，耐蝕性優(yōu)于1crl3而與1Crl7相當。該鋼用于航空部件、彈簧、保持環(huán)、冷凍劑生產(chǎn)設備等。(4)00Cr15c020M020.9(Pyrometx一15)，這一牌號是為了提高馬氏體時效不銹鋼的耐蝕性和避免540℃強度的迅速下降而設計的鋼種。時效態(tài)在≤580LC時有較高的強度和缺口韌性，接近600℃時仍保持馬氏體結構。從室溫到540℃伸長率保持不變(15％～20％)。溫度高于600℃則強度開始下降而同時伸長率增加。(5)00Crl2Ni80.2c050.3M02Ti00.8、00Crl20.5Ni70.6C050.4M040.2Ti0.5和00Cr11Ni70.7Co一9M040.5Ti0.14(U1tⅢfort401、402、403)與一般馬氏體時效鋼相比，具有優(yōu)良的耐蝕性，在較高強度下有良好的斷裂韌性。該鋼可用氣體保護焊焊接，在≤400℃可長時間使用。(6)00Cr120.5c0120.5Ni40.5M05(MA一164)。其性能與MA一36相似，他是在低碳12％鉻不銹鋼的基礎上添加適量鎳、鈷、鉬而發(fā)展起來的鋼種。抗拉強度可達1760MPa，且仍然保持有足夠的韌性。(7)00Cr12Nil0A110.2Ti(ummar-CR一1)。這一牌號是以鋁、鈦復合強化的鋼種，主要用于火箭發(fā)動機殼體材料，也可用來制造模具。中國在20世紀末，已有10多個馬氏體時效不銹鋼獲得廣泛應用。