馬氏體時(shí)效不銹鋼

強(qiáng)化原理鋼中時(shí)效元素的強(qiáng)化效果各異，鈦的強(qiáng)化作用最大，如在Crl8Ni8鋼中可使硬度達(dá)HV550左右，但同時(shí)使塑性顯著下降。同一強(qiáng)化元素當(dāng)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(qiáng)度降低。因此用某些合金元素的復(fù)合加入可起到較好的強(qiáng)化效果。在高強(qiáng)度級(jí)別的馬氏體時(shí)效不銹鋼中，鈷、特別是鈷與鉬的復(fù)合強(qiáng)化具有良好的強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度達(dá)1800MPa時(shí)尚保持有足夠的韌性。同時(shí)，由于鈷對(duì)鋼的壇點(diǎn)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(shí)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(qiáng)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(xì)小彌散分布的金屬間化合物析出相。

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

(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(shí)，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(yīng)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(huì)形成過多的殘余奧氏體。

(4)添加適量的強(qiáng)化元素，例如鎳、鋁、鈦、鉬、鈮、鈹、銅等，這些強(qiáng)化元素能形成細(xì)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(cuò)線上，從而得到滿意的強(qiáng)化效果。細(xì)小、高度彌散的逆轉(zhuǎn)變奧氏體也有強(qiáng)化效果。

(5)合金元素的配比應(yīng)使鋼的馬氏體相變開始溫度(Ms點(diǎn))控制在200℃左右，馬氏體相變基本完成溫度(Mf點(diǎn))控制在室溫以上50℃，最低不低于-73℃，以使固溶或簡(jiǎn)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(yīng)盡量低，以便大幅度改進(jìn)鋼的韌性和可焊性。

(1)固溶處理。將鋼加熱到Ac3以上50℃左右(此時(shí)所有析出相溶解且晶粒又不劇烈長(zhǎng)大)，然后空冷，獲得均勻、細(xì)小的板條狀馬氏體組織。在此狀態(tài)鋼的硬度較低，可進(jìn)行各種冷變形、焊接及切削加工；

(2)時(shí)效處理?？煞譃樽罡邚?qiáng)化的時(shí)效處理和過時(shí)效處理。前者溫度一般為480℃左右，時(shí)效時(shí)間約3小時(shí)(不同鋼號(hào)略有差別)，此時(shí)可使鋼得到最好的強(qiáng)韌性配合，強(qiáng)度較高。過時(shí)效處理溫度高于最強(qiáng)時(shí)效處理溫度，此時(shí)強(qiáng)度稍低但具有較高的韌性。

(1)00Cr10Nil0M02Al0.3Ti00.2(IN736)，由00Nil2D5M03鋼發(fā)展而來，屈服強(qiáng)度為1050～1365MPa時(shí)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(hào)具有優(yōu)良的焊接性，焊接效率大于90%并同時(shí)具有良好的韌性，并且有較高的抗海水應(yīng)力腐蝕裂紋的能力，對(duì)氫脆不敏感。

(2)00Cr14.5Ni60.5Ti0.8(Almar362)，此牌號(hào)為較經(jīng)濟(jì)鋼種，屈服強(qiáng)度可達(dá)1300MPa。在制造壓力容器時(shí)為保證安全，只應(yīng)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(diǎn)是屈服強(qiáng)度達(dá)到1620MPa時(shí)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(qiáng)度仍可達(dá)1230MPa。在650℃時(shí)具有優(yōu)良的抗氧化能力，耐蝕性優(yōu)于1crl3而與1Crl7相當(dāng)。該鋼用于航空部件、彈簧、保持環(huán)、冷凍劑生產(chǎn)設(shè)備等。

(4)00Cr15c020M020.9(Pyrometx一15)，這一牌號(hào)是為了提高馬氏體時(shí)效不銹鋼的耐蝕性和避免540℃強(qiáng)度的迅速下降而設(shè)計(jì)的鋼種。時(shí)效態(tài)在≤580LC時(shí)有較高的強(qiáng)度和缺口韌性，接近600℃時(shí)仍保持馬氏體結(jié)構(gòu)。從室溫到540℃伸長(zhǎng)率保持不變(15%～20%)。溫度高于600℃則強(qiáng)度開始下降而同時(shí)伸長(zhǎng)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(shí)效鋼相比，具有優(yōu)良的耐蝕性，在較高強(qiáng)度下有良好的斷裂韌性。該鋼可用氣體保護(hù)焊焊接，在≤400℃可長(zhǎng)時(shí)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(chǔ)上添加適量鎳、鈷、鉬而發(fā)展起來的鋼種?？估瓘?qiáng)度可達(dá)1760MPa，且仍然保持有足夠的韌性。

(7)00Cr12Nil0A110.2Ti(ummar-CR一1)。這一牌號(hào)是以鋁、鈦復(fù)合強(qiáng)化的鋼種，主要用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體材料，也可用來制造模具。中國(guó)在20世紀(jì)末，已有10多個(gè)馬氏體時(shí)效不銹鋼獲得廣泛應(yīng)用。

中國(guó)從20世紀(jì)60年代中期就開始研制馬氏體時(shí)效鋼。最初以仿制18Ni(250)和18Ni(300)為主。到70年代中期又開始研究強(qiáng)度級(jí)別更高的鋼種和無鈷或節(jié)鎳鈷?cǎi)R氏體時(shí)效鋼，還開發(fā)出用于高速旋轉(zhuǎn)體的超高純、高強(qiáng)高韌的馬氏體時(shí)效鋼(cM一1鋼)，研制出高彈性的馬氏體時(shí)效鋼(TM210等)和低鎳無鈷?cǎi)R氏體時(shí)效鋼(12Ni一3Mn3Mo—TiAlV)。

常用的典型馬氏體時(shí)效鋼是按強(qiáng)度級(jí)別分類的

18Ni(200)、18Ni(250)、18Ni(300)和18Ni(350)是得到廣泛實(shí)際應(yīng)用的鋼種。

近年來一些國(guó)家研制出許多馬氏體時(shí)效鋼的變異鋼種，特別是開發(fā)出了不少具有良好性能的無鈷?cǎi)R氏體時(shí)效鋼。

馬氏體時(shí)效鋼是超高強(qiáng)度鋼中的一種。這種鋼突出的優(yōu)點(diǎn)是熱處理工藝簡(jiǎn)單方便，固溶后先進(jìn)行機(jī)械加工再進(jìn)行時(shí)效，熱處理變形小，加工性能及焊接性能都很好。馬氏體時(shí)效鋼的熱處理工藝及性能見下表。近年來，國(guó)外用馬氏體時(shí)效鋼制作模具較為廣泛；但在國(guó)內(nèi)，由于馬氏體時(shí)效鋼含Ni、Co等貴重金屬元素，且含量高，價(jià)格昂貴，尚難以廣泛應(yīng)用。該類鋼主要用于精密鍛模及塑料模具。