沉淀硬化不銹鋼熱處理
沉淀硬化不銹鋼相對發展較晚,是在人類實踐中經過試驗、總結、創新的不銹鋼種。先期出現的不銹鋼中,鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼有較好的耐蝕性,但不能通過熱處理方法調整機械性能,限制了它的作用。而馬氏體不銹鋼可以運用熱處理方法,在較大范圍內調整機械性能,但耐蝕性較差。
特點:
其具有較低的C量(一般≤0.09%),較高的Cr量(一般≥14%以上),另加Mo、Cu等元素,這就使其具有較高的耐蝕性,甚至可同奧氏體不銹鋼相當。通過固溶和時效處理,可以獲得在馬氏體基體上析出沉淀硬化相的組織,因而有較高的強度,并可根據時效溫度的調整,在一定范圍內調整強度、塑、韌性。另外,先固溶,再依沉淀相析出強化的熱處理方式,可以在固溶處理后,硬度較低的情況下加工基本成型,再經時效強化,降低了加工成本,優于馬氏體鋼。
分類:
①馬氏體型沉淀硬化不銹鋼及其熱處理
馬氏體型沉淀硬化不銹鋼特征是:奧氏體向馬氏體轉變的開始溫度Ms在室溫以上。加熱奧氏體化并以較快的速度冷卻后,獲得板條狀馬氏體基體,時效后從板條馬氏體基體上析出Cu的細質點而強化。
例:在GB1220標準中,典型牌號為:0Cr17Ni4Cu4Nb(PH17-4)
成分(%)如下:C≤0.07、Ni:3~5、Cr:15.5~17.5、Cu:3~5、Nb:0.15~0.45;Ms點約120℃;Mz點約30℃。
固溶處理:
加熱溫度為1020-1060℃,保溫后水冷或油冷,組織為板條狀馬氏體,硬度320HB左右。加熱溫度不宜過高,如果大于1100℃,會使組織中鐵素體量增多、Ms點下降、殘留奧氏體增多、硬度下降,熱處理效果不好。
時效處理:
依據時效溫度不同,沉淀析出物的彌散度、粒度不同,而有不同的機械性能。
GB1220標準中規定,不同時效溫度時效后性能
σb(N/mm2) | σs(N/mm2) | δ(%) | Ψ(%) | HB | |
1040℃固溶 | ≤363 | ||||
480℃×4h | ≥1310 | ≥1180 | ≥10 | ≥40 | ≥375 |
550℃×4h | ≥1060 | ≥1000 | ≥12 | ≥45 | ≥331 |
580℃×4h | ≥1000 | ≥865 | ≥13 | ≥45 | ≥302 |
620℃×4h | ≥930 | ≥725 | ≥16 | ≥50 | ≥277 |
②半奧氏體型不銹鋼熱處理
這種鋼的Ms點一般略低于室溫,所以固溶化處理冷卻到室溫后,得到奧氏體組織,強度很低,為提高基體強度、硬度,需要再次加熱到750-950℃,保溫,這個階段,奧氏體中會析出碳化物,奧氏體穩定性降低,Ms點提高至室溫以上,再冷卻時,得到馬氏體組織。有的還可以增加冷處理(零下處理),之后,再時效使鋼最終獲得馬氏體基體上有沉淀析出物的強化鋼。
例:在GB1220標準中,推薦的這種沉淀不銹鋼牌號是0Cr17Ni7Al(PH17-7)
成分(%):C≤0.09、Cu≤0.5、Ni:6.5~7.5、Cr:16~18、Al:0.75~1.5;
固溶+調整+時效處理
? 固溶化加熱溫度1040℃,加熱保溫后水冷或油冷得到奧氏體,硬度為150HB左右;
? 調整處理溫度為760℃,保溫后空冷,使奧氏體中合金碳化物析出,降低奧氏體穩定性,提高Ms點到50-90℃左右,冷卻后獲得板條馬氏體,此時硬度可達290HB左右;
? 再經560℃時效,Al及化合物沉淀析出,鋼材強化,硬度可達340HB左右。
固溶+調整+冷處理+時效
? 固溶處理加熱1040℃,水冷,獲得奧氏體組織;
? 調整處理溫度955℃,提高Ms點,冷卻后獲得板條馬氏體;
? 冷處理-73℃×8h,減少組織中殘留奧氏體,獲取最大限度的馬氏體;
? 時效處理溫度為510-560℃,使Al析出,強化處理后,硬度可達336HB
固溶+冷變形+時效
? 固溶處理溫度為1040℃,水冷,獲得奧氏體組織;
? 冷變形,利用冷加工變形強化原理,使奧氏體在Md點轉變成馬氏體,這個冷加工變形量要大于30-50%;
? 時效處理:在490℃左右加熱時效,使Al析出沉淀硬化。
? 有報導顯示,固溶奧氏體經57%冷軋變形,硬度達430HB,σb達1372 N/mm2,再經490℃時效,硬度達485HB,σb達1850 N/mm2。
可見,沉淀硬化馬氏體不銹鋼經過正確處理后,機械性能完全可以達到馬氏體不銹鋼性能,而耐蝕性卻與奧氏體不銹鋼相當。這里需要指出的是,馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼雖然都是可通過熱處理方法強化,但強化機理是不同的。由于沉淀硬化不銹鋼的特點,使其得到重視和廣泛應用。
