合金元素对马氏体铬镍不锈钢组织和性能的影响

1、合金元素对马氏体铭银不锈钢组织和性能的影响1.1锲的影响（2）锲对钢的组织结构的影响由于锲扩大铁一铭合金的V区相和a+丫相区，有可能使低碳的铁一铭合金具有淬火能力、或者由于锲的存在可使低碳（0.15%）马氏体铭不锈钢的铭含量向更高的水平推移，提高了钢的耐蚀性。从而解决了马氏体铭不锈钢为提搞其耐蚀性以损失钢的硬度为代价的难题。在马氏体格锲不锈钢中的锲含量不能过高，否则由于锲扩大丫相区和降低Ms温度见图2-28）的双重作用，将使钢成为单相奥氏铁不锈钢而丧失淬火能力。锲的另一重要作用是降低钠中的6铁素体含量,在所有合金元素中具共效果最好，见图3-29o在特定的碳、铭含量条件下，这一作用可使钢获得满意

2、的相变效果和最大硬度值。80001.02.0104.05.06-07.0-合金元素L1111.1II0Q.0,2&30-40.50,60.7G%&01。.8图2-29合金元素对0.1C-17Cr钢6铁素体数量的影响(2)锲对可淬性的影响锲提高钢的淬透性和可淬性，对于低碳、高铭的铁一铭合金，添加适量的锲可恢复其淬火能力而成为马氏体不锈钢，见图2-30和图2-31。由图可知，对于含碳0.21%-0.24%,含铭近于20%的钢、如果不含锲，则失去了淬火能力；含2%铝Ni使该合金恢复淬火能力；过高的锲将使钢变成奥氏体组织而失去可淬性。在沉淀硬化不锈钢中.钢的硬化特性与锲含量间的关系见图

3、2-32,为了得到满意的硬化效果，应选择最佳锲含量。马氏体不锈钢的回火稳定性是钢的重要性能.锲的加入提高了马氏体不锈钢的回火稳定性，见图2-33。可见，少量的锲即可有效地降低回火的软化程度。100一=_DOODOO321图2一犯镰对含20%Cr钢可淬性的影响/II【50070090。1100淬火温度七Ct%Cr.%Ni,%淬普度700900HOD淬火温度，TOO4O30A023B0.23C0.21D0,21E0.2319.90.2719,224619.84.4019.844020.5a64F0.24210.2S.401000900H0O11001100150350250J1。50c固溶处理15

4、cJ02.04.06.08.QNi,%1Q50C固溶处理一78匕冷处理'图2-31锲对0.1C-17Cr钢硬化特性的影响003*二概飕图2-32不同碳含量的马氏体沉淀硬化不锈钢的硬化特性和锲含量之间的关系(3)锲对力学性能的影响500口H&®JL500GOO700800900回火温度图2-33银对马氏体格不锈钢回火稳定性的影响试验用钢的主要化学成分（%）:1-C0,MCr113,Ni止比2-C0.38,CrHRNi060;3-C0.3XCrUANi0.984-C04bCr112,NiL25;5Y0,38,CrII.，Ni1.6在马氏体不锈钢中、锲促进了钢的马氏体转变，

5、伴随这种作用，锲使钢的力学性能得到改善。锲对含0.1%C和10%-20%Cr钢力学性能的影响见表2-3至表2-5。在Cr-Co-Mo沉淀硬化不锈钢中，锲对力学性能的影响见图2-34。对力学性能影响的最佳锲含量为18%左右。在其基础上，增加锲含量，则屈服强度下降；降低锲含量.随之伸长率受到损失。对于其他体系的马氏体沉淀硬化不锈钢，均可寻求相应的最佳锲含量，它同时受钢中的其他合金元素所制约(见图2-32)表2-6为锲含量对铸造马氏体时效不锈钢力学性能的影响。6%8%Ni仍使钢正火状态下具有完全马氏体组织。但5%Ni钢的冲击韧性太低，随着锲含量的提高，钢的强度利韧性均得到改善。高于8%Ni时，由于形

6、成复杂的马氏体和奥氏体混合组织，反而使强度和韧性降低。表2-3对（UOC-WCr钢力学性能的影响”回火温度C%上外国%硬度HBIZOD冲击必JMPaMPaA'600675.6885.2J5.045.930227.565054676S.48554.6262117700例2撷.924.558.62358QB600733,5864.5】工048.529323J650811520.052.22773fU703623.2801?2LQ5L。26944.7（1）试验用铜为3321nm棒材，900t油淬后经不同温度回火；主要化学成分（%）:C039.SiQ阳Mn。0,G10.0RNi（U2；主要化学

7、成分（%VC039,甑G12,Mu0.32,Cr他土Ni224;3个试样的平均值I960固溶处理，冷却处理，时效室温抗拉强度1700SA室温屈服强度1440T-IlfiO920573c抗拉强度、660400固溶处理伸长率r30室温屈服警201501. 52.02.5N1,%图2-34镁对Cr-Co-Mo系沉淀硬化不锈钢力学性能的影响试拍用钢：C0.08%,Cr15.5%tCo13.0%.Mo40%,NbOn%表2-4镇对低碳13%G钢力学性能的影响】W.硬度HBIZOD冲±x%、薜灰回火J主要化学成分，%外生乙CdNi-MPaMPa%0.0913.70J0572.2457.83256

8、8.824117913630.0813.30.46628.7530.832068.8340217133.70.0813.60.80690.8603.229.063.7351241117.4OJO14JL23720.4619.825.555.841825587。热处理：950C空冷+700七水冷;3个试样的平均值，表2-5猿对l«%Cr钢力学性能的影响!宴化学成分热达坤温度,.明仇班HB12OJ)冲击VCrN)空淬回火MRaMPa%硬度J9505004274303332621664A201017.00.28950600399.8303537661566.77950500799.7634

9、.22259265.122J'0.0917.8108950600592,8妫£28622251163”3个试样的F均值表2-6裸对铸造高强度时效硬化不锈钢力学性能的影晌“主要化学成分，%叫MPaan.lMPa3%W%ajNiCrSi5.0*L30.550.023iO13.489氏34155721.6581200.600.016985.8903J14514569U.40.470.0231013.4944.51555497,010,80.690.01410892937.61859498.01200.7700161068.6930.7165235.29.7IL6Q,570.1126

10、951,48U22054流411.8110.590m68S93627.3215233.2热处理：1038Cxih+454VX3h(4)镇对时蚀性能的影响051C102030NJ%、O图2-35镖对Fe-NiCr合金在30t.5%H2sd中耐蚀性的影响割0246Nh%图2-36像对Crl3型不锈钢耐气蚀性能的影响试验用铜：C（105%0,08%,Cr14%锲提高铁一铭合金的钝化倾向.因此改善了钢在还原性介质中的耐蚀性。在室温（30C）5%H2SO时的试验结果指出.又t于不同铭含量的Fe-Cr合金，随钢中锲含量增加.耐蚀性随之提高，拐点出现于10%Ni,在马氏体不锈钢的锲含量范围内，亦显示出锲的良

11、好作用。见图2-35。在气蚀条件下，锲明显地改善了13%Cr马氏体不锈钢耐气蚀性能.含2%Ni的钢较含1%Ni的钢耐气蚀性能约提高3倍（图2-36）。因此提高在流动的含泥沙水中的耐磨烛性能赵摩1315171921参数（C+273（Z0十1小）X10-5I事_|40c5006M700-保温m图2-37铝含量对OJC-12Cr2Ni马氏体不锈钢回火稳定性和二次硬化效应的影响1.2 旬的影响在马氏体镑锲不锈钢中，铝的加入主要是增加回火稳定性和强化二次硬化效应.同时增加钢的强度，而韧性并不降低，见图2-37和图2-38。对于12%Cr马氏体不锈钢，铝的加入既提高了强度又提高了回火稳定性。钥改善回火稳定

12、性的机制.主要是铝的加入形成了细小的密排立方M2X相，增加了二次硬化效应。在过时效的情况下，由于铝合金化的M2X具有极高的稳定性，减缓了由M23C6碳化物取代的过程，使钢的回火稳定性增加。在马氏体铭锲不锈钢中铝的含量通常在0.5%4%范围内变动，过高的铝将促进6铁素体的形成，对钢将带来不利影响。在沉淀硬化不锈钢中，铝的主要作用足改善耐蚀性、低温力学性能、高温强度和回火稳定性。钥对Fe-Cr-Ni系沉淀硬化不锈钢硬度值的影响见图2-39。显然，2%左有的铝可使钢在不同固溶处理条件下经冷处理均保持较高的硬度。钥含量超过一定值后，由于6铁素体量增加，硬度开始下降。在以Fe2MoLaves相和由Fe-

13、Mo-Cr系构成的/相等金属间化合物强化的低碳的Cr-Mo-Co系沉淀硬化不锈钢中，随铝含量的提高，钢的室温强度和高温强度均随之提高，见图2-40由于铝是铁素体形成元素并降低Ms点，因此在使用时必须连同其他合金元素图2-38铜含量对铭裸马氏体不锈钢力学性能的影响试验用钢：C51%a12%,Ni2%；1050t猝火+650匕*由回火500N<RT组国30025UwoLoedzK&400300-203-100-19：212068-1724一1379-161034k一68925345-400一350卜固港处理、1050。1二、1000-C、一二950。：1jk02.Q3.0M。，%4.

14、0-5.3图2-39却对17cL4Ni钢（周溶+冷处理）硬度值的影响在I收3CiB离铁索铁25%6050图2-40用对0.15CT4Cr-04V13co钢力学性能的影啊（各数字点L的枚字为伸长率；热处理：P93P油淬,38匕冷处理yh；593t回/2+2h）M。，%403081.3 铝的影响铝是铁素体形成元素，促进铁素件形成能力约为铭的2.53.0倍。铝在马氏体不锈钢中主要作用是起时效强化作用，并提高回火稳定件和增强二次硬化效应，见图2-41。对于17Cr-4Ni-3Mn钢的研究指出，在两种原始条件下，再经不同温度（400500C）时效，显示出铝具有良女？的二次硬化效果，见图2-42。：40T

15、n5350k-1-0%AtE2-Q.5%Al2'W30。卜3-L0%Al41-L5*U125011I131517J9T（20+堰t）X10-*JL!I40050D600700回火温度Uh）,C图2-41铝对Q】C-12Cr-3N回火特性的影响（原始条件：1050七空冷）450350110100时间图2-42l%AI对1754Ni3Mn钢二次硬化得彳正的影响虹始条件：(d)1050七同洛+7D0C回火：mMM因浓4冷处理1.4 铜的影响铜是一种奥氏体形成元素，其能力远低于锲，约是锲的30%。在普通铭锲不锈钢中，铜可以改善耐蚀性，尤其是改善在还原性介质中的耐蚀性；但铜的加入将使钢的热加工性

16、能变得困难。在马氏体沉淀硬化不锈钢中，铜的作用主要是引起二次硬化效应.对于12Cr-2Ni钢回火特性的影响见图2-43。在高铭的合金中，铜具有相似影响。见图2-44o研究结果表明，铜对马氏体硬度没有明显影响，而对二次硬化效应具有显著影响.但过时效出现的比较迅速。二次硬化效应是形成了细小弥散的M2片目，对于高铜合金钢在高的回火参数下出现的高硬度值，除沉淀粒子作用外.铜的固溶强化也是一个重要因素。T50L4(3600200；1113151719T(20+Lgt)X103忐一加一一A一"700回火温度Uh)总图243铜好01C72Cr-2Ni钢回火特性的影响f0%Cu;2LW3-110%C

17、u:4-4W%Cu一cz/754了4.00496u*,*c43211(b)4.073.05块U64L._L.1_lII0123456时间,hISl,2-44铜对1754.次理化的处晌(:950(固溶+-瑞C冷处理)400C时效.(b)450V;时效1.5钻的影响钻的作用类似锲.是一种奥氏体形成元素，在马氏体铭不锈钢中.钻的加入尽管提高了回火稳定性，但对二次硬化没有明显影响。对12%Cr马氏体钢的研究结果表明，钻增加了马氏体本身的硬度、主要是固溶强化的效果，而二次硬化效果不显著，见表2-7。对17Cr-4Ni钢中。也未见钻的二次硬化效果。然而ooC403530在17Cr-4Ni-2Mo钢中，钻具

18、有显著的二次硬化效应，见图2-45;随着钻含量增加，硬化效果随之增加，而且在500c时效50h也未出现过时效现象。对于含铭30%的钻具最佳时效温度为450C,见图2-46。钻对含铝钢的二次硬化效应的机理尚在进一步探讨，据日前的研究认为。钻的加入降低了铝在基体中的溶解度，促进了含铝的特殊金属间化合物的沉淀，如Laves和Fe-Cr-Mo系的X相等，由于钻的价格昂贵，仅限于一些特殊用途的钢中采用。表2-7钻对马氏体钢的强化效果a含量%固溶处理硬度DPN二次硬化硬度变化DPN回火硬度1DPN0415+102301.01钊+15255L98466+20发）<12452+I02637.15496+1027510.0505+10.285650c回火1h图245钻对ITCr一4Ni-2Mo钢二次硬化效应的影响（原始条件：10501固溶回火）2-46时效温度对17%Cr-4%Ni-2%Mo3%Cr合金二次硬化的影响原始条件：1050C固溶处理七回火1.6碳和氮的影响碳对马氏体铭锲不锈的影响类似于马氏体铭不锈钢随着碳的增加。钢的强度和硬度随之很高，但带来耐蚀性性下降、韧性降低，焊接困难等不利影响。为了获得强度、韧性、耐蚀性良好的综合性能，马氏体铭锲不锈钢的碳含量一般不超过0.2%,沉淀硬化不锈钢的碳含量大多0.1%,马氏体时效不锈钢的碳含量0.03%。碳含量0.03%的