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馬氏體時效不銹鋼成分 性能用途資料大全

馬氏體時效不銹鋼是由低碳馬氏體相變強化和時效強化兩種強化效應疊加的高強度不銹鋼,是20 世紀60 年代后期發展起來的新鋼類。它具有馬氏體時效鋼的全部優點,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研了改進。現已廣泛應用于航空、航天、機械制造、原子能等重要領域。

近30 年來,馬氏體時效不銹鋼的開發和研究取得了很大的進步。上海秉爭實業有限公司將從馬氏體時效不銹鋼的成分、性能、組織結構等多方面反映馬氏體時效不銹鋼目前的研究概況。

1 馬氏體時效不銹鋼的成分與性能

1961 年美國Carpenter Technology Co. 研制了第一個含鈷的Pyroment X-12 馬氏體時效不銹鋼,以后又先后開發了不含鈷的Custom 450、Custom455 及X-15 、X-23 。此時期美國一些公司先后開發了AM363、Almar326、In736、PH13-8Mo 、UnimarCR 等。德國于1967、1971 年先后研制成功了Ul2trofort 401-403 等鋼種。我國在上世紀70 年代也曾開展了一些馬氏體時效不銹鋼的研究工作。例如,研制了00Cr13Ni8Mo2NbTi。至20世紀末,我國已有10 多個馬氏體時效不銹鋼獲得廣泛應用。表1～表3 給出了目前典型馬氏體時效不銹鋼的化學成分和力學性能。

表1 國外典型馬氏體時效不銹鋼的化學成分/%

Table 1 Chemical compositions of overseas typical maraging stainless steels/%

鋼種 C Cr Ni Co Mo Ti Al Cu 其它

Pyroment X-15 0.030 15.00 - 20. 00 2. 90 - - - -

Pyroment X-23 0.030 10.00 7. 00 10. 00 5. 50 - - - -

Ultrofort 401 0.020 12.00 8. 20 5. 30 2. 00 0. 8 - - B、Zr

Ultrofort 402 0.020 12.50 7. 60 5. 40 4. 20 0. 5 0. 05 - -

Ultrofort 403 0.020 11.00 7. 70 9. 00 4. 50 0. 4 0. 15 - -

MNBI 0.030 12.50 5. 50 6. 80 3. 00 - - - -

MA-164 0.02 12.50 4. 5 12. 5 5. 0 - - - -

AM367 0.025 14 3. 5 15. 5 2 0. 4 - - -

PH13-8Mo 0.03 12.75 8. 2 - 2. 2 - 1. 10 - 0. 005N

SUS630 0.02 16 3. 9 - - - - 3. 8 0. 8Si ,0. 8Mn ,0. 2Nb

A steel 0.01 10.2 9. 2 - 3. 0 0. 7 - - 1. 5Si

NSSHT1770M 0.04 13.8 7. 0 - 0. 8 0. 3 - 0. 7 1. 5Si

Custom 450 0.035 14.9 6. 5 - 0. 8 - - 1. 5 0. 75Nb

Custom 455 0.03 11.75 8. 5 - - 1. 2 - 2. 25 0. 30Nb

Almar 362 ≤0.03 14.5 6. 5 - - 0. 80 - - -

AM363 ≤0.05 11.50 4. 5 - - 0. 40 - - -

11Cr9Ni2MoTi 0.015 11 9 - 2 1. 2～1. 6 - - B 0. 005

表2 國內典型馬氏體時效不銹鋼的化學成分/%

Table 2 Chemical compositions of domestic typical maraging stainless steels/%

鋼種 C Cr Ni Nb Mo Si Mn 其它

00Cr14Ni6Mo2AlNb 0.03 14 6 0.4～0.7 2 ≤0. 5 ≤0. 5 0.1～0.4Al

00Cr15Ni6Nb 0.03 15 6 0.5～0.8 - ≤0. 5 ≤0. 5 -

10Cr-7Ni-10Co-5. 5Mo 0.004 10 7 - 5. 5 - - 10 Co

12Cr-8Ni-Be 0.03 11.7 8 - - - - 0.18Be

00Cr12Ni9Cu2TiNb 0.03 12 9 0.2～0.3 - - - 微量RE 2Cu

12Cr5Ni2MnMoCu 0.03 12 5 - - - - 2Mn

13Cr-25Co-5Mo 0.03 13 - - 5 - - 25Co

表3 典型馬氏體時效不銹鋼的力學性能

Table 3 Mechanical properties of typical maraging stainless steels

鋼種 拉伸強度/MPa 延伸率/% 硬度

SUS630 1430 12 HV 450

Croloy16-6PH 1310 15 HV 412

12-6PHX 1310 13 -

17-4PH 1310 14 HRC 42

15-5PH 1310 14 HRC 42

PH13-8Mo 1550 12 HRC 47

Custom 450 1350 14 HRC 42

Custom 455 1645 10 HRC 49

Pyroment X-15 1550 17 HV 484

NSSHT 1700M 1790 5 HV 530

A steel 1980 1 HV 587

AM 363 840 10 -

Almar 362 1330 13 -

Ultrofort 401 1700 11 -

MA-164 1830 14. 7 -

00Cr12Ni9Cu2TiNb 2050 2. 2 HV 558

12Cr5Ni2MnMoCu 1640 4. 5 -

2 合金化

上海秉爭實業有限公司馬氏體時效不銹鋼的合金化元素主要有三類,一類是與抗腐蝕性能有關的元素,如Cr ;一類是形成沉淀硬化相的強化元素,如Mo 、Cu、Ti 等;一類是平衡組織以保證鋼中不出現或控制2鐵素體元素,如Ni 、Mn、Co 等。

2. 1 合金元素的作用

鉻是不銹鋼的主要合金元素,對耐蝕性起著決定作用。其耐蝕性按照nP8 規律作躍進式的突變,隨著Cr 含量的增加,不銹鋼在氧化性介質中耐腐蝕能力相應增加。Cr 能有效地提高鋼的點蝕電位值,降低鋼對點蝕的敏感性。當Cr與Mo 配合使用時,抗點蝕效果更好。Cr 是強鐵素體形成元素和縮小奧氏體區元素,對于馬氏體時效不銹鋼來說,Cr 含量一般在10. 5 %～18 %之間 。如果Cr含量過高,則固溶處理后將得不到全馬氏體組織(含有部分鐵素體組織) ,而鐵素體的存在則會影響鋼的熱塑性,降低鋼的強度并惡化鋼的橫向韌性和鋼的耐蝕性。另一方面,Cr 是降低Ms 點元素,因此,Cr 含量一般控制在10. 5 %～12. 5 %。

同樣,鎳也是馬氏體時效不銹鋼中不可缺少的元素。鎳是奧氏體相形成元素,擴大奧氏體穩定區,隨鋼中鎳含量的提高,奧氏體相區向高Cr 方向移動,即鋼中的Cr 可以提高而不至于形成單一的鐵素體組織。為保證在815～1 100 之間的奧氏體結構在冷卻到室溫后完全轉變為馬氏體結構,在馬氏體時效不銹鋼中鎳含量應在4 %～20 %,但鎳同樣會降低Ms 點,并且比Cr的作用還要強烈。如鎳含量過多,Ms 點降低,冷

卻時會導致殘余奧氏體的形成,從而得不到全馬氏體組織,使時效后的強度降低。因此,馬氏體時效不銹鋼中的鎳含量一般控制在5. 6 %～10 %,最高達12 %。

在馬氏體時效鋼中,鈷雖固溶于基體中但并不形成金屬間化合物,而與鉬產生協作效應(synergistic effect) 。其作用在于減少鉬在馬氏體中的固溶度,從而促進含鉬金屬間化合物(如Ni3Mo 、Fe2Mo) 的析出; 另外,鈷可以抑制馬氏體中位錯亞結構的回復,為隨后的析出相形成提供出更多的形核位置,因而使析出相粒子更為細小而又分布均勻,減少析出相粒子間距。

在馬氏體時效不銹鋼中對強度、韌性和耐蝕性都有利的合金元素是鉬。時效初期析出的富鉬析出物,在強化的同時保持鋼的韌性中起著重要作用 。馬氏體時效鋼中合金元素Mo 的存在,也可以阻止析出相沿原奧氏體晶界析出,從而避免了沿晶斷裂、提高了斷裂韌性。在某些還原性介質中,鉬能促進Cr 的鈍化作用。故鉬能提高鉻鎳不銹鋼在硫酸、鹽酸、磷酸及有機酸中的耐蝕性,并有效地抑制氯離子的點腐蝕傾向,提高鋼的抗晶間腐蝕能力。但過量添加鉬同過量添加鎳一樣,也會生成殘留奧氏體。在馬氏體時效不銹鋼中鉬含量應控制在5 %以下。

銅是一種較弱的奧氏體形成元素。加入少量銅不致引起不銹鋼組織的明顯變化。在腐蝕介質中,含銅鋼在氧化層下形成銅的富集層,它能阻止氧化鐵繼續向金屬內部深入,故在馬氏體時效不銹鋼加入銅,能提高鋼在鹽酸和硫酸中的耐蝕性,加銅也能提高鋼的耐應力腐蝕能力。但過多的銅含量會引起熱加工時的銅脆。

在傳統的馬氏體時效鋼中,Mn 一直是作為雜質元素而存在的,其含量受到了嚴格的控制( ≤0.1 %) 。不過,由于在Fe-Mn 系合金中,可以在較寬的冷卻速度范圍內形成板條或塊狀馬氏體組織,所以Fe-Mn 合金也為時效強化提供了良好的基礎。Mn 是擴大區的元素,在鋼中Mn 的穩定奧氏體組織的能力僅次于Ni ,是強烈提高鋼的淬透性元素。因此,在馬氏體時效不銹鋼中,Mn可以部分取代Ni 。但錳的加入會稍微降低鉻量較低的不銹鋼的耐蝕性能。當鋼中含鉻量足夠高時(17 %Cr) ,錳對鋼的耐蝕性并無有害影響。

鋁通常是作為脫氧劑加入到鋼中,是鐵素體形成元素,促進鐵素體形成能力約為鉻的2. 5～3倍。鋁在馬氏體時效不銹鋼中的主要作用是時效強化作用。同時,加鋁能在鋼表面形成一層致密的氧化膜Al2O3 ,提高不銹鋼抗氧化能力。

鈦在馬氏體時效不銹鋼中常常使用。鈦在馬氏體時效不銹鋼中是最有效的強化合金元素。適量的鈦具有顯著的時效強化作用。增加鈦含量,降低不銹鋼一般耐蝕性。在某些介質中使焊接件出現刀口腐蝕。

硅是強烈的強化鐵素體元素。硅對提高鐵基、鎳基耐蝕合金在強氧化介質中的耐蝕性有明顯作用。在高溫下或在強氧化性介質中(如發煙硝酸) ,鋼中加一定量的硅,可在表面形成一層富硅的表面層SiO2 ,從而使鋼的抗氧化性或抗腐蝕能力顯著提高。加硅對耐硫酸腐蝕也有一定作用。加硅還可以抑制不銹鋼在氯離子介質中的點腐蝕傾向。但當含硅量高達4 %時,鋼的脆性顯著升高,而使工業使用發生困難。

將稀土元素加入不銹鋼中,能提高馬氏體時效不銹鋼的抗腐蝕性能。但關于稀土元素對馬氏體時效不銹鋼的耐蝕性能的影響,目前研究還較少,需進一步研究。

上述合金元素相互之間有時會發生新的物理化學作用,往往會引起強化力學性能的作用。各種合金元素對馬氏體時效不銹鋼組織結構和性能的影響見表4。

表4 合金元素對馬氏體時效不銹鋼組織結構和性能的影響

Table 4 Effect of alloying elements on structure and properties of maraging stainless steel

合金 對組織結構的影響 對性能的影響

元素 形成鐵素體 形成奧氏體 防止晶間腐蝕 增加耐腐蝕性 提高抗氧化性 提高高溫強度 增強時效硬化 細化晶粒

鋁

鉻

鈷

鈮

銅

錳

鉬

鎳

硅

鉭

鈦

鎢

注: ———作用較強; ———作用中等; ———作用較弱。

2. 2 合金元素對不銹鋼組織的影響

不銹鋼中穩定奧氏體元素的作用居于主要方面時,不銹鋼的組織就以奧氏體為主,很少以至沒有鐵素體;在不銹鋼中所含穩定奧氏體元素鎳、錳、銅的作用程度還不能使鋼的奧氏體保持至室溫時,不穩定的奧氏體在冷卻時即發生馬氏體轉變,鋼的組織則為馬氏體;如果形成鐵素體元素的作用成為主要方面的話,鋼的組織則以鐵素體為主,根據鎳當量和鉻當量可得出不銹鋼組織圖。各元素的鎳或鉻當量為 :

Ni當量= %Ni + %Co + 0. 5 %Mn + 0. 3 %Cu +25 %N + 30 %C (1)

Cr當量= %Cr + 2 %Si + 1. 5 %Mo + 5 %V + 5. 5 %Al +1. 75 %Nb + 1. 5 %Ti + 0. 75 %W (2)

3 馬氏體時效不銹鋼的組織結構

3. 1 馬氏體

在正常化學成分和適宜熱處理條件下,為了獲得良好性能,馬氏體時效不銹鋼中的基體應為板條狀馬氏體。相鄰的馬氏體板條,基本上位向相同,而且相互之間是小傾角晶界接觸;板條寬度約為0.025~2.25m。晶粒度對板條寬度和分布沒有影響,而捆的大小則隨著晶粒度增大有變大傾向。用透射電鏡觀察,其亞結構主要是由高密度位錯所組成,位錯密度為(0.3～0.9) 1012 cm/cm3 。馬氏體可以變溫或等溫形成;馬氏體是體心立方結構,而且逆轉變為奧氏體時,有很大的溫度滯后,因而在較高溫度時可以發生馬氏體基體的沉淀;馬氏體的硬度為HRC25 左右,具有很好的塑性和韌性。

3. 2 殘余奧氏體

為了使馬氏體時效不銹鋼具有優良的性能,希望鋼的基體為馬氏體組織,鋼中殘余奧氏體盡量少。這就需要嚴格控制鋼的馬氏體轉變溫度Ms 和適宜的鉻當量和鎳當量。對于馬氏體時效不銹鋼而言,利用(3) 式可計算出馬氏體相變溫度,精確度可達40 ,利用Cr 、Ni 含量對Ms 溫度影響來測定Ms 溫度,其精確度可達20 。利用式(1) 和(2) 以及Cr 、Ni 含量與Ms 的關系可計算出不含殘余奧氏體和鐵素體的馬氏體時效不銹鋼的化學成分。但是,就提高馬氏體時效不銹鋼的韌性而言,有少量殘余奧氏體(包括逆轉奧氏體) 是有益的。

Ms = 832 - 29 %Cr - 39 %Ni - 5 %Co -36 %Mo - 0 %Ti (3)

3. 3 金屬間相

上海秉爭實業有限公司馬氏體時效不銹鋼在馬氏體基體上析出細小、彌散的金屬間化合物是使這類鋼獲得高性能的關鍵。研究表明,對于含Co 、Mo 的馬氏體時效不銹鋼,由于碳含量很低,故碳化物很少,在馬氏體基體上主要有相,Laves 相、Fe2Mo 、Ni3 Ti 等金屬間化合物析出。Ni3Mo 和Ni3 Ti 均呈細長的棒狀,而Fe2Mo 和NiBe 則為球形。表5 給出了馬氏體時效不銹鋼的一些時效析出物。

表5 馬氏體時效不銹鋼的析出相

Table 5 Precipitate phases in maraging stainless steel

鋼種 時效溫度P 析出相

17-4PH 480～600 富Cu相

AM367 427～510 相,Laves 相,Mo 化合物,Ti 化合物

Ultrofort401 500～550 相,Fe2Mo ,Ni3Ti

1RK91 ?475～550 Ni3 (Ti ,Al) ,R 相,Laves 相,R′相

0Cr12Ni5Mn2MoAlTi 480 NiTi ,Ni3 (Al 、Ti)

00Cr12Ni9Cu2TiNbBe 450～480 NiTi ,NiBe

4 馬氏體時效不銹鋼的發展趨向

(1) 降低鋼中氣體、夾雜物和有害元素含量,改進馬氏體時效不銹鋼組織結構的均勻性,提高現有鋼種的強、韌性以及耐蝕性。

(2) 進一步研究晶粒超細化工藝。通過改善合金化、控制軋制及形變熱處理,在析出強化的同時,充分發揮形變、相變和細晶強化的綜合作用,提高鋼的綜合力學性能。

(3) 開發0. 2 ≥1 200 MPa 耐海水腐蝕馬氏體時效不銹鋼,提高鉻、鉬等耐腐蝕元素的含量,進一步改善馬氏體時效不銹鋼的耐腐蝕性能。

(4) 無鈷超高強度(b ≥1 800 MPa) 馬氏體時效不銹鋼的開發及強韌化機理研究。

(5) 進一步研究高度彌散金屬間化合物的形貌、組分、結構以及殘留奧氏體的數量形貌、分布狀態對馬氏體時效不銹鋼性能的影響。

(6) 稀土元素在馬氏體時效不銹鋼中作用機理研究。

5 上海秉爭實業有限公司結束語

馬氏體時效不銹鋼具有比強度大、屈強比高、強韌兼備、彈性性能優異、耐蝕性和熱穩定性好、熱處理規范簡便、加工成型性及焊接性能優良等優點,具有良好的發展前景。將高強度馬氏體時效不銹鋼發展至超高強度(b ≥1 800 MPa) ,同時具有良好的塑韌性,在航空航天等領域存在著廣泛的應用和需求前景。但從經濟角度考慮,由于這類鋼均含有較高的鈷元素,因而價格較昂貴。對此,開展無鈷超高強度馬氏體時效不銹鋼的研究以及稀土元素的添加對馬氏體時效不銹鋼腐蝕行為的影響研究,開展耐海水腐蝕馬氏體時效不銹鋼的應用與研究都有重要的意義。

馬氏體不銹鋼能做餐具嗎

不能。馬氏體不銹鋼，含鎳很少，高溫下不穩定，一般用來做餐刀，菜刀等，不適合做餐具。奧氏體不銹鋼，如304，性質非常穩定，而且沒有回火脆性，適合做高溫餐具。奧氏體不銹鋼，是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni8%~25%、C約0.1%時，具有穩定的奧氏體組織。

馬氏體不銹鋼：通過熱處理可以調整其力學性能的不銹鋼，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號為Cr13型，如2Cr13,3Cr13,4Cr13等。淬火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強韌性組合，主要用于蒸汽輪機葉片、外科手術器械。根據化學成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據組織和強化機理的不同，還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體（或半馬氏體）沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時效不銹鋼等。

PH13-8M0是什么料

PH13-8Mo不銹鋼介紹

PH13-8Mo不銹鋼是一種采用VIM+VAR 雙真空冶煉(真空自耗)的高純凈度的馬氏體時效不銹鋼, 采用VIM+VAR雙真空冶煉工藝的目的，是為準確控制鋼的化學成分，減少鋼中氣體含量，提高純凈度。PH13-8Mo在美標中標準鋼號為XM-13(UNS S13800), 近似國內的牌號。此鋼的突出特點是除高的強度外，尚具有優良的斷裂韌性，良好的橫向力學性能和在海洋環境中的耐應力腐蝕性能。為準確控制合金成分，減少鋼中氣體含量，提高鋼的純潔度，在生產中應采用VIM十VAR雙真空冶煉工藝。由于鋼的良好綜合性能，已廣泛應用于宇航、核反應堆和石油化工等領域，如冷頂鐓和機加工緊固件，飛機部件，反應堆部件以及石油化工裝備。

名稱：沉淀硬化型不銹鋼

標準：AISI、ASTM

型號：PH13-8Mo

UNS編號：S13800

PH13-8Mo, XM-13的化學成分:

元素 含量（％）

鐵 76

鉻 12.25-13.25

鎳 7.50-8.50

鉬 2.0-2.50

鋁 0.90-1.35

錳 0.10

硅 0.10

碳 0.050

氮 0.010

磷 0.010

硫S 0.0080

PH13-8Mo, XM-13機械性能

PH13-8Mo, XM-13屈服強度

PH13-8Mo, XM-13抗拉強度

PH13–8Mo, XM-13工藝性能

PH13–8Mo, XM-13工藝性能

PH13–8Mo, XM-13熱加工的最佳鍛造加工溫度范圍為1170～1205℃。為獲得細化的晶粒組織，在1040℃以下應具有大于50%的變形量。

PH13–8Mo, XM-13冷加工,

此鋼可以進行冷軋、冷拔的冷加工操作，不會遇到困難。

PH13–8Mo, XM-13熱處理

熱處理的加熱爐氣氛應予以控制，以免引起脫碳和滲碳。鋼的固溶處理和時效處理工藝見表1。535℃時效可以獲得強度、韌性和耐應力腐蝕性能的最佳配臺。為便于大變形量冷成型和提供最佳機械加工性能，推薦采用過時效處理，即760℃2h空冷，然后再加熱到620℃4h空冷，此狀態稱H1150–M。時效時間對鋼的室溫力學性能的影響

13cr馬氏體不銹鋼標準？

13Cr是一種不銹鋼，含13%Cr的馬氏體不銹鋼。馬氏體不銹鋼：通過熱處理可以調整其力學性能的不銹鋼，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號為Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。淬火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強韌性組合，主要用于蒸汽輪機葉片、餐具、外科手術器械。根據化學成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據組織和強化機理的不同，還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體（或半馬氏體）沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時效不銹鋼等。

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