沉淀硬化不锈钢热处理
沉淀硬化不锈钢相对发展较晚,是在人类实践中经过试验、总结、创新的不锈钢种。先期出现的不锈钢中,铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢有较好的耐蚀性,但不能通过热处理方法调整机械性能,限制了它的作用。而马氏体不锈钢可以运用热处理方法,在较大范围内调整机械性能,但耐蚀性较差。
特点:
其具有较低的C量(一般≤0.09%),较高的Cr量(一般≥14%以上),另加Mo、Cu等元素,这就使其具有较高的耐蚀性,甚至可同奥氏体不锈钢相当。通过固溶和时效处理,可以获得在马氏体基体上析出沉淀硬化相的组织,因而有较高的强度,并可根据时效温度的调整,在一定范围内调整强度、塑、韧性。另外,先固溶,再依沉淀相析出强化的热处理方式,可以在固溶处理后,硬度较低的情况下加工基本成型,再经时效强化,降低了加工成本,优于马氏体钢。
分类:
①马氏体型沉淀硬化不锈钢及其热处理
马氏体型沉淀硬化不锈钢特征是:奥氏体向马氏体转变的开始温度Ms在室温以上。加热奥氏体化并以较快的速度冷却后,获得板条状马氏体基体,时效后从板条马氏体基体上析出Cu的细质点而强化。
例:在GB1220标准中,典型牌号为: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点约120℃;Mz点约30℃。
固溶处理:
加热温度为1020-1060℃,保温后水冷或油冷,组织为板条状马氏体,硬度320HB左右。加热温度不宜过高,如果大于1100℃,会使组织中铁素体量增多、Ms点下降、残留奥氏体增多、硬度下降,热处理效果不好。
时效处理:
依据时效温度不同,沉淀析出物的弥散度、粒度不同,而有不同的机械性能。
GB1220标准中规定,不同时效温度时效后性能
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半奥氏体型不锈钢热处理
这种钢的Ms点一般略低于室温,所以固溶化处理冷却到室温后,得到奥氏体组织,强度很低,为提高基体强度、硬度,需要再次加热到750-950℃,保温,这个阶段,奥氏体中会析出碳化物,奥氏体稳定性降低,Ms点提高至室温以上,再冷却时,得到马氏体组织。有的还可以增加冷处理(零下处理),之后,再时效使钢最终获得马氏体基体上有沉淀析出物的强化钢。
例:在GB1220标准中,推荐的这种沉淀不锈钢牌号是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+调整+时效处理
• 固溶化加热温度1040℃,加热保温后水冷或油冷得到奥氏体,硬度为150HB左右;
• 调整处理温度为760℃,保温后空冷,使奥氏体中合金碳化物析出,降低奥氏体稳定性,提高Ms点到50-90℃左右,冷却后获得板条马氏体,此时硬度可达290HB左右;
• 再经560℃时效,Al及化合物沉淀析出,钢材强化,硬度可达340HB左右。
固溶+调整+冷处理+时效
• 固溶处理加热1040℃,水冷,获得奥氏体组织;
• 调整处理温度955℃,提高Ms点,冷却后获得板条马氏体;
• 冷处理-73℃×8h,减少组织中残留奥氏体,获取最大限度的马氏体;
• 时效处理温度为510-560℃,使Al析出,强化处理后,硬度可达336HB
固溶+冷变形+时效
• 固溶处理温度为1040℃,水冷,获得奥氏体组织;
• 冷变形,利用冷加工变形强化原理,使奥氏体在Md点转变成马氏体,这个冷加工变形量要大于30-50%;
• 时效处理:在490℃左右加热时效,使Al析出沉淀硬化。
• 有报导显示,固溶奥氏体经57%冷轧变形,硬度达430HB,σb达1372 N/mm2,再经490℃时效,硬度达485HB,σb达1850 N/mm2。
可见,沉淀硬化马氏体不锈钢经过正确处理后,机械性能完全可以达到马氏体不锈钢性能,而耐蚀性却与奥氏体不锈钢相当。这里需要指出的是,马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢虽然都是可通过热处理方法强化,但强化机理是不同的。由于沉淀硬化不锈钢的特点,使其得到重视和广泛应用。
