这类钢实际上是在Cr13型马氏体不锈钢的基础上降低含碳量，加入镍、钼元素（在制造铸件时，为净化钢水，降低夹杂物含量等目的，有时适当添加稀土元素）而发展起来的，是具有较高强度、韧性和一定耐腐蚀性的优良钢种。常用来生产制造重要的轴、壳体锻件或水轮机叶片、叶轮等铸件。


 该类钢所以在热处理后具有高的强度、塑性、韧性，是由其成分及热处理后可获得的组织所决定的。


 该钢具有低的含碳量，一般为不大于0.07%,有的更低，这就使钢淬火后可获得低碳马氏体组织。目前，比较普遍的观点认为，碳和合金成分是影响马氏体形态的主要因素，在低碳合金中，淬火后形成板条状马氏体，其内部亚结构以晶体内密度很高的位错为主，因此，又称板条状马氏体为位错马氏体。位错产生较大的强化作用，使板条马氏体有较高的强度。而极低的含碳量将钢产生脆性的因素降到最少，这又使其具有了较高的韧性。


 4%~6%镍元素的加入，首先促进了奥氏体的稳定性，还减少了由于低碳和钼元素加入可能引起的增加δ铁素体的作用，降低了钢的相变点。据测试，锻造的0Cr13Ni4Mo材料的Ac1温度比0Cr13或1Cr13的Ac1温度降低约200℃,依具体成分的不同，在550~630℃之间。Ms点温度降低100~150℃,为220~260℃。


 Ac1点温度的降低，可使这类钢淬火后在略高于Ac,温度回火，获得具有保留板条马氏体位向的索氏体基体上分布一定量的诱导奥氏体，提高了材料的塑性、韧性。


Ms点的降低，虽然对转变组织的性能有不利影响，但是对这种成分不锈钢的不利作用已难以显现。


这类钢的淬透性好，0Cr13Ni4Mo锻件在ф400mm轴的断面检定，表面至中心的硬度差不大于50HB.


这类钢几个典型牌号的成分及机械性能标准见表4-13和表4-14。


表 13.jpg


这类钢常见的热处理方式有退火和淬火回火。


1. 退火


 这类钢的合金成分构成促进了奥氏体的稳定化，使钢具有较强的空冷自硬性。有试验表明，在高温加热后，即使以缓慢速度冷却，组织中也会存在一定量的贝氏体和马氏体并保持高的硬度。试验还表明，只有将其加热到Ac1或略高于Ac1温度，保温后空冷或炉冷，可获得240~270HBS的硬度，组织为铁素体和。碳化物的混合物，并存在一定量的诱导奥氏体。见图4-36。


图 36.jpg


 因此，这类钢的锻后或铸后退火加热温度可选用620~660℃.单件保温时间按1~1.2min/mm考虑。


 退火冷却可采用空冷或炉冷方式。



2. 0Cr13Ni4Mo锻件的淬火和回火



 虽然0Cr13Ni4Mo马氏体不锈钢的Ac3点温度较低，810~830℃,但含有较高的合金元素铬、镍，为保证合金碳化物充分溶解和奥氏体内成分的均匀化，淬火温度应高些。试验表明，淬火温度在980~1040℃区间是合适的，回火后可获得高强度和塑韧性。与在低于980℃淬火效果相比，在相同韧性条件下，有更高的强度。淬火温度高于1100℃,会产生较多的残留奥氏体。同时有晶粒长大的危险。



 由于奥氏体较稳定，采用空冷也可以获得足够的马氏体和高的硬度。但为保证更高的淬透性和强韧性，建议采用油冷却率火。对于大锻件油冷却时，应适当控制出油温度，防止淬火应力过大而产生裂纹。也可以采用油冷－空冷－油冷－空冷的间断冷却方式。出油时表面温度控制在100℃左右即可。淬火冷却后，应及时回火。


  0Cr13Ni4Mo钢虽然淬火后获得了具有较好塑韧性的板条状马氏体组织，也应回火后使用，以消除应力，稳定组织，进一步提高塑韧性。试验研究结果表明，淬火后在200~300℃温度回火，即可得到较高的强度和塑性、韧性，但硬度稍高，应力消除不多，马氏体形态无太大变化。在350~500℃区间加热回火，在强度、塑性、硬度没有大的变化的情况下，冲击韧性显著下降。这是由于在此温度区间，有铬的碳化物析出，形成了脆性区。进一步提高回火温度至500~600℃,冲击韧性开始回升；强度有下降的趋势。在570~620℃回火，钢的强韧性达到最佳配合。组织为具有板条状马氏体形态的索氏体，硬度为250~280HB.如果再提高温度，可能超过Ac1温度更多，不仅引起板条状组织粗化，还可能发生奥氏体转变，这部分奥氏体不同于诱导奥氏体，其在以后的回火冷却过程中发生马氏体转变，引起钢的硬度、强度上升，冲击韧性又有下降的趋势。


 在具体应用中，可根据所制零件使用条件和对性能要求的不同确定回火温度，一般结构件，如轴、壳体等，均采用580~620℃回火。



3. ZG0Cr13Ni6MoRE 铸件的淬火、回火


 ZG0Cr13Ni6MoRE 比0Cr13Ni4Mo的相变点更低（因为镍含量更高），表4-13中的ZG0Cr13Ni6MoRE 成分钢的相变点为：Ac1,540~550℃;Ac3,720~740℃;Ms，150~170℃,Mf,30～40℃。


 淬火、回火的工艺过程、特点基本上与0Cr13Ni4Mo相似。但由于这类材料目前大多应用于制造大型水轮机叶片、叶轮等零部件，所以，在具体的热处理生产中，又有需要注意之处。特别是在回火工序。


 考虑铸件成分、组织不均匀的特点，其淬火温度相对更高一些，通常取1020~1070℃,组织基本处于奥氏体状态，且可保证晶粒不至于粗大，能保持在4~5级晶粒。如果超过1100℃则会引起晶粒长大。


 由于奥氏体较稳定，奥氏体化后采用风冷、空冷均可获得马氏体组织，因其马氏体转变终了温度M1点较低，淬火冷却应充分，以保证心部，特别是大型铸件的心部获得淬火组织。由于铸造成分、组织的不均匀性，在淬火组织中也可能存在少量铁素体或残留奥氏体。


 ZG0Cr13Ni6MoRE 钢的回火应该特别注意：


  经研究证明，这种钢由于相变点低，存在较大量的碳化物形成元素铬，提高了淬火组织的回火稳定性，所以，如果在Ac1点以下温度回火，因回火温度较低，不能使马氏体充分分解，韧性不高，硬度没有明显下降、软化，达不到回火的目的。因此，这种钢的回火温度应高于Ac1点温度，一般在580~620℃之间加热回火。超过Ac1温度的回火，组织中除具有淬火板条马氏体位向的索氏体，还有15%~30%的诱导奥氏体。诱导奥氏体很稳定，在回火冷却过程中不发生转变而被保留下来，这部分诱导奥氏体的存在，增加了钢的强韧性。


  试验研究表明，在这个温度区间上限回火，如在620℃或更高一些温度回火，组织中还会存在一部分新生的奥氏体（不同于诱导奥氏体），这部分新生的奥氏体稳定性差，在回火冷却中大部分会发生马氏体转变，使回火硬度上升。新生奥氏体如果有一部分不发生马氏体转变而残留下来，这部分残留奥氏体可能对材料的屈服强度产生积极的影响，并提高材料的屈强比。如果在回火过程中，新生奥氏体转变为马氏体，会对钢的塑韧性有不利的作用，为此，这类钢可进行第二次回火，第二次回火温度应于第一次回火温度20~30℃,取550~560℃加热，第二次回火后，第一次回火产生的马氏体被回火，加之诱导奥氏体会略有增加，使钢的强韧性更优于第一次回火的效果。特别是钢的屈服强度明显提高，使钢的屈强比增大。见表4-15。


表 15.jpg


 从表4-15可见，ZG0Cr13Ni6MoRE钢淬火后二次回火与－次回火比较，在破断强度基本相同的情况下，屈服强度有明显的提高，屈强比提高，塑性也略有提高。


 这类钢作为铸件，相对于同等成分的锻件，可能存在一些差异，比如，在铸件生产时，为考虑流动性及有利于生产，硅等元素可能偏高，又因成分、组织的不均匀性，可能在热处理后铸件组织中有少量的δ铁素体，如果δ铁素体含量不超过5%~8%,对铸件性能不会产生明显的影响。另外，对于大截面铸件，为少成分组织的不均匀性，可在铸后进行一次扩散退火处理，扩散退火的温度可在1100~1120℃,充分保温后炉冷。


 这类马氏体不锈钢热处理时应注意的问题见ZG1Cr13Ni的相关部分。