1Cr17Ni2(Cr17Ni2)马氏体不锈钢是在Cr17铁素体不锈钢基础上,提高碳的含量并加入2%左右的镍元素(通常含1.5%~2.5%镍)发展起来的,具有较高的强度,并在氧化类酸、有机盐水溶液中有良好的耐腐蚀性。1Cr17Ni2钢可制成锻件、轧件或铸件使用。


 因1Cr17Ni2钢组织中常含有一定量的δ铁素体,因此,有的资料中将其列入马氏体-铁素体不锈钢。见图4-37。


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 在我国的一些标准中,确定1Cr17Ni2不锈钢的抗拉强度指标较高,相适应的回火温度推荐为275~350℃范围。这在某种程度上限制了材料的应用。为了满足大型结构件较高塑韧性的需要,也开始了对其进行高温回火效果的试验研究和应用。


 1Cr17Ni2不锈钢热处理后的组织中,8铁素体的存在对机械性能的影响很大。为了保证1C-17Ni2钢热处理后能获得良好的性能,应注意控制组织中的铁素体含量。表4-16显示了1Cr17Ni2钢中铁素体含量对机械性能的影响,从表4-16可见,当1Cr17Ni2钢组织中铁素体含量大于15%以上时,强度、塑性、韧性都下降,且含量越多,下降程度越明显。所以,有关1Cr17Ni2钢中的铁素体形成因麦和按制有法成为关注点。


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 普遍认为,1Gr17Ni2不锈钢中铁素体含量的多少主要和化学成分中碳、铬、镍各元素之间的配比及其所经历的热加工、热处理温度状况有关。


a. 化学成分的影响及控制


 在1Cr17Ni2钢中,碳、镍是稳定奥氏体的元素,铬是形成铁素体的元素,这几种元素在这个钢中对铁素体量的影响是敏感的。有资料表明,在1Cr17Ni2钢成分规定的范围内的上下限变动,都会对组织中的铁素体量产生影响。见表4-17。


表 17.jpg


在实际生产中,用1Cr17Ni2不锈钢制造对性能,特别是对塑韧性能有较高要求的零件时,都需要对钢的实际化学成分提出控制要求,一般控制碳含量0.14%~0.17%,铬含量16.00%~17.00%,镍含量2%~2.5%.再采用合适的热处理工艺,可保证组织中的铁素体含量小于10%。



b. 锻、轧及热处理加热温度的影响及控制


 1Cr17Ni2不锈钢在锻造、热轧及热处理等热加工过程中,都要经过加热,加热温度和保温时间对组织中的铁素体量也有明显的影响。


  图4-4是 Cr17Ni2钢的铁碳合金状态图,由图可见,对给定成分的1Cr17Ni2钢,当加热到约1040℃时,组织中便产生了较大含量的铁素体,随着加热温度的提高,铁素体含量增加。图4-38则更直观加热温度和时间对1Cr17Ni2钢地看出加热温度和保温时间对1Cr17Ni2(0.18%C,0.4% Si, 0.7% Mn,16.0%Cr,1.9%Ni)钢组织中铁素体量的影响情况。加热时产生的高温铁素体冷却后被保留下来。给钢的性能带来不利的作用。因此,在实际热加工、热处理生产时,要控制加热温度,不宜过高。


图 38.jpg


1Cr17Ni2钢常见的热处理工艺有退火和淬火、回火。



1. 退火


 1Cr17Ni2不锈钢因其含有高的铬和2%左右的镍元素,高温奥氏体更稳定,自加热温度冷却时不易发生珠光体转变,材料不易软化。因此,1Cr17Ni2钢不宜采用完全退火,只能用较低温度加热,使材料得到一定程度的软化。一般退火温度选用680~750℃,保温后炉冷到500℃以下出炉空冷。退火后硬度可达250~280HB.为了进一步降低硬度,有的推荐加热750℃后空冷,再加热650℃炉冷的二段退火或加热700℃后保温14小时以上的退火方式。


  1Cr17Ni2不锈钢退火后的机械性能的一组实测数据如下:Rp0.2, 588N/m㎡; Rm 784N/m㎡;A,22%;Z,61%。



2. 淬火


 为了防止1Cr17Ni2钢热处理后组织中有过量的铁素体,淬火加热温度的确定原则是在保证碳化物充分溶解、奥氏体成分基本均匀的条件下,采用较低的淬火加热温度,一般认为不宜超过1050℃,实际生产中采用980~1020℃.加热条件对1Cr17Ni2钢铁素体量的影响见图4-38。


 有的试验研究明,当对化学成分进行特殊控制,碳、镍在上限,铬在下限时,在成分上就保证了组织中不可能产生大量的铁素体,所以,淬火加热温度可取1030℃,以保证因碳是上限含量引起的较多碳化物的充分溶解。单件淬火加热保温时间可按1~1.2min/mm考虑。


 加热保温后一般采用油冷却淬火。



3. 回火


 按照我国相关标准规定的性能标准(R≥1080N/m㎡、A≥10%、AkU>39J),采用275~350℃回火即可。作为结构件使用时,要求有更高的塑性和韧性,可采用620~700℃之间回火。回火可采用空冷或油冷。


 图4-39是回火温度对1Cr17Ni2钢机械性能的影响效果。


图 39.jpg


 表4-18显示了1Cr17Ni2钢在两种回火温度下的机械性能实测值。


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4. 热处理时应注意的问题


  a. 组织中铁素体含量的控制问题


  前已述及,1Cr17Ni2钢中铁素体的存在,对机械性能有很大的影响,为了控制铁素体的含量,单从热处理工序控制是有限的,化学成分及锻、轧等热加工的影响是重要的,而且,一旦在这些环节中产生了大量铁素体,特别是铁素体的分布形态不好时,通过热处理方法是很难改善的,这种情况下的性能不合格又常常误认为是热处理不当造成的。因此,对重要的1Cr17Ni2零部件,在热处理之前,了解具体成分和前期热加工情况是必要的。


  b. 淬火后的残留奥氏体受镍元素的影响问题


1Cr17Ni2钢的Ms点、Mf点下降,如果淬火温度又选择得较高,就增加了奥氏体中碳和合金元素的溶解量,从而提高了奥氏体的稳定性,使淬火后的钢中存在较多的残留奥氏体,回火后,特别是高温回火后,残留奥氏体会有一部分发生马氏体转变,致使钢的韧性下降。所以,采取正确的热处理工艺,尽量减少淬火组织中的残留奥氏体,是保证热处理后具有良好性能的关键。


 c. 注意1Cr17Ni2 钢热处理后再加热时的脆化问题


 1Cr17Ni2不锈钢制造的零部件,在热处理后取得了合格的机械性能,但在以后的工序中可能还会有再加热过程,如消除加工应力等,曾在实际工作中发现,淬火高温回火后的1Cr17Ni2材料,在低回火温度的某个温度区间再加执时,会发生韧性降低的现象。


而且,这个脆性降低的温度区间与回火曲线中显示出的脆性降低(回火脆性区)温度区间不尽一致。比如,将经过650℃回火的1Cr17Ni2材料再经350~370℃加热冷却后,冲击值会降低。而1Cr17Ni2钢正常回火韧性下降温度区间在500~560℃.见图4-39。