沉淀硬化不锈钢是一类含沉淀硬化元素(Cu、Al、Ti、Nb)的铁铬镍合金,可以通过热处理强化,此类钢具有高强度、足够的韧性和适宜的耐蚀性。主要应用于宇航工业和一些高技术产业。 沉淀硬化不锈钢可区分为马氏体、半奥氏体和奥氏体沉淀硬化不锈钢三种主要类型,近年来又出现了铁素体沉淀硬化不锈钢。在马氏体沉淀不锈钢中,基于马氏体时效钢的经验,近年来出现了马氏体时效不锈钢,与前者比较,后者碳含量较低,其强化手段主要是靠金属间化合物析出,且热处理简单。
S46500、Alloy 465、Costom 465 是一种无钴的马氏体沉淀硬化不锈钢,其时效峰值后的抗拉强度可达到1800MPa。Costom 465 不锈钢具有优异的缺口拉伸强度和断裂韧性,应力腐蚀抗力也比较好,其性能优于Costom 455和PH13-8Mo钢。该钢于1997年取得专利,已用于军用机的多个重要部件。
S46500、Alloy 465、Costom 465 不锈钢适宜的锻造温度区间为1010~1093℃,锻后空冷,经固溶处理可以进行机械加工。推荐的Costom 465钢的固溶温度为(982±8)℃,保温一定时间,然后快冷,截面尺寸在300mm以下时可在适当的液体介质中冷却,更大尺寸时宜在空气中快冷。固处理后应在24h内进行-73℃冷处理,保持8h,然后升至室温。
为获得最佳的切削加工性能,经上述处理后再加热至(760±8)℃保温2h,空冷,再加热至(620±8)℃保温4h,空冷,此工艺被称之为H1150M状态。加工后的部件应重新在982℃进行固溶处理和-73℃冷处理。该钢的焊接性能良好。
S46500、Alloy 465、Costom 465 不锈钢经上述处理后应进行时效,可在480~620℃进行,保温4~8h,然后空冷或在适当的介质中冷却。该钢经480℃时效后可以得到最高的强度,但韧性较低,适宜的时效温度应选择在510℃以上,可以得到良好的综合力学性能。表9.61为Costom 465钢棒材经固溶处理和时效后的纵向力学性能。
将S46500、Alloy 465、Costom 465不锈钢经980℃固溶处理和在-73℃冷处理8h后,再进行不同温度下保温4h的时效处理,研究其组织的变化和性能的关系。当时效温度高于300℃时,Costom 465 钢强度随温度的升高而迅速提高,495℃时达到峰值强度,时效温度超过495℃后,发生过时效。Costom 465钢在时效过程中,其塑性和冲击韧性的谷值出现在450℃时效时,时效温度超过450℃后,钢的塑性和韧性迅速提高。
S46500、Alloy 465、Costom 465 不锈钢在温度范围200~300℃时效,钢中的少量残余奥氏体(约5%)未发生变化,时效温度在400℃左右时,钢中开始出现逆转变奥氏体。在400~590℃时效,钢中奥氏体含量呈上升趋势,时效温度为510℃时,钢中的奥氏体含量为10%左右。时效温度在590℃时,钢中已形成的逆转变奥氏体已不稳定,时效后降至室温时,部分逆转变奥氏体又转变成马氏体。Costom 465钢在时效过程中出现硬化峰则与析出相的特性有关。研究表明,基体的析出相为针状的具有六方晶体结构Ni3Ti相,析出时与母相马氏体存在共格或半共格关系,使钢得到有效的强化。在高于510℃时效时,析出相逐渐聚集,540℃时效时析出相直径小于20nm,而590℃时效时已长大到约70nm。
综上所述,510℃时效后,可以获得高的强度,而同时逆转变奥氏体的形成可使钢具有比较高的韧性。
S46500、Alloy 465、Costom 465 不锈钢经固溶处理后,其强度较低,可以直接进行冷变形,冷变形量可达70%,然后进行时效处理,可以得到高的强度(表9.62)。