半奥氏体沉淀硬化不锈钢的一个重要特征是多种多样的处理状态,通过这些处理方式可以调整各种相变过程以得到预期的性能。


1. 固溶处理


  固溶处理后称为A状态(austenization),通常加热至1050℃,使碳及合金元素全部溶入奥氏体中以充分发挥它们的作用,冷至室温后的组织为奥氏体加少量δ铁素体。固溶处理有时称为退火处理。固溶处理后钢的强度最低,可进行成形加工,是这类钢的一种主要供货状态。固溶处理温度直接影响钢的Ms~Mf范围的位置,降低固溶温度使Ms~Mf位置升高。调整固溶处理温度可以做到精确调整Ms~Mf位置。


2. 冷处理


 半奥氏体沉淀硬化不锈钢在成分设计时将Ms~Mf位置控制在略低于零度的温度,冷却至-70℃以下(-73℃)便可完成奥氏体向马氏体的转变。成分一定时,可通过改变固溶温度调整Ms~Mf位置。冷处理也称为R处理(Refrigera-tion)。


3. 奥氏体调整处理


 半奥氏体沉淀硬化不锈钢处于A状态后可通过调整处理(conditioning)使自奥氏体中析出碳化物等,降低奥氏体中的碳及合金元素含量,升高Ms~Mf位置,使之在冷至室温或经冷处理后得到完全马氏体转变。调整处理可分为较低温度调整处理(或称一次回火处理)和高温调整处理。调整处理又称T状态处理。


 较低温度调整处理采用加热A状态的钢降至较低的温度来调节Ms点,使钢在室温下获得必要的马氏体含量,然后通过时效进一步强化。图9.93为调整处理温度对这类钢Ms点的影响示例。在700~800℃温度范围内,碳化物析出孕育期很短,析出速率和析出量最大,冷却时Ms点升高最有效。经调整处理后,17-7PHPH15-7Mo钢的Ms点从低于-100℃增高至70℃以上,冷至室温得到M+γ+δ组织,钢中的残余奥氏体在随后加热到500℃以上时效才完全分解。这种工艺较简单,但在较低温调整处理时,沿晶碳化物的析出降低了钢的塑韧性。为弥补这一缺点,一般采用较高的时效温度。


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 应指出,自较低温度调整处理后冷至室温的过程应在1小时内连续冷却完成,缓慢冷却或途中保温都会导致奥氏体的稳定化和最终马氏体相变不完全。


 高温调整处理的温度选择应使钢的Ms点在室温附近,而以略低于室温为宜。例如17-7PH钢,经1065℃固溶处理后,Ms点约低于室温,Mf点低于-120℃,由于Ms和Mf点过低,只有经过-130℃甚至更低温度的冷处理才能得到足够含量的马氏体。经固溶处理后采取950℃高温调整处理,此时有一定数量的碳化物析出,Ms~Mf范围升高,Ms点约为60℃,Mf点约-80℃,冷到室温时得到部分马氏体,不影响零件的冲压加工,然后进一步冷却到-73℃就可以得到主要是马氏体的组织。这种方法处理后,由于晶界上只有少量碳化物析出,时效后仍能保证良好的塑性和较高的强度。此外,由于调整处理的加热温度较高,奥氏体(以后的马氏体)中的碳及合金元素含量增加,也增加了钢的强度。


4. 冷变形


冷变形明显提高Ms点,促进马氏体的转变。通常10%~25%冷轧变形可使Ms点升至室温以上,高变形量还可以使钢的强度达到超高强度钢的水平。冷变形起到调整处理的作用,随后无须再进行冷处理而直接进行时效处理。冷变形也称为C状态(cold work),这种方法适用于板材生产。


5. 时效处理


 时效处理也称为H状态(hardening),是最终一道热处理工序,并由此获得预期的力学性能。当钢发生马氏体相变,时效温度高于400℃后,视钢中添加合金元素的不同而析出各种强化相,大多在400~500℃达到时效硬化峰值,继续提高回火温度将产生过时效。


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 上述各种状态的组合可使这类钢获得所要求的力学性能和使用性能。表9.66为一些半奥氏体沉淀硬化不锈钢的力学性能。