沉淀硬化型不锈钢性能特点及用途

  基体为奥氏体或马氏体组织，通过沉淀硬化（又称时效硬化）处理使其硬（强）化的不锈钢，称为沉淀硬化型不锈钢。

  奥氏体和铁素体不锈钢有良好的耐蚀性，但强度较低；马氏体不锈钢的强度高，但耐蚀性较差。沉淀硬化不锈钢综合了这几类钢的特点，兼有奥氏体不锈钢的耐蚀性和马氏体不锈钢的高强度。沉淀硬化不锈钢是20世纪40年代以来，为适应航空、航天工业迅速发展的需要而开发的钢种，其化学成分一般不超过18-8型奥氏体不锈钢种的Cr、Ni含量，碳含量低（一般低于0.10％），通过添加硬化元素（铝、铜、钼、钛和铌等），在最终形成马氏体后，经时效处理，析出金属间化合物（Ni3Al、Ni3Ti）和某些少量碳化物以产生沉淀硬化。与普通马氏体不锈钢相比它具有更高的强度，更好的焊接性、韧性、冷加工成形性和耐蚀性等。某些沉淀硬化不锈钢的强度达到超高强度钢的水平，而且有较高的高温强度。因此，广泛应用于既需要高强度，又要求高耐蚀性和抗氧化性的零部件，如航空发动机的低压涡轮轴、导向叶片、工作叶片、风扇框架、燃烧室部件以及石油化工、船舶、核反应堆、汽轮机、高强度锻件、高压系统的阀门部件等。

  沉淀硬化不锈钢兼有强度高、耐蚀性好的特点。其耐蚀性不但与化学成分有关，还与热处理有关，特别是与时效温度密切相关。

  微细相的析出或时效反应对耐腐蚀性有害，但能提高钢的强度和硬度。若进行过时效处理，则对耐蚀性有益，但会降低钢的强度。

  沉淀硬化不锈钢属于高强度不锈钢，在工业应用中要特别注意氢裂和应力腐蚀开裂，因为这两种腐蚀形式对高强度和内部组织特别敏感。

  沉淀硬化不锈钢按其组织特征可分为以05Cr17Ni4Cu4Nb（630）为代表的马氏体型沉淀硬化钢、以06Cr15Ni25Ti2MoA1VB为代表的奥氏体沉淀硬化不锈钢、以07Cr17Ni7Al（631）和07Cr15Ni7Mo2Al（632）为代表的半奥氏体型沉淀硬化钢和以022Cr12Ni10AlTi为代表的马氏体时效不锈钢。它们是利用热处理后时效析出Cu、Al、Ti、Nb等的金属化合物来提高材料的强度。

  这种类型钢的主要特点是不锈钢可借助于热处理工艺调整其性能，使其在钢的成形、设备制造过程中处于易加工和易成形的组织状态。半奥氏体沉淀硬化不锈钢是通过马氏体相变和沉淀硬化的，奥氏体、马氏体沉淀硬化不锈钢是通过沉淀硬化处理使其具有高的强度和良好的韧性。

1. 马氏体沉淀硬化不锈钢

  马氏体沉淀硬化不锈钢，其代表钢种有05Cr17Ni5Cu4Nb（XM-12）、05Cr17Ni4Cu4Nb（630）等，这类钢经固溶处理后，在室温时为低碳马氏体组织。该类钢虽然比普通马氏体不锈钢易于加工，但不如半奥氏体沉淀硬化不锈钢，并且较难进行深度冷加工成形。马氏体沉淀硬化不锈钢经时效处理产生沉淀硬化来提高钢的强度和硬度，与半奥氏体沉淀硬化不锈钢相比，其强化机理相同，但热处理工艺简单，通过改变时效温度，可在相当宽的范围内调整钢的力学性能。其耐蚀性可接近18-8型奥氏体不锈钢，比普通马氏体不锈钢优越。

2. 奥氏体沉淀硬化不锈钢

  奥氏体沉淀硬化不锈钢的代表钢种是06Cr15Ni25Ti2MoAlVB（660）以及10Cr17Ni10P。该类钢没有相变过程，只有通过时效处理析出金属间化合物达到强化的目的。与其他类型沉淀硬化不锈钢相比，奥氏体沉淀硬化不锈钢的耐蚀性高，加工性能好。

3. 半奥氏体沉淀硬化不锈钢

  半奥氏体沉淀硬化不锈钢的代表钢种有07Cr17Ni7Al（631）、07Cr15Ni7Mo2Al（632）。该类钢中均含有15％～17％的Cr，并含有Ni、Mo等元素，因此具有足够的不锈性，而且其耐蚀性在一些介质中与18-8型奥氏体不锈钢相当或相近。该类钢一般以固溶状态供货，其金相组织基本为奥氏体，并含有5％～20％的铁素体。奥氏体塑性好，容易进行冷加工成形和焊接，待加工成形后再进行特殊的中间处理，使奥氏体转变为低碳马氏体，并通过时效处理，进行沉淀硬化来达到更高的强度。

  07Cr15Ni7Mo2Al（632）钢的综合性能优于07Cr17Ni7Al（631）钢，因此在化学工业中应用较广，主要用于制造耐蚀性好并且具有高强度的各种容器、管道、弹簧等，其耐蚀性优于马氏体不锈钢、马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效钢。

  在固溶状态下，07Cr17Ni7Al（631）和 07Cr15Ni7Mo2Al（632）钢具有奥氏体组织结构时，能够承受冷加工变形，但是这两种钢都具有冷加工硬化倾向，因此冷轧、冷冲压等都应采用少道次、大压下量、增加多次中间固溶处理的工艺方法来进行加工。热加工较容易，合适的加工温度为950～1150℃。半奥氏体沉淀硬化不锈钢的热处理工艺较为复杂，且要求非常严格。只有按照规定的工艺规范（温度、时间、冷却速度）予以控制，才能获得较佳的力学性能。

  该类钢焊接性良好，可采用电弧焊、氩弧焊，焊前不需预热，焊后需进行固溶退火处理。

4. 马氏体时效钢

  马氏体时效钢的碳含量很低，一般不大于0.03％，甚至达到了高纯化。通常是以马氏体状态供货的，具有优良的塑性、韧性和冷加工成形性（冷变形量可达80％以上），它是通过时效处理析出金属间化合物而达到高强度。

  马氏体时效钢因无铁素体（8相）和碳化物析出等原因，在某些环境介质条件下对应力腐蚀敏感，但比普通马氏体不锈钢和马氏体沉淀硬化不锈钢的性能优越得多。

  马氏体时效钢利用固溶和时效产生马氏体相变，以及超低碳马氏体和金属间化合物等相结合的方法，获得了优良的综合力学性能和工艺（包括焊接）性能，并兼有一定的耐蚀性，已成为析出硬化型不锈钢的发展方向，并成为正在发展中的新一代高强度不锈钢。

  属于马氏体时效钢的有 022Cr16Ni6MoCuNb 和022Cr14Ni6Mo2AlNb 等。022Cr16Ni6MoCuNb钢的耐蚀性相当于06Cr18Ni10奥氏体不锈钢，其强度却是06Cr18Ni10钢的3倍。

  由于沉淀硬化不锈钢在时效状态下使用，通常钢中有碳化铬及金属间相析出，硬度较高，适于制造承受腐蚀和磨损的零部件。