95Cr18、90Cr18MoV、102Cr17Mo、68Cr17、85Cr17、108Cr14Mo4V 等钢属于高碳高铬型马氏体不锈钢,为了保持钢的耐蚀性,其马氏体组织必须含有质量分数在11%~12%的铬。但为了保持钢的高硬度和高耐磨性,碳含量又要高。
高碳高铬马氏体不锈钢属于莱氏体钢,在铸态组织中有一次和二次复合合金碳化物,如(Fe、Cr7)C3,因此必须通过锻造使粗大的碳化物破碎和均匀分布。钢坯的锻造温度为1100~1130℃,始锻温度为1050~1100℃,终锻温度为850~900℃,锻后砂冷或灰冷。停锻温度不能过高,否则会在组织中出现链状分布的碳化物,严重影响钢的韧性。因此,对于出现链状碳化物的锻件,应予以返修。锻造后钢的硬度较高,为降低其硬度、改善切削加工性能,并为淬火作好组织准备,锻后应进行退火,退火组织为粒状珠光体和均匀分布的粒状碳化物。
铬含量=14%~18%8%的高碳马氏体不锈钢具有较好的淬透性,以95Cr18为例,为了得到高的淬火硬度、较少的残留奥氏体量和良好的耐蚀性,其淬火加热温度宜选择1050~1100℃,一般采用油冷却,也可用空冷(薄壁件)或在100~150℃的热油中冷却。但大的工件必须采用油冷,空冷或热油冷只适用于薄壁件的淬火冷却。对于大型和形状复杂的零件,为了减少零件的变形和开裂,可以采用等温淬火或分级淬火。淬火后钢中的组织为隐晶马氏体、残留奥氏体和细粒状的碳化物。在淬火后的高碳高铬马氏体不锈钢中残留奥氏体量较高,如95Cr18不锈钢,在1050℃和1100℃淬火后,钢中残留奥氏体含量(质量分数)分别为22%和70%。为了提高不锈钢零件的硬度和使用过程中的尺寸稳定性,零件淬火后应在-75~80℃的条件下再进行冷处理,从而使钢中的残留奥氏体量(质量分数)减少至10%~15%,其硬度和抗弯强度有所提高,尤其是接触疲劳强度将显著提高,但钢中的冲击韧度则明显下降。因此,对于制造承受高冲击负荷的零件,在选用冷处理时应慎重考虑。
为了提高高碳高铬马氏体不锈钢零件淬火后和淬火并经冷处理后的组织稳定性,消除内应力,提高钢的综合力学性能,必须进行回火。这类钢采用冷处理后可获得的回火硬度较油淬钢的回火硬度高1~3HRC。在150-400℃的温度范围内回火后,马氏体中的铬含量几乎不变,在沸水、蒸汽、湿空气、干燥空气和冷态的有机酸中均很稳定,但相比较,在200℃以下回火,其耐蚀性更高。而经500-550℃高温回火后,由于形成了含铬的碳化物,降低了固溶体中的铬含量,因此钢的耐蚀性降低,一般应尽量不选择在此温度范围内回火。
根据回火温度对高碳高铬钢力学性能和耐蚀性影响的试验结果,该类钢一般选择在160~200℃内回火。当不锈钢零件进行最后的磨削成形后,为了消除其磨削应力,还应该在130~140℃进行低温消应力回火。