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什么是馬氏體不銹鋼

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什么是馬氏體不銹鋼

馬氏體不銹鋼

通過熱處理可以調整其力學性能的不銹鋼,通俗地說,是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號為Cr13型,如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。淬火后硬度較高,不同回火溫度具有不同強韌性組合,主要用于蒸汽輪機葉片、餐具、外科手術器械。根據化學成分的差異,馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據組織和強化機理的不同,還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體(或半馬氏體)沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時效不銹鋼等。

基本介紹

標準的馬氏體不銹鋼是:403、410、414、416、416(Se)、420、431、440A、440B440C型,有磁性;這些鋼材的耐腐蝕性來自,其范圍是從11.518%,鉻含量愈高的鋼材需碳含量愈高,以確保在熱處理期間馬氏體的形成,上述三種440型不銹鋼很少被考慮做為需要焊接的應用,且440型成份的熔填金屬不易取得。

標準馬氏體鋼材的改良,含有類如鎳、鉬、釩等的添加元素,主要是用于將標準鋼材受限的容許工作溫度提升至高于1100K,當添加這些元素時,碳含量也增加,隨著碳含量的增加,在焊接物的硬化熱影響區中避免龜裂的問題變成更嚴重。

性能

馬氏體不銹鋼能在退火、和硬化與回火的狀態下焊接,無論鋼材的原先狀態如何,經過焊接后都會在鄰近焊道處產生一硬化的馬氏體區,熱影響區的硬度主要是取決于母材金屬的碳含量,當硬度增加時,則韌性減少,且此區域變成較易產生龜裂、預熱和控制層間溫度,是避免龜裂的最有效方法,為得最佳的性質,需焊后熱處理。

馬氏體不銹鋼是一類可以通過熱處理(淬火、回火)對其性能進行調整的不銹鋼,通俗地講,是一類可硬化的不銹鋼。這種特性決定了這類鋼必須具備兩個基本條件:一是在平衡相圖中必須有奧氏體相區存在,在該區域溫度范圍內進行長時間加熱,使碳化物固溶到鋼中之后,進行淬火形成馬氏體,也就是化學成分必須控制在γγ+α相區,二是要使合金形成耐腐蝕和氧化的鈍化膜,鉻含量必須在10.5%以上。按合金元素的差別,可分為馬氏體鉻不銹鋼和馬氏體鉻鎳不銹鋼。

馬氏體鉻不銹鋼的主要合金元素是鐵、鉻和碳。圖1-4Fe-Cr系相圖富鐵部分,如Cr大于13%時,不存在γ相,此類合金為單相鐵素體合金,在任何熱處理制度下也不能產生馬氏體,為此必須在內Fe-Cr二元合金中加入奧氏體形成元素,以擴大來說,C、N是有效元素,C、N元素添加使得合金允許更高的鉻含量。在馬氏體鉻不銹鋼中,除鉻外,C是另一個最重要的必備元素,事實上,馬氏體鉻不銹耐熱鋼是一類鐵、鉻、碳三元合金。當然,還有其他元素,利用這些元素,可根據Schaeffler圖確定大致的組織。

馬氏體不銹鋼主要為鉻含量在12%-18%范圍內的低碳或高碳鋼。各國廣泛應用的馬氏體不銹鋼鋼種有如下3類:

1.低碳及中碳13%Cr

2.高碳的18%Cr

3.低碳含鎳(約2%)的17%Cr

馬氏體不銹鋼具備高強度和耐蝕性,可以用來制造機器零件如蒸汽渦輪的葉片(1Cr13)、蒸汽裝備的軸和拉桿(2Cr13),以及在腐蝕介質中工作的零件如活門、螺栓等(4Cr13)。碳含量較高的鋼號(4Cr13、9Cr18)則適用于制造醫療器械、餐刀、測量用具、彈簧等。

鐵素體不銹鋼相似,在馬氏體不銹鋼中也可以加入其它合金元素來改進其他性能:1.加入0.07%SSe改善切削加工性能,例如1Cr13S4Cr13Se;2.加入約1%Mo0.1%V,可以增加9Cr18鋼的耐磨性及耐蝕性;3.加入約1Mo-1W-0.2V,可以提高1Cr132Cr13鋼的熱強性。

馬氏體不銹鋼與調制鋼一樣,可以使用淬火、回火及退火處理。其力學性質與調制鋼也相似:當硬度升高時,抗拉強度及屈服強度升高,而伸長率、截面收縮率及沖擊功則隨著降低。

馬氏體不銹鋼的耐蝕性主要取決于鉻含量,而鋼中的碳由于與鉻形成穩定的碳化鉻,又間接的影響了鋼的耐蝕性。因此在13%Cr鋼中,碳含量越低,則耐蝕性越高。而在1Cr13、2Cr13、3Cr134Cr13四種鋼中,其耐蝕性與強度的順序恰好相反。