XM-25马氏体时效不锈钢
XM-25马氏体时效不锈钢
马氏体不锈钢简介
马氏体不锈钢 1、什么是不锈钢 不锈钢(Stainless Steel)是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢;而将耐化学介质腐蚀(酸、碱、盐等化学浸蚀)的钢种称为耐酸钢。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性。 2、分类 不锈钢常按组织状态分为：马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体-铁素体（双相）不锈钢及沉淀硬化不锈钢等。另外，可按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等。 1、铁素体不锈钢：含铬12%～30%。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。属于这一类的有Crl7、Cr17Mo2Ti、Cr25，Cr25Mo3Ti、Cr28等。铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。 2、奥氏体不锈钢：含铬大于18%，还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢的常用牌号有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9等。0Cr19Ni9钢的Wc<0.08%，
钢号中标记为“0”。这类钢中含有大量的Ni和Cr，使钢在室温下呈奥氏体状态。这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等。奥氏体不锈钢一般采用固溶处理，即将钢加热至1050～1150℃，然后水冷，以获得单相奥氏体组织。 3、奥氏体- 铁素体双相不锈钢：兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。奥氏体和铁素体组织各约占一半的不锈钢。在含C较低的情况下，Cr含量在18%~28%，Ni含量在3%~10%。有些钢还含有Mo、Cu、Si、Nb、Ti，N等合金元素。该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。 4、马氏体不锈钢：强度高，但塑性和可焊性较差。马氏体不锈钢的常用牌号有1Cr13、3Cr13等，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的。 5、沉淀硬化不锈钢：基体为奥氏体或马氏体组织，沉淀硬化不锈钢的常用牌号有04Cr13Ni8Mo2Al等。其能通过沉淀硬化（又称
1高强度钢中马氏体时效钢的综述
上海大学2010～2011学年冬季学期研究生课程考试 小论文 课程名称：汽车刚强度钢板研究课程编号：101101909 论文题目: 高强度钢中马氏体时效钢的综述 研究生姓名: 尹学号: 10721 论文评语: 成绩: 任课教师: 评阅日期:
高强度钢中马氏体时效钢的综述 摘要马氏体时效钢是以无碳( 或超低碳) 铁镍马氏体为基体的经时效生产金属间化合物沉淀硬化的。超高强度钢。该钢在高强度时效处理前具有良好的成形性，时效处理几乎不变形，时效处理后有高强韧性。文中论述了典型Ni2Co2Mo2Ti2Al 马氏体时效钢和Ni2Mo2Ti(2Cr2Al) 无钴马氏体时效钢的化学成分和力 学性能，阐述了马氏体时效钢在400～500 ℃时效时马氏体基体内产生大量强化效果极高、韧性损失极小的金属间化合物沉淀相的时效结构和强化机制，以及Ni、Co、Mo、Cr、Mn、Ti 等元素在马氏体时效钢中的合金化作用。概述了马氏体时效钢的生产工艺，应用和发展趋向。 关键词马氏体时效钢；沉淀析出；强化机制；力学性能 The description of ultrahigh strength steel -Maraging steel Abstract Maraging steel is a kind of ultrahigh strength steel strengthened by ageing precipitation hardening of intermetallics in carbon2free or extra2low carbon ferronickel martensite matrix. It has excellent formability before ageing treatment and almost non2deforming during ageing , after ageing the steel has high strength and toughness. The chemical compositions and mechanical properties of typical Ni2Co2Mo2Ti2Al maraging steel and Ni-Mo-Ti (-Cr-Al) cobalt-free maraging steel are reviewed，and the ageing structure and strengthening mechanism of mass intermetallics precipitation phases produced in martensite matrix of maraging steel ageing at 400-500℃ which has high strengthening effect and minimal toughness loss and the alloying effect of alloy elements such as Ni ,Co ,Mo ,Cr ,Mn and Ti in maraging steel are presented in this article.The production process, application and developing trend of maraging steel are also summarized. Keyword：Maraging Steel; Precipitation; Strengthening Mechanism;Mechanical Properties 一、引言 1.1超高强度钢的背景 超高强度钢一般是指屈服强度大于1380MPa的高强度结构钢。20世纪40年代中期，美国用AISI4340结构钢通过降低回火温度，使钢的抗拉强度达到1600-1900MPa。马氏体时效钢强化作用是通过马氏体相变和等温时效析出金属间化合物Ni3Mo来达到的。马氏体时效钢的基本化学成分是18％Ni-8％Co-5％Mo。随着钛含量从0.20％提高到1.4％，屈服强度可以在1375-2410MPa之间变化。为了获得高韧性，应尽量降低钢中的磷、硫、碳和氮含量。 除了广泛应用的AF1410等二次硬化超高强度钢之外，为了获得更高的强度和韧性配合，美国SRG在二次硬化钢的物理冶金学研究基础上，开发了高洁净度的AerMet钢。高洁净度保证Aer-Metl00钢(0.23％C-3％Cr-11.1％Ni-13.4％Co-1.2％Mo)具备目前最佳的强度和韧性配合。AerMet310(0.25％C-2.4％Cr-11％Ni-15％Co-1.4％Mo)是最近Carpenter公司在AerMetl00的基础上开发的高强高韧钢。与AerMetl00相同，AerMet310也是双真空冶炼的含镍钴钢，它具有良好的韧性和塑性。AerMet310的抗拉强度是2172MPa，比AerMetl00高出200MPa。与Marage300相比，AerMet310的屈强比较小，因而可在断裂前吸收较多的塑
沉淀硬化不锈钢
沉淀硬化不锈钢 沉淀硬化不锈钢（也有称析出强化不锈钢）常用于核电宇航等工业，主要特点是一类具有超高强度的不锈钢。一般按其组织形态可分为三类:沉淀硬化马氏体不锈钢，沉淀硬化半奥氏体不锈钢，沉淀硬化奥氏体不锈钢，也有的把第一类归到马氏体不锈钢，第二类、第三类归到奥氏体不锈钢。 马氏体时效不锈钢是固溶处理后，冷至室温时总是以马氏体组织存在，由固溶态再进行时效处理产生析了相而强化。也有资料把这类钢分为马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体时效不锈钢，在固溶态下，前者在马氏体基体中含少量的铁素体（10%左右）和少量残余奥氏体，后者为马氏体基体中只有少量的残余奥氏体，后者的韧性相对较高。沉淀硬化半奥氏体不锈钢是固溶热处理后，冷至室温时，以奥氏体组织存在，而且含有5%-20铁素体组织，但奥氏体组织不是十分稳定，通过一系列热冷处理或机械变形处理后，奥氏体转变成马氏体，再通过时效而强化。 奥氏体沉淀硬化不锈钢，其组织为稳定奥氏体组织，热处
理是不能改变组织，为此，只能通过加入析出强化元素，通过时效处理而强化。沉淀硬化不锈钢力学性能除对化学成分敏感外，对热处理制度也很敏感，因而在实际生产中这类钢必须严格按照热处理工艺规程操作。常用的热处理工艺有如下几种。 均匀化处理：一般指铸、锻件，在1150OC左右进行加热，促使合金元素和组织均匀化。 高温固溶处理：通常在10000C以上析出相分解，使钢进行再结晶软化。 调整处理：处理温度为760-10000C，调整钢中合金元素的分布，控制马氏体的相变温度。 时效处理：处理温度为460-6200C。处理温度与时间对组织和力学性能影响较大，若希望获得较好的韧性，可采用较高的时效温度处理。 冰变冷却处理：在一定时间内却到某一温度并保持一段时间的处理，以确定下一步进行强化或时效处理。
马氏体不锈钢性能介绍
马氏体不锈钢 马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。 马氏体不锈钢是一类可以通过热处理（淬火、回火）对其性能进行调整的不锈钢，通俗地讲，是一类可硬化的不锈钢。这种特性决定了这类钢必须具备两个基本条件：一是在平衡相图中必须有奥氏体相区存在，在该区域温度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中之后，进行淬火形成马氏体，也就是化学成分必须控制在γ或γ+α相区，二是要使合金形成耐腐蚀和氧化的钝化膜，铬含量必须在10.5%以上。按合金元素的差别，可分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。 马氏体铬不锈钢的主要合金元素是铁、铬和碳。图1-4是Fe-Cr系相图富铁部分，如Cr大于13%时，不存在γ相，此类合金为单相铁素体合金，在任何热处理制度下也不能产生马氏体，为此必须在内Fe-Cr二元合金中加入奥氏体形成元素，以扩大γ相区，对于马氏体铬不锈钢来说，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允许更高的铬含量。在马氏体铬不锈钢中，除铬外，C是另一个最重要的必备元素，事实上，马氏体铬不锈耐热钢是一类铁、铬、碳三元合金。当然，还有其他元素，利用这些元素，可根据Schaeffler图确定大致的组织。 铬是马氏体铬不锈钢最重要的合金元素。铬是铁素体形成元素，足够的铬可使钢变成单一的铁素体不锈钢，铬和碳的相互作用使钢在高温时具有稳定的γ 或γ+α相区，铬可以降低奥氏体向铁素体和碳化物的转变速度，从而提高淬透性；在大气H2S及氧化性酸介质中。它能提高钢的耐蚀性能，这与铬能促使生成一层铬的氧化物保护膜有关，但在还原介质中，随着铬含量的提高，钢的耐蚀性下降；铬含量的提高，钢的抗氧化性能也明显提高。 碳是马氏体铬不锈钢另一重要的合金元素。为了产生马氏体相变，碳含量要视钢中的铬含量而定，一般充分考虑碳、铬两者相互关系及碳的溶解极限(见图1-5)。在给定的铬量下，碳含理提高，强度、硬度提高，塑性降低，耐蚀性下降。
合金元素对马氏体铬镍不锈钢组织和性能的影响
合金元素对马氏体铬镍不锈钢组织和性能的影 响 1.1 镍的影响 （2）镍对钢的组织结构的影响 图2-28 镍对0.04C-18Cr钢Ms温度的影响 αγ相区，有可能使低碳的铁一铬合金具由于镍扩大铁一铬合金的γ区相和+ 有淬火能力、或者由于镍的存在可使低碳（＜0.15％）马氏体铬不锈钢的铬含量向更高的水平推移，提高了钢的耐蚀性。从而解决了马氏体铬不锈钢为提搞其耐蚀性以损失钢的硬度为代价的难题。在马氏体格镍不锈钢中的镍含量不能过高，否则由于镍扩大γ相区和降低Ms温度〔见图2-28）的双重作用，将使钢成为单相奥氏铁不锈钢而丧失淬火能力。镍的另一重要作用是降低钠中的δ铁素体含量，在所有合金元素中其共效果最好，见图3-29。在特定的碳、铬含量条件下，这一作用可使钢获得满意的相变效果和最大硬度值。
图2-29 合金元素对0.1C-17Cr钢 铁素体数量的影响（2）镍对可淬性的影响 镍提高钢的淬透性和可淬性，对于低碳、高铬的铁一铬合金，添加适量的镍可恢复其淬火能力而成为马氏体不锈钢，见图2-30和图2-31。由图可知，对于含碳0.21％-0.24％，含铬近于20％的钢、如果不含镍，则失去了淬火能力；含2%~4％Ni使该合金恢复淬火能力；过高的镍将使钢变成奥氏体组织而失去可淬性。在沉淀硬化不锈钢中．钢的硬化特性与镍含量间的关系见图2-32，为了得到满意的硬化效果，应选择最佳镍含量。马氏体不锈钢的回火稳定性是钢的重要性能．镍的加入提高了马氏体不锈钢的回火稳定性，见图2-33。可见，少量的镍即可有效地降低回火的软化程度。
图2-31 镍对0.1C-17Cr钢硬化特性的影响
不锈钢基础知识
第一章不锈钢基础知识 1. 不锈钢发展简史 不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称。在冶金学和材料科学领域中，依据钢的主要性能特征，将含铬量大于12%，且以耐蚀性和不锈性为主要使用性能的一系列铁基合金称为不锈钢。 狭义的不锈钢是指在大气中不容易生锈的钢。广义的不锈钢指在特定条件下的酸、碱、盐中耐蚀的钢。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于钢的表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成，这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含量的提高而增加，当铬含量≥10%时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。所以通常称不锈钢是铬含量为12%以上的铁基合金。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在石油化工、原子能、轻工、纺织、食品、家用器械等方面得到广泛的应用。通常对在大气、水蒸汽和淡水等腐蚀性较弱的介质中具有不锈性和耐腐蚀性的钢种称不锈钢；对在酸、碱、盐等腐蚀性强烈的环境中具有耐蚀性的钢种称耐酸钢。两个钢类因成分上的差异而导致了它们具有不同的耐蚀性，前者合金化程度低，一般不耐酸；后者合金化程度高，既具有耐酸性又具有不锈性。 为了了解不锈钢发展的历程，有必要追溯到本世纪初期。大约在1910年左右，在世界上的一些地方出现了对新材料需求的危机，这种对材料需求的动力使得人们发明了不锈钢，并使其得到了飞速发展。 在英格兰的希菲尔德，H. Brearly 希望发明一种新型材料用来制作存放重型枪支的桶，这种桶要求必须耐磨损和擦伤。他经过调查发现在合金材料中加入高含量的铬元素，这种材料就不容易被刻伤。这个重大发现使他获得了专利，即钢中加入9－16％的铬，并且碳含量小于0.70％，第一代不锈钢诞生了。这些不锈钢最初用于不锈钢餐具，而如今普通碳钢已经取代不锈钢在餐具领域的应用。 几乎与此同时，在德国埃森的B. Strauss 发现了一种适合用于热电偶和高温计的保护管的材料。在许多铁基合金中，他发现了含有高含量铬的铁－铬－镍合金。含有超过20％含量Cr的合金样品被发现在实验室里即使放置很长时间也不会生锈。这个发现开发出了含有0.25％碳，20％铬和7％镍的钢，即最初的奥氏体不锈钢。 在英格兰和德国人致力于研究不锈钢的同时，F.M. Becket 正在美国的尼亚加拉大瀑布潜心研究希望发现一种便宜且耐氧化的材料，用于
国内外不锈钢材质对照表
国内外不锈钢材质对照表 GB JIS AISI/SATM UNS代号DIN17006 DIN17007 0Cr18Ni9 (0Cr19Ni9) SUS 304 304 S30400 X5CrNi18-10 1.4301 0Cr19Ni10 (00Cr19Ni10) SUS 304L 304L S30403 X2CrNi19-11 1.4306 0Cr25Ni20 SUS 304S 304S S31008 X12CrNi25-21 1.4845 0Cr17Ni12Mo2 SUS 316 316 S31600 X5CrNiMo17-12-2 X5CrNiMo17-13-3 1.4401 1.4436 00Cr17Ni14Mo2 SUS 316L 316L S31603 X2CrNiMo18-14-3 1.4404 0Cr19Ni13Mo3 SUS 317 317 S31700 X2CrNiMo17-13-3 1.4439 00Cr19Ni13Mo3 (00Cr17Ni14Mo3) SUS 317L 317L S3703 X2CrNiMo18-16-4 1.4438 (1Cr18Ni9Ti) X12CrNi18-9 1.4878 0Cr18Ni10Ti SUS 321 321 S32100 X6CrNiTi18-10 1.4541 0Cr18Ni11Nb SUS 347 347 S34700 X6CrNiNb18-10 1.4550 不锈钢材质 1
不锈钢材质，有着接近镜面的光亮度，触感硬朗冰冷，属于比较前卫的装饰材料，符合金属时代的酷感审美。不锈钢材质通常按基体组织分为： 1、铁素体不锈钢。含铬12％～30％。其耐蚀性、韧性和可焊性随含铬量的增加而提高，耐氯化物应力腐蚀性能优于其他种类不锈钢。 2、奥氏体不锈钢。含铬大于18％，还含有 8％左右的镍及少量钼、钛、氮等元素。综合性能好，可耐多种介质腐蚀。 3、奥氏体 - 铁素体双相不锈钢。兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，并具有超塑性。 4、马氏体不锈钢。强度高，但塑性和可焊性较差。 概述 通俗地说，不锈钢就是不容易生锈的钢，实际上一部分不锈钢，既有不锈性，又有耐酸性（耐蚀性）。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于其表面上富铬氧化膜（钝化膜）的形成。这种不锈性和耐蚀性是相对的。试验表明，钢在大气、水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铬含量的增加而提高，当铬含量达到一定的百分比时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。不锈钢的分类方法很多。按室温下的组织结构分类，有马氏体型、奥氏体型、铁素体和双相不锈钢；按主要化学成分分类，基本上可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大系统；按用途分则有耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐海水不锈钢等等，按耐蚀类型分可分为耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、耐晶间腐蚀不锈钢等；按功能特点分类又可分为无磁不锈钢、易切削不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢等等。由于不锈钢材具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中获取得广泛的应用。、 编辑本段种类 奥氏体不锈钢 在常温下具有奥氏体组织的不锈钢。钢中含Cr约18%、Ni 8%~10%、C约0.1%时，具有稳定的奥氏体组织。奥氏体铬镍不锈钢包括著名的18Cr-8Ni钢和在此基础上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素发展起来的高Cr-Ni系列钢。奥氏体不锈钢无磁性而且具有高韧性和塑性，但强度较低，不可能通过相变使之强化，仅能通过冷加工进行强化。如加入S， 2
沉淀硬化不锈钢
沉淀硬化不锈钢 1.固溶处理 经固溶处理(1000～1050℃，1h，空冷)获得的组织是奥氏体加少量铁素体，在随后500～800℃进行调整处理时，由于原子在铁素体中扩散速度要比在奥氏体中快，且铁素体内含铬量高，碳化物(Cr23C6)易沿着α(δ)和r的相界面析出，又降低了奥氏体中碳及合金元素的含量，从而提高这类钢的Ms点，使之获得更多的马氏体。α(δ)铁素体量不能过多，否则不利于热加工，也不参与马氏体转变，会降低钢的强度。 2. 沉淀硬化不锈钢的调整处理 固溶处理后进行的中间处理，一般又称调整处理，目的是获得一定数量的马氏体，从而使钢强化，常用以下三种方法： (1)中间时效法(简称T处理法)固溶处理后再加热至(760±15)℃，保温90min，因有Cr23C6碳化物从奥氏体中析出，降低了奥氏体中的碳及合金元素含量，使Ms点升高到70℃，随后冷却到室温便得到马氏体+α铁素体+残余奥氏体组织，残余奥氏体在随后510℃时效才分解完。 (2)高温调整及深冷处理法(R处理法)固溶后，行先加热到950℃保温90min。由于升高了Ms点，冷却到室温，可得到少量马氏体；之后再经-70℃冷处理，保温8h，就可获得一定数量的马氏体。 (3)冷变形法(C处理法)固溶处理后，在室温下冷变形，冷变形时形成马氏体的数量与变形量及不锈钢的成分有关。一般变形量在15%～20%就能获得必要数量的马氏体，过大的变形量会使马氏体发生加工硬化，使塑性显著下降。 3.时效处理(H处理) 调整处理后，均须进行时效处理。时效处理是这类钢进行强化的另一途径。当时效温度高于400℃，会从马氏体中析出金属间化合物(如Ni3Ti等)，呈高度弥散分布，起沉淀硬化作用。一般在约500℃进行时效，可获得高的强度及硬度。
奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢有什么区别
奥氏体不锈钢和马氏体不锈钢有什么区别？ 主要是磁性，奥氏体不带磁性，马氏体带磁性。 奥氏体 奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，常用符号A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。其溶碳能力较大，在727℃时溶碳为ωc＝0.77％,1148℃时可溶碳2.11％。奥氏体是在大于727℃高温下才能稳定存在的组织。奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织。奥氏体是没有磁性的。 马氏体分级淬火 是将奥氏体化工件先浸入温度稍高或稍低于钢的马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中，保持适当的时间，待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺，也称分级淬火。分级淬火由于在分级温度停留到工件内外温度一致后空冷，所以能有效地减少相变应力和热应力，减少淬火变形和开裂倾向。分级淬火适用于对于变形要求高的合金钢和高合金钢工件，也可用于截面尺寸不大、形状复杂地碳素钢工件。 马氏体不锈钢 通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌号为Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。粹火后硬度较高，不同回火温度具有不同强韧性组合，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械。根据化学成分的差异，马氏体不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。 马氏体就是以人命命名的： 对于学材料的人来说，“马氏体”的大名如雷贯耳，那么说到阿道夫·马滕斯又有几个人知道呢？其实马氏体的“马”指的就是他了。在铁碳组织中这样以人名命名的组织还有很多，今天我们就来说说这些名称和它们背后那些材料先贤的故事。 马氏体Martensite，如前所述命名自Adolf Martens (1850-1914)。这位被称作马登斯或马滕斯的先生是一位德国的冶金学家。他早年作为一名工程师从事铁路桥梁的建设工作，并接触到了正在兴起的材料检验方法。于是他用自制的显微镜（！）观察铁的金相组织，并在1878年发表了《铁的显微镜研究》，阐述金属断口形态以及其抛光和酸浸后的金相组织。（这个工作我们现在做的好像也蛮多的。）他观察到生铁在冷却和结晶过程中的组织排列很有规则（大概其中就有马氏体），并预言显微镜研究必将成为最有用的分析方法之一（有远见）。他还曾经担任了柏林皇家大学附属机械工艺研究所所长，也就是柏林皇家材料试验所（"Staatliche Materialprüfungsamt"）的前身，他在那里建立了第一流的金相试验室。1895年国际材料试验学会成立，他担任了副主席一职。直到现在，在德国依然有一个声望颇高的奖项以他的名字命名。 马氏体不锈钢是一类可以通过热处理（淬火、回火）对其性能进行调整的不锈钢，通俗地讲，是一类可硬化的不锈钢。这种特性决定了这类钢必须具备两个基本条件：一是在平衡相图中必须有奥氏体相区存在，在该区域温度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中之后，进行淬火形成马氏体，也就是化学成分必须控制在γ或γ+α相区，二是要使合金形成耐腐蚀和氧化的钝化膜，铬含量必须在10.5%以上。按合金元素的差别，可分为马氏
马氏体不锈钢
马氏体不锈钢 标准的马氏体不锈钢是：403、410、414、416、416(Se)、420、431、440A、440B和440C型，这些钢材的耐腐蚀性来自“铬”，其范围是从11.5至18%，铬含量愈高的钢材需碳含量愈高，以确保在热处理期间马氏体的形成，上述三种440型不锈钢很少被考虑做为需要焊接的应用，且440型成 份的熔填金属不易取得。 标准马氏体钢材的改良，含有类如镍、钼、钒等的添加元素，主要是 用于将标准钢材受限的容许工作温度提升至高于1100K，当添加这些元素时，碳含量也增加，随着碳含量的增加，在焊接物的硬化热影响区中避免龟裂 的问题变成更严重。 马氏体不锈钢能在退火、硬化和硬化与回火的状态下焊接，无论钢材 的原先状态如何，经过焊接后都会在邻近焊道处产生一硬化的马氏体区， 热影响区的硬度主要是取决于母材金属的碳含量，当硬度增加时，则韧性 减少，且此区域变成较易产生龟裂、预热和控制层间温度，是避免龟裂的 最有效方法，为得最佳的性质，需焊后热处理。 马氏体不锈钢是一类可以通过热处理（淬火、回火）对其性能进行调 整的不锈钢，通俗地讲，是一类可硬化的不锈钢。这种特性决定了这类钢 必须具备两个基本条件：一是在平衡相图中必须有奥氏体相区存在，在该 区域温度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中之后，进行淬火形 成马氏体，也就是化学成分必须控制在γ或γ+α相区，二是要使合金形成耐腐蚀和氧化的钝化膜，铬含量必须在10.5%以上。按合金元素的差别，可分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。 马氏体铬不锈钢的主要合金元素是铁、铬和碳。图1-4是Fe-Cr系相 图富铁部分，如Cr大于13%时，不存在γ相，此类合金为单相铁素体合金，在任何热处理制度下也不能产生马氏体，为此必须在内Fe-Cr二元合金中 加入奥氏体形成元素，以扩大γ相区，对于马氏体铬不锈钢来说，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允许更高的铬含量。在马氏体铬不锈钢中，除铬外，C是另一个最重要的必备元素，事实上，马氏体铬不锈耐热钢是一类铁、铬、碳三元合金。当然，还有其他元素，利用这些元素，可根 据Schaeffler图确定大致的组织。 马氏体不锈钢主要为铬含量在12%-18%范围内的低碳或高碳钢。各国广泛应用的马氏体不锈钢钢种有如下3类： 1.低碳及中碳13%Cr钢 2.高碳的18%Cr钢 3.低碳含镍（约2%）的17%Cr钢
沉淀硬化不锈钢
沉淀硬化不锈钢 该钢是一种马氏体沉淀硬化不锈钢它的强度是通过马氏体相变和时效处理的沉淀硬化来达到的。由于此钢低碳，高铬，且含铜，故其耐蚀性较Cr13型及9Cr18，1Cr17Ni2等马氏体钢为好。但较难进行深度的冷成型。多用作既要求有不锈性及耐弱酸，碱，盐腐蚀又要求高强度的部件。 化学成分： 0Cr17Ni4Cu4Nb钢的化学成分： C Si Mn Cr Ni Cu Nb S P <=0.07 <=1.0 <=1.0 15.5~17.5 3.0~5.0 3.0~5.0 0.15~0.45 <=0.030 <=0.035 力学性能： 该钢的室温力学性能见下表 热处理制度 ób MPa ós MPa e5 % ￠ % 硬度 HRC 附注 1040oC水冷或空冷（A状态）HB<=363 (1) 1040oC水冷或空冷，480oC回火 4h空冷（H900） >=1314 >=1177 >=10 >=40 >=40 (1) 1040oC水冷或空冷，495oC回火 4h空冷（H925） >=1177 >=1070 >=10 >=44 >=38 (1) 1040oC水冷或空冷，550oC回火 4h空冷（H1025） >=1070 >=1000 >=12 >=45 >=35 (1) 1040oC水冷或空冷，580oC回火 4h空冷（H1075） >=1000 >=863 >=13 >=45 >=31 (1) 1040oC水冷或空冷，620oC回火 4h空冷（H1150） >=932 >=725 >=16 >=50 >=28 (1) 1040oC水冷（A状态）1030 755 12 45 HB363 (2) 1040oC水冷，480oC回火4h空冷 （H900） 1373 1275 14 50 44 (2) 1040oC水冷，495oC回火4h空冷 （H925） 1304 1207 14 54 42 (2) 1040oC水冷，550oC回火4h空冷 （H1025） 1167 1138 15 56 38 (2) 1040oC水冷，580oC回火4h空冷 （H1075） 1138 1030 16 58 36 (2) 1040oC水冷，620oC回火4h空冷 （H1150） 1000 862 19 60 33 (2) (1)------摘自GB1220 (2)------实际检验值 耐腐蚀性：见下表0Cr17Ni4Cu4Nb钢的耐蚀性能[腐蚀速率g/(m2h)] 介质条件5%H2SO4 沸腾8h 10%H2SO4 沸腾48h 40%HNO3 沸腾8h 10%HCl 沸腾8h 80%CH3COOH 沸腾8h 退火态 178 178 4.58 4.69 0.25 0.28 0.51 0.50 0.83 0.79
不锈钢发展简史
不锈钢发展简史 不锈钢的发明是世界冶金史上的一项重大成就。20世纪初，吉耶（L.B.Guillet）于1904年—1906年和波特万（A.M.Portevin）于1909—1911年在法国；吉森（W.Giesen）于1907—1909年在英国分别发现了Fe—Cr和Fe—Cr-Ni合金的耐腐蚀性能。蒙纳尔茨（P.Monnartz）于1908-1911年在德国提出了不锈性和钝化理论的许多观点。 工业用不锈钢的发明者有：布里尔利（H.Brearly）1912—1913年在英国开发了含Cr12%—13%的马氏体不锈钢；丹齐曾（C.Dantsizen）1911—1914年在美国开发了含Cr14%—16%，C 0.07% —0.15%的铁素体不锈钢；毛雷尔（E.Maurer）和施特劳斯（B.Strauss）1912—1914年在德国开发了含C<1%，Cr 15%—40%，Ni<20%的奥氏体不锈钢。1929年，施特劳斯（B.Strauss）取得了低碳18-8（Cr-18%，Ni-8%）不锈钢的专利权。 为了解决18-8钢的敏化态晶间腐蚀，1931年德国的霍德鲁特（E.Houdreuot）发明了含Ti的18-8不锈钢（相当于现在的1Cr18Ni9Ti或AISI 321）。几乎与此同时，在法国的Unieux 实验室发现了奥氏体不锈钢中含有铁素体时，钢的耐晶间腐蚀性能会得到明显改善，从而开发了γ+α双相不锈钢。 1946年，美国的史密斯埃塔尔（R.Smithetal）研制了马氏体沉淀硬化型不锈钢17-4PH；随后既具有高强度又可进行冷加工成形的半奥氏体沉淀硬化不锈钢17-7PH和PH15-7Mo等相继问世。至少，不锈钢家族中的主要钢类，即马氏体、铁素体、奥氏体、α+γ双相以及沉淀硬化型等不锈钢*便基本齐全了，且一直延续到现在。当然，40-50年代，节Ni的Cr-Mn-N 和Cr-Mn-Ni-N不锈钢，超低碳（C≤0.03%）奥氏体不锈钢；60年代，γ:α近于1的α+γ双相不锈钢和C+N≤150ppm的高纯铁素体不锈钢以及马氏体时效不锈钢的出现，虽然也属于不锈钢领域内的重大进展，但是，这些新钢种本质上仍属于前述五大类不锈钢，仅仅是具体钢类中某些钢种的新发展。 不锈钢中，除C，Cr,Ni等元素外，根据不同用途对性能的要求，进一步用Mo,Cu,Si,N,Mn,Nb,Ti等元素合金化或进一步降低钢中的C,Si,Mn,S,P等元素，又研制出许多新钢种。例如，为解决氯化物的点蚀、缝隙腐蚀用的高纯、高铬钼铁素体不锈钢00Cr25Ni4Mo4，,00Cr29Mo4Ni2,00Cr30Mo2和高Mo含N的Cr-Ni双相不锈钢00Cr25Ni7Mo3N，00Cr25Ni7Mo3CuN等；为提高低碳、超低碳Cr-Ni奥氏体不锈钢的强度和耐蚀性而出现的控氮不锈钢；为提高Cr-Ni奥氏体不锈钢耐局部腐蚀性能并抑制钢中金属间相的析出而研制的高Cr，Mo且高氮量的超级奥氏体不锈钢，如00Cr25Ni20Mo6CuN，00Cr24Ni22Mo7Mn3CuN；为耐发烟硝酸以及耐浓硫酸（93%—98%）而发展的高硅（Si—6%）不锈钢。 此外还有一些专用不锈钢问世，例如核能级，硝酸级、尿素级、食品级不锈钢等等。据统计，世界范围内已纳入各种标准（包括厂标）的牌号已有百余种，而未纳标的非标准牌号就更多了。尽管如此，目前各工业先进国家大量生产和广泛应用的不锈钢牌号，仅限于马氏体、铁素体和奥氏体类的近十几个牌号。
热处理对马氏体不锈钢Fv520
热处理对马氏体不锈钢Fv520(B)组织及耐蚀性 能的影响 乔桂英肖福仁 摘要采用透射电镜、X-射线衍射仪和金相显微镜，研究了Fv520(B)马氏体时效硬化不锈钢，经过1 050 ℃固溶处理及1 050 ℃固溶处理+850 ℃调整处理，在430～650 ℃时效温度范围内显微组织变化及对耐蚀性能的影响。结果表明：该钢在470 ℃时效时，时效相开始析出，560 ℃时，时效相开始脱溶，该钢时效后，具有良好的抗晶间腐蚀能力。 关键词马氏体Fv520(B)不锈钢组织耐蚀性 Effect of Heat Treatment on Structure and Corrosion Resistance of Martensitic Stainless Steel Fv520(B) Qiao Guiying and Xiao Furen (Yanshan University, Qinhuangdao 066004) Abstract The structure and corrosion resistance of age hardened martensitic stainless steel Fv520(B) 1050°C solid- solution-treated, 850°C intermediate treated and 430～650°C aged have been studied using transmission electron microscope (TEM), x- ray diffractometer (XRD) and optical microscope (OM). The results showed that the aging phases in steel began precipitating at 470°C and separated out at 560°C, and the steel aged had excellent corrosion resistance. Materials Index Martensite, Stainless Steel Fv520(B), Structure , Corrosion Resistance 马氏体时效硬化不锈钢Fv520(B)一般采用固溶处理、中间调整处理、时效处理工艺(以下称两步工艺)；中间调整处理的目的是析出一定量的碳化物，提高Ms点，减少残余奥氏体量，但Fv520(B)钢的Ms点为150 ℃左右，固溶处理后，残余奥氏体量一般小于10%，在一般使用条件下再降低Ms点意义不大。可否采用固溶加时效(以下称一步工艺)代替两步工艺值得研究。本文对Fv520(B)马氏体时效硬化不锈钢的两种处理工艺下的时效组织及其对腐蚀性能的影响进行了研究。
马氏体时效钢的特性与应用3j33
马氏体时效钢的特性与应用 18%Ni马氏体时效钢属于铁基合金，具有极高的强度同时而又不失好的延展性。铁的基体与以高含量镍为主进行合金化，获得非常特殊的热处理材料。同时也加入其它合金元素如钼、铝、铜和钛，这些元素形成金属间析出物。钴也添加到合金中去，加入量最多达到12%，用于加速析出反应并保证获得大量、均匀的析出物。马氏体时效钢本质上说是不含碳的，这是区别该钢与大多数其他类型钢种最明显的特征。 马氏体时效钢性能特点为： ——室温下具有超高强度 ——简单热处理，保证最小的热处理变形 ——与处于同一强度水平的淬火钢相比具有优异的疲劳韧性 ——低碳含量，从而消除脱碳问题 ——截面尺寸是硬化过程中一个重要的影响因素 ——易于加工 ——好的焊接性能 ——具有高强度与高韧性 ——易切削加工，低的加工变形量 ——热处理过程中收缩均匀稳定 ——易渗氮 ——具有好的抗腐蚀与裂纹扩展能力 ——抛光光洁度高 这些特性说明马氏体时效钢能被用作轴，长而细的渗碳或渗氮部件以及冲击疲劳环境下工作的零件，如打印头或离合器等。 马氏体时效钢的回火处理 回火作为一种热处理工艺从中世纪时代就开始应用，用于淬火马氏体合金的处理。而目前回火工艺仅用于对钢进行处理，因为钢占所有马氏体硬化合金中的绝大多数。 马氏体时效钢是不含碳的Fe-Ni合金，并添加了钴、钼、钛与其它一些元素。典型的钢种如铁基中含17%～19% Ni，7%～9% Co，4.5%～5% Mo和0.6%～0.9% Ti。这类合金经淬火成马氏体，然后在480～500℃回火。在回火过程中，由于合金元素在马氏体中过饱和，从而从马氏体中沉淀析出形成金属间析出物，导致强的沉淀强化效果。根据铝、铜以及其它非铁合金的沉淀强化类推，可将该工艺过程称作时效处理。并且由于最初的组织为马氏体，因此该类钢被称作马氏体时效钢。 商业化马氏体时效钢在最大的硬化处理阶段，组织中可含有部分中间过渡亚温相Ni3Mo与Ni3Ti的共生析出物。Ni3Ti相类似于碳钢中的六边形ε-碳化物。在马氏体时效钢中，这些中间过渡金属间析出物颗粒由于在位错处析出，因而分布极其弥散，这一组织特点具有特别的实际应用价值。 马氏体时效钢的组织具有高密度位错，在板条（非孪生）马氏体中，位错密度达到1011～1012/cm2数量级，也就是与强应变硬化金属处于同一范围。在这方面，马氏体时效钢（硬化态）的亚结构明显不同于铝、铜和其它合金，它们在淬火时不会出现多态性变化。 假设马氏体时效钢在回火过程中，中间相的析出是由于合金元素的原子在位错线上的偏聚，则在位错上形成的产物可以作为合金元素在过饱和马氏体中的富集分层。 马氏体时效钢在马氏体转变过程中形成的位错结构，在随后的加热过程中保持非常稳定，实际上在回火温度范围内（480～500℃）未发生变化。在整个的回火过程中，出现如此高密度的位错，很可能在很大程度上是由于弥散分布的析出物钉扎住位错。 在高温（550℃甚至更高）条件下，长的回火时间可能会导致析出物粗化，并增大颗粒间距，而位错密度同时也在下降。在长的保温时间下，就不出现半共生的中间过渡金属间析出物，取而代之的是稳定相如Fe2Ni或Fe2Mo形成的粗大共生析出物。
高强度不锈钢
高合金超高强度钢 这类钢主要是从不锈钢发展起来的，合金元素总含量较高，一般在20%以上。分两种类型：沉淀硬化不锈钢和马氏体时效钢。 2.4.1 沉淀硬化不锈钢 这类钢是在18-8型铬镍不锈钢和Cr13型马氏体不锈钢的基础上发展起来的马氏体超高强度钢和奥氏体一马氏体型沉淀硬化超高强度钢。钢的含碳量较低，而合金元素含量较高，一般为22%～25%。钢在热处理过程中，通过400～500℃时效处理而产生沉淀强化，获得弥散析出的碳化物及金属间化合物，同时仍保持不锈钢良好的耐蚀性和抗氧化性，具有优良的焊接性能和压力加工性能。这类材料对冶金质量要求严格，化学成分对性能影响很敏感。主要用于飞机中薄件结构，承受中温载荷的构件，燃烧箱等，也可用于制造不锈弹簧、高压容器或火箭发动机外壳等。 1. 半奥氏体型沉淀硬化不锈钢 这类钢又称奥氏体—马氏体沉淀硬化不锈钢，钢的Ms点较低。1Cr17Ni7Al(相当于国外的17-7PH钢)是典型的钢种，这类钢在高温固溶处理后冷却到室温时为奥氏体，有较好的塑性，适于加工成型。经过调整处理和冷处理，或经过冷加工变形，可转变为马氏体组织，获得较高的强度和耐蚀性。它经510℃左右的时效处理，析出弥散分布的碳化物和Ni3Al 等金属间化合物而提高强度。由于钢中含铬量大于12%，而抗大气腐蚀性良好。 1Cr12Mn5Ni4Mo3Al钢，是我国研制的一种节镍型的半奥氏体型沉淀硬化不锈钢，和同类的0Cr15Ni17Mo2Al相比，增加了钼代替部分铬，提高了中温强度。通过增加锰代替部分镍，经济性较好，效果亦较好。钢的机加工性能较好，冷成型性、焊接性和耐蚀性均较好。这类钢的缺点是热处理工艺较为复杂，冶炼时钢的化学成分要求较高。表10-27为沉淀硬化超高强度钢的室温力学性能。 2. 马氏体型沉淀硬化不锈钢 这类钢最早是从Cr13型马氏体不锈钢的基础上加入部分强化元素，使之能形成一系列金属间化合物而发展起来的沉淀硬化超高强度不锈钢。常用的有0Cr17Ni4Cu4Nb钢(相当于17-4PH)，主要通过马氏体转变产生强化作用外，并经时效析出弥散强化相来进一步发挥强化作用。17-4PH钢固溶处理后得到低碳马氏体，硬度HB340左右，经480℃时效后HB420。为了改善切削加工性能，约在620℃左右过时效处理，得到最大的软化，此时HB300左右。这种钢可焊性好，耐蚀性和高温抗氧化性能良好，对氢脆不敏感。由于合金含量高，价格较高。目前主要应用在火箭和导弹上作为蒙皮材料。17-4PH钢不同工艺处理后的力学性能见表10-28。 表10-27 沉淀硬化超高强度不锈钢的室温力学性能
不锈钢的力学性能
不锈钢的力学性能（一） 一、强度（抗拉强度、屈服强度） 不锈钢的强度由各种因素来确定，但最重要的和最基本的因素是其中添加的不同化学元素，主要是金属元素。不同类型的不锈钢由于其化学成分的差异，就有不同的强度特性。 （1）马氏体型不锈钢 马氏体型不锈钢与普通合金钢一样具有通过淬火实现硬化的特性，因此可通过选择牌号及热处理条件来得到较大范围的不同的力学性能。 马氏体型不锈钢从大的方面来区分，属于铁—铬—碳系不锈钢.进而可分为马氏体铬系不锈钢和马氏体铬镍系不锈钢。在马氏体铬系不锈钢中添加铬、碳和钼等元素时强度的变化趋势和在马氏体铬镍系不锈钢中添加镍的强度特性如下所述。 马氏体铬系不锈钢在淬火—回火条件下，增加铬的含量可使铁素体含量增加，因而会降低硬度和抗拉强度。低碳马氏体铬不锈钢在退火条件下，当铬含量增加时硬度有所提高，而延伸率略有下降。在铬含量一定的条件下，碳含量的增加使钢在淬火后的硬度也随之增加，而塑性降低。添加钼的主要目的是提高钢的强度、硬度及二次硬化效果。在进行低温淬火后，钼的添加效果十分明显。含量通常少于1%。 在马氏体铬镍系不锈钢中，含一定量的镍可降低钢中的δ铁素体含量，使钢得到最大硬度值。 马氏体型不锈钢的化学成分特征是，在0.1%----1.0%C，12%---27%Cr的不同成分组合基础上添加钼、钨、钒和铌等元素。由于组织结构为体心立方结构，因而在高温下强度急剧下降。而在600℃以下，高温强度在各类不锈钢中最高，蠕变强度也最高。 （2）铁素体型不锈钢 据研究结果，当铬含量小于25%时铁素体组织会抑制马氏体组织的形成，因而随铬含量的增加其强度下降；高于25%时由于合金的固溶强化作用，强度略有提高。钼含量的增加可使其更易获得铁素体组织，可促进α’相、σ相和χ相的析出，并经固溶强化后其强度提高。但同时也提高了缺口敏感性，从而使韧性降低。钼提高铁素体型不锈钢强度的作用大于铬的作用。 铁素体型不锈钢的化学成分特征是含11%—30%Cr，其中添加铌和钛。其高温强度在各类不锈钢中是最低的，但对热疲劳的抗力最强。 （3）奥氏体型不锈钢 奥氏体型不锈钢中增加碳的含量后，由于其固溶强化作用使强度得到提高。 奥氏体型不锈钢的化学成分特性是以铬、镍为基础添加钼、钨、铌和钛等元素。由于其组织为面心立方结构，因而在高温下有高的强度和蠕变强度。还由于线膨胀系数大，因而比铁素体型不锈钢热疲劳强度差。 （4）双相不锈钢 对铬含量约为25%的双相不锈钢的力学性能研究表明，在α+γ双相区内镍含量增加时γ相也增加。当钢中的铬含量为5%时，钢的屈服强度达到最高值；当镍含量为10%时，钢的强度达到最大值。 不锈钢的力学性能（二） 二、蠕变强度 由于外力的作用随时间的增加力发生变形的现象称之为蠕变。在一定温度下特别是在高温下、载荷越大则发生蠕变的速度越快；在一定载荷下，温度越高和时间越长则发生蠕变的可能性越大。与此相反，温度越低蠕变速度越慢，在低至一定温度时蠕变就不成问题了。这个最低温度依钢种而异，一般来说，纯铁在330℃左右，而不锈钢则因已采取各种措施进行了强化，所以该温度是550℃以上。 和其他钢一样，熔炼方式、脱氧方式、凝固方法、热处理和加工等对不锈钢的蠕变特性有很大的影响，据介绍，在美国进行的对18—8不锈钢进行的蠕变强度试验表明，取自同一钢锭同一部位的试料的蠕变断裂时间的标准偏差是平均值的约11%，而取自不同钢锭的上、中、下不同部位的试料的标准偏差与平均值相差则达到两倍之多。又据在德国进行的试验结果表明，在105h时间下0Cr18Ni11Nb 钢的强度为小于49MPa至118MPa，散差很大。 三、疲劳强度