沉淀硬化型不锈钢的性能
15-5PH 沉淀硬化不锈钢磁粉检测磁痕分析
15-5PH 沉淀硬化不锈钢磁粉检测磁痕分析摘要：随着航空工业的快速发展，新型材料得到了成功的开发，沉淀硬化不锈钢以其高强度、耐腐蚀性、抗氧化性和可焊性被广泛应用于飞机重要轴承部件。
15-5ph钢在时效过程中除强化马氏体组织外，还析出碳化物和金属间化合物，强度高，综合力学性能好，具有良好的耐腐蚀性和焊接性能。
适用于制造飞机发动机燃烧室壳体、锥形梁安装侧水平尾翼侧肋环等重要承重部件。
淬火态组织为马氏体和奥氏体。
15-5ph沉淀硬化不锈钢磁粉检测中发现异常磁迹，磁迹形态不同(主要为线状、长条状或片状)。
这些磁道严重影响了磁粉检测的评价。
目前，在对析出硬化不锈钢的磁粉检测中，主要发现裂纹、夹杂等金相缺陷，而对15-5ph钢的磁异常痕迹分析及磁粉检测评价方面还没有研究。
关键词：沉淀硬化不锈钢；磁粉检测；铁素体；微观组织；纯洁度航空马氏体析出硬化不锈钢在磁粉检测中的条、片、长直线磁迹。
分析了不同磁标志的特征和微观结构，确定了磁标志的性能。
结合不同热处理条件下的磁性能分析，建立了磁粉纯度检测的工艺流程和磁标志的鉴别方法。
研究发现，在磁粉检测过程中，沉淀硬化不锈钢的磁迹主要是由铁素体和组织的不均匀性引起的。
研究结论为航空制造过程中磁性痕量的测定提供了依据，并制定了航空制造过程中析出硬化不锈钢磁性颗粒检测标准，以保证磁性颗粒检测的顺利进行。
一、概述15-5PH钢具有高强度、好的横向韧性,热处理工艺简单,变形小,使用性能、工艺性能兼备等特点,已在飞机、舰船、导弹壳体等关键部件上得到广泛的应用。
随着航空技术的飞速发展,钢在飞机上所使用的比重逐渐降低,因此需要高强度的钢材来实现飞行件结构上的减重,近年来,一些(超)高强度钢种的国产化进程进入了空前的快速发展阶段,特别是沉淀硬化不锈钢。
二、实验材料与方法取样方法和磁粉检测方法按照AMS 2300标准执行。
对发现可疑磁痕显示的试样进行固溶和时效热处理后再进行磁粉检测来对比分析热处理前后的磁痕显示情况，同时利用金相试验确定组织结构形貌，确定磁痕形成的原因。
ASTM A693-1993沉淀硬化不锈钢和耐热钢厚板、薄板和钢带
ASTM A693-1993沉淀硬化不锈钢和耐热钢厚板、薄板和钢带创建时间：2008-12-29ASTM A693-1993 沉淀硬化不锈钢和耐热钢厚板、薄板和钢带沉淀硬化不锈钢和耐热钢厚板、薄板和钢带的力学性能是通过一般称作“沉淀硬化”的适当的低温热处理来得到。
这些钢用作要求耐腐蚀和在室温或在达315℃高温具有高强度的零件。
其中有些钢特别适于在固溶热处理状态进行中等的至严厉的拉拔和成形。
其他一些钢仅能进行轻度成形。
这些钢适于在固溶退火状态进行机加工。
在同溶退火后，这些钢可以被硬化到标准规定的力学性能。
而没有破裂或变形的危险。
制造方法钢应按下列种方法冶炼：a) 电炉(带有独立的脱气和精炼装置)；b) 真空炉；c) 电炉或真空炉冶炼，随后在真空中或惰性气体中自耗重熔，或电渣重熔，或进行电子束精炼；d) 供需双方协商同意的其他常用的冶炼方法。
牌号和化学成分钢的牌号和化学成分见表1。
表1 牌号和化学成分1)1) 除非对范围另有说明或规定外，该成分界限为最大百分数值。
2) 按ASTME527和SAEJ1086方法规定的新代号。
3) Cb和Nb代表同一元素铌。
4) Nb+Ta为0.15%-0.45%。
5) 氮为0.07%-0.13%。
6) Nb+Ta为0.10%-0.50%。
7) 氮为0.01%。
8) Nb不小于8倍含碳量。
产品热处理除非需方在订货单中另有规定，产品应按表2规定的固溶退火状态供应。
表2 产品热处理1) 时间是指材料在该温度的时间。
2) 相等和较高的回火处理：774℃±25℃，保温不少于3h。
冷到室温，加热到579℃±15℃，保温不少于3h。
力学性能当试样按表2规定的沉淀硬化制度处理时，力学试样所代表的材料应符合表3规定的力学性能要求，并且能达到表4中的性能。
表3 固溶处理状态的力学性能1) 仅为固溶处理，相等和较高回火的厚板。
2) XM-25也提供下列性能(最低值)：抗拉强度895MPa，屈服强度620MPa，伸长率4%，25RC，256HB。
不锈钢材料的分类
大家对于不锈钢十分熟悉，其中很多的厨房用具都使用304不锈钢制成。
但是除了304还有很多其他的型号和类别，它可以按组织状态分为奥氏体、铁素体、马氏体和沉淀硬化不锈钢这几种。
针对不同的型材这里为您详细介绍一下。
1、马氏体型不锈钢俗称420不锈钢，具有一定耐磨性及抗腐蚀性，硬度较高，其价格是不锈钢球中较低的一类，适用于对不锈钢普通要求的工作环境中。
标准马氏体钢材的改良，含有类如镍、钼、钒等的添加元素。
马氏体型不锈钢的耐腐蚀性来自“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。
2、铁素体型不锈钢俗称430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。
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。
3、奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢俗称304不锈钢，奥氏体不锈钢是指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系统。
一般属于耐蚀钢，是应用最广泛的一类钢，其中以18-8型不锈钢最有代表性，它是有较好的力学性能，便于进行机械加工、冲压和焊接。
主要有：321 、304 、304L 、306 、316L 、Mo2Ti。
4、双相不锈钢双相不锈钢指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需要达到30%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、Nb、Ti、N等合金元素。
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。
沉淀硬化不锈钢
沉淀硬化不锈钢沉淀硬化不锈钢(Crecipitation hardening stainless steel)在不锈钢化学成分的基础上添加不同类型、数量的强化元素，通过沉淀硬化过程析出不同类型和数量的碳化物、氮化物、碳氮化物和金属间化合物，既提高钢的强度又保持足够的韧性的一类高强度不锈钢，简称PH钢。
分类根据钢的组织可分为3类：(1)马氏体沉淀硬化不锈钢，以中国0Cr17Ni7TiAl和0Cr17Ni4Cu4Nb 为代表。
(2)半奥氏体沉淀硬化不锈钢，以0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al为代表。
(3)奥氏体沉淀硬化不锈钢，它实际上为铁基高温合金，以0Cr15Ni20Ti2M0.B、1Cr17Ni10P为代表。
设计要点(1)马氏体沉淀硬化不锈钢。
钢中碳含量一般≤0.1％，但≥0.05％，目的是既有好的焊接性、耐蚀性，又具有较好的强韧性；铬含量一般在16％～17％以保证足够的不锈性和耐蚀性；合适的镍、铬当量，以便钢中δ-铁素体的含量处于最低水平(一般≤5％)，以免损害横向性能和降低钢的强度。
各种合金元素的铁素体形成效果如下：0.1％N 0.1％C 1％Ni 1％Co 1％Cu-20 -18 -10 -6 -31％Mn 1％w 1％Si 1％Mo 1％Cr-1 +8 +8 +11 +151％V 1％Al+19 +38元素的配比应使马氏体相变开始温度(Ms点)在150℃以上马氏体相变基本完成温度，(Mf点)在50℃以上，下述经验公式可作计算Ms点时的参考：Ms={75(14.6-％Cr)+110(8.9-％Ni)+3000[0.068-％(C+N)]+60(1.33+％Mn+50(0.17-％Si)}，℃添加适量沉淀硬化元素如铜和钛等以便形成ε富铜相和NiTi相等进行强化。
(2)半奥氏体沉淀硬化不锈钢。
碳含量一般在0.1％左右，为改进铸造性能铸造钢的碳含量大于0.1％；他点的控制是本钢设计的关键，这类钢在固溶处理后为奥氏体组织，在此状态下进行加工、成形、焊接。
不锈钢中的沉淀硬化相
不锈钢中的沉淀硬化相东北特钢集团大连特殊钢丝有限公司徐效谦摘要：钢的种类繁多、性能迥异，但有一个共同点：都是在Fe中加入各种合金元素形成的固溶体。
不同合金元素加入钢中会形不同的沉淀硬化相，使钢具备了各种特定性能。
研究沉淀硬化相的类型、结构、形态、尺寸、分布、交互作用和演变规律，可为金属材材料工作者改进生产工艺，优化钢的性能，研发更理想的钢种提供有力的技术支撑。
因为不锈钢中所用的合金元素种类最多，含量较高，本文从分析不锈钢中的沉淀硬化相着手，研究沉淀硬化相的基本特性、析出过程和形态演变规律。
关锈词：碳化物、氮化物、硼化物、金属间化合物、沉淀硬化相。
沉淀硬化的机理是共格理论：在特定条件下，溶质原子在特定晶面上偏聚，形成薄层并与基体点阵共格，两种晶格相互协调，点阵间距差引发基体应变，产生硬化效果。
沉淀硬化在有些合金钢中又称为时效硬化或时效强化。
在特定温度区间进行沉淀硬化处理，析出沉淀硬化质点；温度继续升高，质点长大，共格应变随之增大，达到临界值时导致滑移和剪切应变，共格应力得到释放，硬化效果减小，称为过时效。
获得沉淀硬化相的基本条件是：钢中至少应含有一种在基体中溶解度可变，或可引发显微组织结构变化的合金元素，通过适当的热处理，使该元素以碳化物、氮化物或金属间化合物的形式析出，这些合金元素称为沉淀强化元素。
目前广泛应用的沉淀强化元素有：Al、Ti、Nb、V、Zr、Cu、W、Mo、Si、N、B等。
可能形成的沉淀硬化相分为两类：一类是Al、Ti、V、Nb、Zr、Cr、Mo、W的碳、氮、硼化合物；另一类是金属间化合物。
沉淀硬化不锈钢和超马氏体不锈钢的碳含量一般比较低，主要依靠析出金属间化合物来强化。
不锈钢全部为铁基合金，铁在加热和冷却过程会产生如下同素异型转变：A3=910℃A4=1390℃α-Fe γ-Fe δ-Fe钢中合金元素对α-Fe、γ-Fe和δ-Fe及多型转变温度A3、和A4均有重大影响，对于那些在γ-Fe 中有较大溶解度，并稳定γ-Fe的合金元素，称之为奥氏体形成元素；对于那些在α-Fe中有较大溶解度，并稳定α-Fe的合金元素，称之为铁素体形成元素。
沉淀硬化型不锈钢
沉淀硬化型不锈钢具有很好的成形性能和良好的焊接性，可作为超高强度的材料在核工业、航空和航天工业中应用。
按成分可分为Cr系（400系列）、Cr－Ni系（300系列）、Cr－Mn－Ni（200系列）、耐热铬合金钢（500系列）及析出硬化系（600系列）。
200系列：铬-锰-镍华业不锈钢201,202等：以锰代镍，耐腐蚀性比较差，国内广泛用作300系列的廉价替代品300系列：铬-镍奥氏体不锈钢301：延展性好，用于成型产品。
也可通过机械加工使其迅速硬化。
焊接性好。
抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。
302：耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。
303：通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。
304：通用型号；即18/8不锈钢。
产品如：耐蚀容器、餐具、家俱、栏杆、医疗器材。
标准成分是 18 % 铬加 8 % 镍。
为无磁性、无法借由热处理方法来改变其金相组织结构的不锈钢。
GB牌号为0Cr18Ni9。
304 L：与 304 相同特性，但低碳故更耐蚀、易热处理，但机械性较差适用焊接及不易热处理之产品。
304 N：与 304 相同特性，是一种含氮的不锈钢，加氮是为了提高钢的强度。
309：较之304有更好的耐温性，耐温高达980℃。
309 S：具多量铬、镍，故耐热、抗氧化性佳，产品如：热交换器、锅炉零组件、喷射引擎。
310：高温耐氧化性能优秀，最高使用温度1200℃。
316：继304之后，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业、钟表饰品、制药行业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。
由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。
SS316则通常用于核燃料回收装置。
18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。
316 L：低碳故更耐蚀、易热处理，产品如：化学加工设备、核能发电机、冷冻剂储糟。
321：除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外，其他性能类似304。
各类不锈钢性能差异
各类不锈钢性能差异型号301—延展性好，用于成型产品。
也可通过机械加工使其迅速硬化。
焊接性好。
抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。
型号302—耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。
型号303—通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。
型号304—通用型号；即18/8不锈钢。
GB牌号为0Cr18Ni9。
型号309—较之304有更好的耐温性。
型号316—继304之后，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。
由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。
SS316则通常用于核燃料回收装置。
18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。
[1]型号321—除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304。
400 系列—铁素体和马氏体不锈钢型号408—耐热性好，弱抗腐蚀性，11%的Cr，8%的Ni。
型号409—最廉价的型号（英美），通常用作汽车排气管，属铁素体不锈钢（铬钢）。
型号410—马氏体（高强度铬钢），耐磨性好，抗腐蚀性较差。
型号416—添加了硫改善了材料的加工性能。
型号420—“刃具级”马氏体钢，类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢。
也用于外科手术刀具，可以做的非常光亮。
型号430—铁素体不锈钢，装饰用，例如用于汽车饰品。
良好的成型性，但耐温性和抗腐蚀性要差。
型号440—高强度刃具钢，含碳稍高，经过适当的热处理后可以获得较高屈服强度，硬度可以达到58HRC，属于最硬的不锈钢之列。
最常见的应用例子就是“剃须刀片”。
常用型号有三种：440A、440B、440C，另外还有440F（易加工型）。
500 系列—耐热铬合金钢。
600 系列—马氏体沉淀硬化不锈钢。
型号630—最常用的沉淀硬化不锈钢型号，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。
301不锈钢带“硬度最软、抗拉、耐腐蚀”304DDQ不锈钢带。
上海宝新不锈钢材料有限公司采用国外先进生产线,生产多种规格不锈钢材。