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。
不锈钢的锻造
不锈钢的锻造不锈钢应用广泛，既是耐蚀材料，又可作耐热材料，还可以作低温材料及无磁材料。
大部分不锈钢都要经过锻造后使用。
不锈钢与一般碳钢相比有许多不同的特点：热导率低；锻造温度范围窄；过热敏感性强；高温下抗力大；塑性低等。
这些都给锻造生产带来了许多困难，不同类型的不锈钢锻造工艺也有差别。
一、奥氏体型不锈钢：指在铬的质量分数为18%不锈钢中加入镍、锰、氮等奥氏体形成元素而获得的钢种系列，其中18%Cr-8%Ni型是最基本的一类。
这类钢在室温和高温下始终保持奥氏体组织，无法热处理强化，通常在固溶状态下使用，具有最佳的塑性，韧性及良好的加工成形性，还具有良好的耐腐蚀及抗氧化性能，通过冷变形可以获得高的强度。
这类不锈钢应该注意的是经600～860℃敏化处理后存在晶间腐蚀倾向。
如加工处理和使用环境不当，还存在应力腐蚀及氢脆敏感性。
奥氏体不锈钢的锻造特点：奥氏体不锈钢在加热过程中无同素异晶转变，加热温度过高晶粒剧烈长大；此外，双相不锈钢中的α相也增多。
加热温度超过1200℃以后，数量增加较快。
因此，奥氏体不锈钢的始锻温度不应超过1200℃。
奥氏体不锈钢的终锻温度，都应高于敏化温度。
这类钢种终锻温度较低，变形抗力较大，在700～900℃区间缓冷会析出ζ相，锻造时容易开裂，终锻温度一般都取900℃。
奥氏体不锈钢若发生渗碳，便要引起形成碳化铬，使奥氏体晶界贫铬而降低其晶间抗腐蚀能力，因此这类钢加热时要避免与碳接触，不可采用还原性气氛；锻后应快速通过敏化温度，以免析出过剩相而降低耐腐性。
为提高抗腐蚀能力，使锻件在变形和冷却过程中析出的碳化物溶解到奥氏体中，应进行固溶处理。
锻造操作要求：1、不论是铸锭或锻轧坯料的表面缺陷，在加热前必须用剥皮或其它铲除方法清除干净，否则会在锻造过程中扩大，造成锻件报废。
2、锻造铸锭时，因铸造组织具有偏析及粗大的柱状晶和碳化物，开始时先以小变形量轻击，待塑性提高后再重击。
拔长时应沿轴向不停地翻转并送进坯料，避免在同一位置反复锤击。
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(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。
AMS 2759-3C 沉淀硬化型不锈钢与马氏体时效钢零件热处理(中文)
7． 拒收 参见 AMS 2759
8． 注意： 必须根据 8.1,8.2,8.3 和 AMS 2759
8．1 位于左边空白处的更改条（|）是为了方便用户定位技术更改的位置，不是编辑更改， 在本规范上一版已经做出。符号（R）在文件标题的左边，表示本规范完全修订版， 包括技术修订。更改条和（R）不用于原始版本，也不出现在不包含编辑更改的版本。
3．2．3 在温度低于 1300°F（704°C）：±10°F（±6°）使用的炉子。
3．3 气氛
气氛必须进行控制，以使正在热处理的零件不受污染。炉子正在使用气氛来热处理 其他种类的钢，可能该气氛会污染沉淀硬化或马氏体时效钢零件，诸如：吸热、放 热、含碳的氮基。气氛必须清除循环使用，并且必须测试以确保零件的表面不受污 染而低于 3.5.3 规定的限制。能破坏或污染金属的材料不能接触零件。 盐浴的成份和维护必须防止零件的污染，盐浴必须根据 AMS2759 进行实验，在空气 中进行热处理必须是自然的马弗炉气氛。
1．1 应用：
本规范适用于由表 1 所列的钢制造的零件
表 1——钢种列表
15-5 PH 17-4 PH 17-7 PH
PH 13-8 Mo PH 14-8 Mo PH 15-7 Mo
A-286 普通型 450 AM-350 普通型 455 AM-355
马时体时效型 250 马时体时效型 300
以上牌号作为商标或商业标志并仅用于合金识别。
3．4．2
保温：在固溶热处理和奥氏体化状态期间，保温必须至所需的时间并且无中断。 加热必须根据 AMS 2759 所描述的进行控制，不管是热处理介质还是零件的温度， 作为适用的，应保持在表 3 的设置温度，保温时间表示在 2.3.4 或 6。当所有的 控制、指示、记录热电偶达到规定的设置温度，或使用的负载热电偶是由 AMS 2759 确定的，当零件热电偶在设置温度达到炉温均匀性的最小值，保温必须开始。
AMS 2759-3C 沉淀硬化型不锈钢与马氏体时效钢零件热处理(中文)
氮或氮氢混和物作为真空炉再充气淬火，在最高至 1925°F（1052°C）充许使用。 禁止使用从氨气中分离出来的氮气，对于无尺寸、无变色要求的零件，应避免使 用空气气氛和空气冷却。
3．3．2 保护涂层：当认定的工程组织批准后，充许使用补充涂层，以使完工机加表面的 氧化最小。
3．4 程序
3．4．1 酸洗：在随后的由铅、锌合金，或其它低熔温材料制成的模具成形前，零件必须 根据 ASTM A380 酸洗。
3．5．3．1 除非特别通知零件将全部机加，否则加热处理装置必须处理零件即使一些表 面没有后续的金属去除物，并且因此必须在受控的气氛中热处理至高于 1350
°F（730°C），该气氛必须符合表面污染要求，除非规定，受控的气氛对于仅 具有原材料表面零件不是必须的，除非零件是同薄板或条带制成。
3．5．3．2 专门用于热处理已去除污染的零件的炉子，不须试验。
表 2—碳化物固溶热处理时间
截面厚度
保温时间
毫米
小时，最小
<25
1
25-76（包括 25 和 76）
2
>76
3
3．4．6
校直： 当由认定的工程组织批准，校直必须或者是在环境温度，在时效期间，或 者是在加热至不高于 50°F（28°C）低于时效温度时完成。 在时效后，室温校直和热或暖校直必须随后进行应力释放。 充许校直后，在时效期间进行应力释放。
7． 拒收 参见 AMS 2759
8． 注意： 必须根据 8.1,8.2,8.3 和 AMS 2759
8．1 位于左边空白处的更改条（|）是为了方便用户定位技术更改的位置，不是编辑更改， 在本规范上一版已经做出。符号（R）在文件标题的左边，表示本规范完全修订版， 包括技术修订。更改条和（R）不用于原始版本，也不出现在不包含编辑更改的版本。
不锈钢的分类
不锈钢按照其组织结构分为奥氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢、双相不锈钢、马氏体型不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。
一、奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢是不锈钢中最重要的一类，其产量和用量占不锈钢总量的70%。
按照合金化方式，奥氏体型不锈钢可分为铬镍钢和铁铬锰钢两大类。
前者以镍为奥氏体化元素，是奥氏体钢的主体；后者是以锰、氮代替昂贵的镍的节镍钢种。
总体讲，奥氏体钢耐蚀性好，有良好的综合力学性能和工艺性能，但强度、硬度偏低。
二、铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢含铬11%-30%，基本不含镍，是节镍钢种，在使用状态下组织结构以铁素体为主。
铁素体型不锈钢强度较高，而冷加工硬化倾向较低，耐氯化物应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀性能优良，但是对晶间腐蚀敏感，低温韧性较差。
三、双相不锈钢一般认为，在奥氏体基体上存在15%以上的铁素体，或在铁素体基体上存在15%以上的奥氏体即可称其为奥氏体+铁素体双相不锈钢。
双相不锈钢兼有奥氏体钢和铁素体钢的优点。
四、马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢是一类可以用热处理的手段调整其性能的钢，其强度、硬度较高。
五、沉淀硬化型不锈钢沉淀硬化型不锈钢是通过热处理手段使钢中碳化物沉淀析出，从而达到提高强度目的的钢。
各类型不锈钢主要使用特性对比如表2-5-6所示。
我国不锈钢标准主要牌号的特点和用途如表2-5-7所示；日本JIS标准主要牌号的特点和用途如表2-5-8所示。
表2-5-6 不锈钢主要使用特性对比特性马氏体型不锈钢铁素体型不锈钢奥氏体型不锈钢双相不锈钢备注耐蚀性能耐大气腐蚀性能一般良好良好良好与合金因素有关耐酸性能一般良好良好良好与合金因素有关耐孔蚀、间隙腐蚀一般良好良好良好与合金因素有关耐应力腐蚀裂纹一般良好一般良好与合金因素有关耐热性能高温强度良好稍差良好稍差高温脆性高温氧化、硫化一般良好良好 —热疲劳一般良好一般 —加工性能焊接性能一般一般良好良好冷加工（深冲）稍差良好良好稍差冷加工（胀形）稍差一般良好稍差切削性能一般一般一般一般强度室温强度良好一般一般良好低温强度、韧性稍差差良好差疲劳、切口敏感性一般一般良好一般其他非磁性能差差良好差电热性能良好一般 —表2-5-7我国不锈钢主要牌号的特点和用途类型牌号特点和用途奥氏体型1Cr17Mn6Ni5N 节Ni钢种，代替牌号1Cr17Ni7，冷加工后具有磁性。
沉淀硬化不锈钢的热处理工艺规程
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沉淀硬化不锈钢旳热处理工艺规程
编号ITEM
版次ED
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A
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根据according to:BAC5619（H）
说
明
controls shall be set between1025°Fto1075°F）, if the process temperature range is equal to the certified
equipment tolerance range, set the control at the mid-point of the required process range.
设备
EQUIPMENT
操作说明OPERATION DESCRIPTION
备注
REMARK
成分COMPOSITION
温度TEMP
时间TIME
其它要求
OTHER REQUIREMENT
shall be cleaned in accordance with BAC5625 prior toprecipitationhardening.
Parts that are contaminated with low melting point metals (e.g. lead, tin, bismuth, zinc, wood’s metal etc.)
CEC维表21-2
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沉淀硬化不锈钢的热处理工艺
沉淀硬化不锈钢的热处理工艺1. 什么是沉淀硬化不锈钢？嘿，大家好，今天咱们聊聊沉淀硬化不锈钢，听起来是不是有点高大上？其实呢，它就是一种通过特殊热处理工艺，让不锈钢的性能变得更好、更坚固的材料。
大家想象一下，一块平常的不锈钢，就像一块普通的豆腐，软软的，但经过沉淀硬化处理后，它就变成了块儿坚硬的石头，简直就是“豆腐变金刚”！这玩意儿可在航天、军工等领域大显身手，真是非同小可。
1.1 沉淀硬化的原理那么，沉淀硬化到底是咋回事呢？简单来说，就是通过加热和冷却的方式，让不锈钢内部的合金元素析出，形成一种强大的微观结构。
这个过程就像一场“变魔术”，把一些不易察觉的小粒子组合起来，让它们变得更加牢固。
想象一下，你把一堆小石子拼在一起，最后变成了坚固的石墙，毫无破绽！这个原理就是利用了材料中的析出相，增强了它的抗拉强度和耐腐蚀性能。
1.2 沉淀硬化的特点这种不锈钢还有个好处，就是它的硬度高、耐磨性强，虽然造价略高，但用久了，绝对是物超所值。
更重要的是，它在高温和腐蚀环境中也能保持很好的性能，真是个万金油的材料。
说到这儿，有点想给它打个广告了：“沉淀硬化不锈钢，耐磨又耐腐，简直就是钢铁侠的选择！”哈哈，开个玩笑，其实它真的是很多工业应用中的“超级英雄”呢。
2. 热处理工艺的步骤好了，咱们接下来聊聊沉淀硬化不锈钢的热处理工艺，听起来复杂，但其实就是几个简单的步骤，来吧，跟着我一起看看吧！2.1 预热阶段首先，得把不锈钢先预热，这一步就像给小朋友穿衣服，慢慢来，别急。
通常情况下，预热的温度在600℃到800℃之间，目的是为了让钢材的内部应力释放，避免后面热处理的时候出现裂纹。
这一环节可得小心翼翼，毕竟谁也不想让自己的“不锈钢宝宝”受伤，对吧？2.2 主热处理接下来就是主热处理了，也就是让不锈钢真正“升华”的时候。
这个过程一般在1000℃到1100℃之间进行，加热一段时间后，再迅速冷却。
这个冷却过程就像是过山车，快得让人心跳加速，既刺激又紧张！冷却的方式可以选择水冷、油冷，或者气冷，具体看需求和材料的性质而定。
不锈钢可分为哪几类
不锈钢可分为哪几类
一般来说，不锈钢按组织分类的话可分为四个类，分别是奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和PH不锈钢，这里说的PH不锈钢就是我们常说的沉淀硬化型不锈钢。
我们常说的304、416这些牌号都是美国的不锈钢的牌号，304属于奥氏体不锈钢，也就是说304不锈钢在常温下具有奥氏体组织。
奥氏体不锈钢没有磁性而且有较高的韧性和可塑性，但强度是比较低的，只能通过冷加工对其进行强化，通过相变使之强化是没有作用的。
奥氏体不锈钢良好、全面的综合性能，在各行业中都得到了非常广泛的应用。
例如家庭用品、餐具、厨具、热水器、浴缸，室内管线、汽车的风挡雨刷、消声器，医疗器具，建材，化工业，农业，船舶部件等。
而416是属于马氏体不锈钢，它是一类可硬化的不锈钢，即通过热处理就可以调整它的力学性能。
不同温度能使这一类不锈钢具有不同强韧性，416不锈钢在蒸汽轮机叶片、餐具、专业器械等方面也得到了广泛的应用。
不锈钢真的不会生锈吗？其实在一般情况下同时含有镍、铬两种成分，并且达到一定含量的不锈钢是不容易生锈的，或者含铬量超过12%的铬不锈钢也不容易生锈。
在任何条件下都不生锈的不锈钢是不存在的，只有应用得当才不会生锈，也就是说不同的环境对不锈钢的认知也是有所影响的。
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。