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析出硬化不锈钢:从传统到现代

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:有很多年,人们认为只有在马氏体组织和铁素体组织中才可能得到析出物[1],然而第一个析出硬化钢出现后的10年,Linnert[3]注意到开发出来的两种析出硬化型奥氏体不锈钢。析出硬化型不锈钢的得名是由于其强度中一个重要部分来自于析出反应。Linnert[3]指出现在已淘汰的V2B铸钢具有铁素体-奥氏体双相组织,但这种组织在当今商业析出硬化型不锈钢中已不再使用。

析出硬化不锈钢:从传统到现代

Funk和Granger[1]把第一种商业用析出硬化不锈钢的开发归功于Smith等[2],美国钢铁公司把它市场化并称其为“不锈W”,它的成分(质量分数)大致为17%Cr、7%Ni和0.7%Ti,和当今所知的635(UNS S17600)不锈钢最接近。在这类钢中钛是形成析出硬化的合金元素。在不久以前发现铝、铜和铍也可以产生类似的效应[1]。含铍的钢V2B[名义成分(质量分数):19%Cr,10%Ni,3%Si,3%Mo,2%Cu,0.15%Be]只用于生产铸件,现在已完全不用了,这可能是出自铍对健康有害的考虑。

有很多年,人们认为只有在马氏体组织和铁素体组织中才可能得到析出物[1],然而第一个析出硬化钢出现后的10年,Linnert[3]注意到开发出来的两种析出硬化型奥氏体不锈钢。一种叫17-10P的钢,名义成分(质量分数)是17%Cr、10%Ni和0.25%P,由形成磷化物而得到析出硬化。然而由于凝固裂纹的问题被淘汰了。另一种是3311钢,名义成分是22%Cr、23%Ni、3.25%Al,但也被淘汰了。

析出硬化型(PH)不锈钢的得名是由于其强度中一个重要部分来自于析出反应。因为这些钢都含有在热处理时能形成细小析出物的元素,所以被分为一类。大部分钢的硬化也同时来自于马氏体。析出硬化不锈钢经常用后缀PH来标识,并可由钢的主导组织来分成亚类:马氏体、半奥氏体和奥氏体析出硬化型不锈钢。Linnert[3]指出现在已淘汰的V2B铸钢具有铁素体-奥氏体双相组织,但这种组织在当今商业析出硬化型不锈钢中已不再使用。

析出硬化型不锈钢可以达到很高的抗拉强度,某些级别钢可以超过1520MPa(220ksi),在进行了合适的热处理后,这些钢在得到高强度的同时还能具有好的延性和韧度。尽管奥氏体型PH钢可用于高达650℃(1200℉)或更高的温度,但典型的连续工作温度的上限大约是315℃(600℉)。大多数PH不锈钢的耐腐蚀性能可以达到奥氏体不锈钢304的水平,当要求耐腐蚀性时必须小心控制热处理条件,因为它影响这个性能。马氏体型PH钢普遍用于制造阀、齿轮、花键和轴等。半奥氏体型PH钢用于压力容器、飞机机架和外科手术器械等。奥氏体型PH钢则用于制造喷气发动机骨架、导弹部件和汽轮机叶片等,譬如空间飞船的发动机使用大量的奥氏体PH钢A-286,也叫660钢。(www.xing528.com)

尽管PH型不锈钢具有高强度和高耐蚀性的综合性能,但其使用还是不如其他类型的不锈钢普遍。很多马氏体型和半奥氏体型钢用于空间工业和国防工业。例如在自导式火箭上用于驱动机翼、机舵和其他导向系统的高压气瓶(工作瓶)就由PH型不锈钢制造。核潜艇上的导弹发射管也由PH钢(常用17-4PH)制造。PH钢具有的高比强度和耐腐蚀性的综合性能,能满足这些部件的要求。

由于许多PH钢是由马氏体和析出反应来强化的,因而制造时就比其他不锈钢困难,而要求特殊的热处理,譬如某些钢要求焊后热处理前进行深冷,以保证残留奥氏体全部相变。又由于这类钢用量少,加工过程复杂,一般要比其他类型不锈钢应用成本高。它们最常用于那些高强结构钢满足不了的,要求耐腐蚀性的地方。

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