馬氏體不銹鋼是根據(jù)使用需求不斷發(fā)展和完善起來(lái)的，以滿足不同條件對(duì)材料在耐蝕性能、力學(xué)性能及其他性能方面的要求。從現(xiàn)在常用的和近些年發(fā)展起來(lái)的馬氏體不銹鋼來(lái)看，可以大致將其分為四種類型，即Cr13型馬氏體不銹鋼、1Cr17Ni2馬氏體不銹鋼、高碳－高鉻馬氏體不銹鋼、低碳－鎳－鉻強(qiáng)韌馬氏體不銹鋼。
一、Cr13型馬氏體不銹鋼
Cr13型馬氏體不銹鋼是指含鉻量在13%左右，含碳較低（一般含C≤0.45%)的不銹鋼。也包括為改善某些性能另加一些其他合金元素而發(fā)展起來(lái)的馬氏體不銹鋼。
這類不銹鋼依含碳量不同或鎳、鉬合金元素添加量的不同，又各自具有一些特點(diǎn)和用途。
1. 基本Cr13型馬氏體不銹鋼
基本Cr13型馬氏體不銹鋼是指含C≤0.45%,只含13%左右鉻，不含其他添加元素的鋼，代表性的牌號(hào)有鍛軋材的1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13及鑄材ZG1Cr13、ZG2Cr13等。其中，1Cr13、ZG1G13等較低含碳量的鋼，在淬火和淬火再回火后，組織中會(huì)含有少量的8鐵素體，因此，也有把它們列入鐵素體－馬氏體不銹鋼的，根據(jù)本書(shū)的不銹鋼的分類原則，仍列人馬氏體不銹鋼系列。在這類鋼中，含鉻量基本相同，在13%左右，主要成分差別是碳的含量。由于碳含量的差別，使鋼熱處理后在組織上有差別，反映在耐腐蝕性能和力學(xué)性能上也有一定的差別。
a. 耐腐蝕性
Cr13型不銹鋼中含有保證耐腐蝕性的基本含鉻量，具有一定的耐腐蝕性能，不同含碳量的Cr13型不銹鋼在耐腐蝕性上顯示出差別，含碳量低的耐腐蝕性優(yōu)于含碳量高的鋼號(hào)，見(jiàn)圖4-1。
含碳量高的Cr13型鋼耐腐蝕性差的原因是隨著含碳量的增加，形成的含鉻碳化物會(huì)增加，這不僅會(huì)降低鋼基體中的含鉻濃度，還會(huì)使析出的含鉻碳化物周?chē)纬傻呢氥t區(qū)更多，從而降低了鋼的耐腐蝕性能。所以，一般選材時(shí)，在保證力學(xué)性能的使用要求前提下，為保證有好的耐腐蝕性，盡量選用含碳低的鋼號(hào)。
Cr13型不銹鋼的耐腐蝕性還與熱處理狀態(tài)有關(guān)。見(jiàn)圖4-2
Cr13型不銹鋼退火狀態(tài)的耐腐蝕性比淬火狀態(tài)低的原因是因?yàn)樵谕嘶馉顟B(tài)下，鋼中的碳可以更充分地形成含鉻碳化物，從而降低了基體中的含鉻量和在碳化物周?chē)纬筛嘭氥t區(qū)的結(jié)果。所以，為充分發(fā)揮Cr13型不銹鋼的耐腐蝕性能和力學(xué)性能，最好在淬火回火后使用。
b. 力學(xué)性能
Cr13型馬氏體不銹鋼的力學(xué)性能主要是碳的作用和影響。見(jiàn)圖1-5。當(dāng)碳較低，如含碳≤0.15%時(shí)，淬火組織中會(huì)含有一定量的8鐵素體，回火后的組織中仍存在這種組織，使鋼的力學(xué)性能偏低，含碳量＞0.15%~0.45%時(shí)，淬火后一般不會(huì)存在8鐵素體，并且，隨著含碳量的增加，淬火馬氏體鋼中的固溶含碳量也增加，從而使淬火回火后的鋼的硬度和強(qiáng)度提高，塑性和韌性下降。特別是鉻的存在使共析點(diǎn)左移，即共析碳量降低，當(dāng)含鉻達(dá)12%左右時(shí)，含碳量在0.4%左右的鋼已屬過(guò)共析鋼。見(jiàn)圖4-3。
這時(shí)，熱處理后的鋼組織中還會(huì)有殘余碳化物，從而會(huì)進(jìn)一步提高鋼的硬度和強(qiáng)度，降低塑性和韌性。不同含碳量的Cr13型馬氏體不銹鋼淬火并經(jīng)650~660℃回火后的性能對(duì)比見(jiàn)表4-1。
c. Cr13型馬氏體不銹鋼的應(yīng)用
①. 1Cr13鋼具有較高的韌性和冷變形性，在常溫的弱腐蝕介質(zhì)中，如鹽水溶液、濃度不高的有機(jī)酸等溶液中，有良好的耐腐蝕性能，在淡水、水蒸氣、潮濕大氣中有足夠的耐腐蝕性能。鍛軋材、鑄材經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后所具有的強(qiáng)度、塑性、韌性配合較好。適用于制造有中等強(qiáng)度、較高韌性要求的承受沖擊載荷的零部件。
②. 2Cr13鋼的含碳量高于1Cr13.所以，可得到的硬度和強(qiáng)度也較高，韌性略低，耐腐蝕性也不如1Cr13.所以，可用于制造有較高強(qiáng)度要求，承受較高應(yīng)力和一定耐腐蝕性能要求的零部件。
③. 3Cr13鋼相對(duì)于1Cr13和2Cr13可有更高的硬度和強(qiáng)度、更好的淬透性能，但耐腐蝕性更低一些，所以，可用其制造對(duì)耐腐蝕性要求不高，而要求較高硬度、強(qiáng)度和一定耐磨性能的零部件和易磨損件。
④. 4Cr13鋼由于熱處理后有很高的硬度、強(qiáng)度，但耐腐蝕性則較低；所以，可用于制造有高強(qiáng)度要求的、對(duì)耐腐蝕性要求不高的零部件和耐磨損件。
2. 易切削的Cr13型不銹鋼
不銹鋼的切削性能較差，為了改善切削加工性能，特別是為適應(yīng)要求表面較高光潔度的自動(dòng)機(jī)床加工生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件的需要，在某些牌號(hào)的不銹鋼中，采用提高磷、硫、錳等元素含量的做法。加硫后，由于硫化物的存在，使切屑易斷開(kāi)，既可改善工件切削表面的光潔度，又可節(jié)省切削動(dòng)力。
加硫的同時(shí)提高錳的含量，MnS在加工中可減小工件表面與刀具之間的摩擦，起到潤(rùn)滑作用，增加了切削刀具的使用壽命。加磷可以提高 α 鐵和 δ 鐵的硬度和強(qiáng)度，同樣起到易于即削的作用。
當(dāng)然，提高鋼中硫、磷含量后，對(duì)某些性能會(huì)稍有影響。
在我國(guó)的不銹鋼系列中，為提高切削性能而提高硫、磷、錳含量的易切削不銹鋼鋼牌號(hào)前加“Y”字頭，馬氏體易切削不銹鋼有Y1Gr-13、Y3Cr13等。此外，在奧化體不銹鋼和鐵素體不銹鋼中，也有易切削鋼號(hào)，如Y1Cr18Ni9、Y1Cr17等。
此外，我國(guó)還有加硒的易切削不銹鋼，如Y1Cr18Ni9Se.國(guó)外還有加鉛等元素的易切削不銹鋼。
3. 在Cr13型鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的馬氏體不銹鋼
這里是指含鉻量仍控制在13%左右，為提高某些性能另外有目的的添加一些合金元素而構(gòu)成的馬氏體不銹鋼。
a. 高硫馬氏體不銹鋼
馬氏體不銹鋼中提高硫、錳含量，除改善切削加工性能的目的外，還有的在1Cr13不銹鋼基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高錳含量（上限含量達(dá)1.5%)、硫含量（0.23%~0.32%),用做摩擦副材料。
經(jīng)研究可知，由硫、錳形成的較多含量的MnS以紡錘狀或點(diǎn)狀分布于材料表面，當(dāng)以這種材料制成的零件與另一種馬氏體不銹鋼制成的零件組成摩擦副高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，較軟的MnS會(huì)改變兩零件接觸應(yīng)力的分布狀態(tài)，減小接觸應(yīng)力集中，較好地改善了兩零件之間的摩擦狀況，減小磨損，提高抗咬合能力。這種材料一般作為摩擦副的高硬度件，通過(guò)熱處理調(diào)質(zhì)后保證硬度在325~375HB之間。
b. 加鉬的Cr13型馬氏體不銹鋼
在Cr13型馬氏體不銹鋼中，有的有意地添加一定含量的鉬，一般不大于1%.應(yīng)用于工程上的含鉬的Cr13型不銹鋼牌號(hào)有1Cr13Mo、3Cr13Mo、4Cr13Mo等。
加鉬的Cr13型不銹鋼與同樣含碳、鉻量的不加鉬不銹鋼相比，除有更好的耐腐蝕性能外，還由于鉬是較強(qiáng)的碳化物形成元素，含鉬的碳化物加熱時(shí)不易溶解，從而使鋼保持細(xì)晶粒，在回火時(shí)，可提高抗回火穩(wěn)定性，與不含鉬馬氏體不銹鋼相比，在要求相同的硬度和強(qiáng)度時(shí)，可提高回火溫度，使其有更好一些的性和韌性。鉬還可降低Cr13型不銹鋼的回火脆性傾向。
含鉬的Cr13型不銹鋼可以用來(lái)制作對(duì)強(qiáng)韌性有更高要求的結(jié)構(gòu)件。
c. 加鎳的Cr13型馬氏體不銹鋼。
目前，將含C≤0.25%的C-13型不銹鋼中加入0.5%~1.0%的鎳用于復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)已被廣泛應(yīng)用，如ZG1Cr13Ni、ZG2Cr13Ni等。
因?yàn)椴缓嚨蔫T造Cr13型不銹鋼中，易存在8鐵素體，特別當(dāng)其沿晶界分布時(shí)，對(duì)韌性極為不利，對(duì)于形狀復(fù)雜的鑄造零件，極易產(chǎn)生鑄造裂紋和熱處理裂紋。當(dāng)加入0.5%~1.0%的鎳元素后，這種情況將得到改善，在保證強(qiáng)度的條件下，塑韌性提高，并改善焊接性能。加鎳的Cr13型不銹鋼可用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜的鑄件，在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用。
d. 低碳高鎳的Cr13型強(qiáng)韌馬氏體不銹鋼。
這也是在Cr13型不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的型馬氏體不銹鋼。
低碳是指含碳量不大于0.07%,高鎳指含鎳量在4%~7%,另外加一定量的鉬元素。這種合金成分的配合使得鋼在熱處理后獲得的組織具有新的特點(diǎn)，也具有更優(yōu)良的性能。
由于較低的含碳量（≤0.07%),淬火后可獲得板條狀馬氏體，這種馬氏體具有以位錯(cuò)型結(jié)構(gòu)為主的亞結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)使零件承受外力時(shí)，有緩和應(yīng)力集中作用，延緩裂紋的形核，提高材料的韌性。
4%~7%的鎳含量對(duì)改善組織和性能也發(fā)揮出重要的作用。鎳元素的加入首先對(duì)相變點(diǎn)產(chǎn)生影響，有資料介紹，每加入1%鎳，Ac1點(diǎn)大約下降30℃,Ms點(diǎn)下降17~30℃,所以，這種鋼的Ac1點(diǎn)可下降至560~630℃,Ac3可下降至800~820℃,鎳含量超過(guò)5%時(shí)，Mf點(diǎn)可下降至室溫以下。鋼經(jīng)淬火和高溫回火后的組織為具有板條狀馬氏體位向的索氏體并含有一定量的誘導(dǎo)類氏體，這種組織保證了鋼有較高強(qiáng)度的同時(shí)具有良好的韌性。鎳加入還增加了鋼中奧氏體的穩(wěn)定性，保證鋼在較緩慢的冷卻條件下仍可獲得足夠量的馬氏體，明顯增加了鋼的淬透性，使大截面的鑄件也能獲得良好的淬火效果。
鉬元素的加入量雖不多，但其與較高含量鎳的配合作用，延緩了鋼的奧氏體分解過(guò)程，使鋼在加熱時(shí)能保證細(xì)晶粒。含鉬碳化物的存在又提高了鋼的抗回火穩(wěn)定性，使鋼在回火后，獲得較好韌性的同時(shí)保持較高的強(qiáng)度。
這種含鎳、鉬的低碳Cr13型馬氏體不銹鋼以其較高的強(qiáng)韌性為特點(diǎn)。在工程上獲得了廣泛的應(yīng)用。鍛件可用來(lái)制造重要的工程結(jié)構(gòu)件，鑄件用于制造泵輪，水輪機(jī)葉片等，如0Cr13Ni4Mo、0Cr13Ni6Mo、ZG0Cr13Ni4MoRE、ZG0Cr13Ni6MoRE等。
二、1Cr17Ni2馬氏體不銹鋼
1Cr17Ni2是馬氏體不銹鋼中較特殊的一種。1Cr17Ni2馬氏體不銹鋼是在含鉻17%左右的鐵素體不銹鋼基礎(chǔ)上，加入2%左右的鎳元素形成的。當(dāng)碳、鎳成分比例變化時(shí)，這種鋼的淬火組織中會(huì)含有一定量的δ鐵素體，在鑄態(tài)下更明顯一些，因此，有的書(shū)中也把它稱馬氏體－鐵素體不銹鋼。
由于含有17%左右的鉻，使其具有較高的耐腐蝕性。又因含有2%左右的鎳，擴(kuò)大了相圖中的γ相區(qū)，使鋼在加熱和冷卻過(guò)程中發(fā)生α≤γ轉(zhuǎn)變，見(jiàn)圖4-4,所以，可以通過(guò)熱處理方法調(diào)整組織和機(jī)械性能，可獲得與Cr13型馬氏體不銹鋼相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能。
1Cr17Ni2馬氏體不銹鋼成分中，碳、鉻的變化對(duì)組織中δ鐵素體量的影響較大，從而對(duì)力學(xué)性能，尤其是沖擊韌性影響較大，所以，實(shí)際使用中，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用條件和對(duì)其各方面的要求，合理控制調(diào)整成分。此外，該鋼熱處理?xiàng)l件對(duì)組織和性能也有較明顯的影響。
在我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)1Cr17Ni2只規(guī)定了較低回火溫度下的高強(qiáng)度、較低韌性的指標(biāo)，見(jiàn)表4-3,又因成分波動(dòng)，熱處理?xiàng)l件對(duì)性能影響較明顯，使其在實(shí)際應(yīng)用上受到限制。
試驗(yàn)研究和經(jīng)驗(yàn)證明，嚴(yán)格、合理地控制成分比例含量，采用正確的熱處理制度，該材料也可以獲得滿意的強(qiáng)韌性配合，同時(shí)又具有比Cr13型不銹鋼更好的耐腐蝕性能，可以獲得更廣泛的應(yīng)用。
1Cr17Ni2馬氏體不銹鋼可以在鍛態(tài)、軋態(tài)和鑄態(tài)下使用。
三、高碳高鉻馬氏體不銹鋼
高碳高鉻馬氏體不銹鋼是指含碳超過(guò)0.7%以上，含鉻量在16%~19%的馬氏體不銹鋼。有的還加入鉬、釩等合金元素。
由于較高的含鉻量，使共析點(diǎn)S左移，當(dāng)含鉻在18%左右時(shí)，共析含碳量在0.3%左右，見(jiàn)圖4-5。可見(jiàn)，高碳高鉻馬氏體不銹鋼已屬于過(guò)共析鋼。加熱奧氏體化后，組織中仍會(huì)保留一定量的過(guò)剩的含鉻碳化物。經(jīng)過(guò)淬火回火后，這些碳化物會(huì)保留下來(lái)。這類鋼常在淬火后再低溫回火處理的狀態(tài)下使用，組織為回火馬氏體和合金碳化物，具有很高的硬度。
這類鋼常用來(lái)制造刀具、手術(shù)器械、軸承等。如9Cr18、9Cr18MoV等。
我國(guó)常見(jiàn)馬氏體不銹鋼化學(xué)成分見(jiàn) 圖4-5、表4-2,熱處理制度及力學(xué)性能見(jiàn)表4-3。
