1Cr17Ni2(Cr17Ni2)馬氏體不銹鋼是在Cr17鐵素體不銹鋼基礎上,提高碳的含量并加入2%左右的鎳元素(通常含1.5%~2.5%鎳)發展起來的,具有較高的強度,并在氧化類酸、有機鹽水溶液中有良好的耐腐蝕性。1Cr17Ni2鋼可制成鍛件、軋件或鑄件使用。
因1Cr17Ni2鋼組織中常含有一定量的δ鐵素體,因此,有的資料中將其列入馬氏體-鐵素體不銹鋼。見圖4-37。
在我國的一些標準中,確定1Cr17Ni2不銹鋼的抗拉強度指標較高,相適應的回火溫度推薦為275~350℃范圍。這在某種程度上限制了材料的應用。為了滿足大型結構件較高塑韌性的需要,也開始了對其進行高溫回火效果的試驗研究和應用。
1Cr17Ni2不銹鋼熱處理后的組織中,8鐵素體的存在對機械性能的影響很大。為了保證1C-17Ni2鋼熱處理后能獲得良好的性能,應注意控制組織中的鐵素體含量。表4-16顯示了1Cr17Ni2鋼中鐵素體含量對機械性能的影響,從表4-16可見,當1Cr17Ni2鋼組織中鐵素體含量大于15%以上時,強度、塑性、韌性都下降,且含量越多,下降程度越明顯。所以,有關1Cr17Ni2鋼中的鐵素體形成因麥和按制有法成為關注點。
普遍認為,1Gr17Ni2不銹鋼中鐵素體含量的多少主要和化學成分中碳、鉻、鎳各元素之間的配比及其所經歷的熱加工、熱處理溫度狀況有關。
a. 化學成分的影響及控制
在1Cr17Ni2鋼中,碳、鎳是穩定奧氏體的元素,鉻是形成鐵素體的元素,這幾種元素在這個鋼中對鐵素體量的影響是敏感的。有資料表明,在1Cr17Ni2鋼成分規定的范圍內的上下限變動,都會對組織中的鐵素體量產生影響。見表4-17。
在實際生產中,用1Cr17Ni2不銹鋼制造對性能,特別是對塑韌性能有較高要求的零件時,都需要對鋼的實際化學成分提出控制要求,一般控制碳含量0.14%~0.17%,鉻含量16.00%~17.00%,鎳含量2%~2.5%.再采用合適的熱處理工藝,可保證組織中的鐵素體含量小于10%。
b. 鍛、軋及熱處理加熱溫度的影響及控制
1Cr17Ni2不銹鋼在鍛造、熱軋及熱處理等熱加工過程中,都要經過加熱,加熱溫度和保溫時間對組織中的鐵素體量也有明顯的影響。
圖4-4是 Cr17Ni2鋼的鐵碳合金狀態圖,由圖可見,對給定成分的1Cr17Ni2鋼,當加熱到約1040℃時,組織中便產生了較大含量的鐵素體,隨著加熱溫度的提高,鐵素體含量增加。圖4-38則更直觀加熱溫度和時間對1Cr17Ni2鋼地看出加熱溫度和保溫時間對1Cr17Ni2(0.18%C,0.4% Si, 0.7% Mn,16.0%Cr,1.9%Ni)鋼組織中鐵素體量的影響情況。加熱時產生的高溫鐵素體冷卻后被保留下來。給鋼的性能帶來不利的作用。因此,在實際熱加工、熱處理生產時,要控制加熱溫度,不宜過高。
1Cr17Ni2鋼常見的熱處理工藝有退火和淬火、回火。
1. 退火
1Cr17Ni2不銹鋼因其含有高的鉻和2%左右的鎳元素,高溫奧氏體更穩定,自加熱溫度冷卻時不易發生珠光體轉變,材料不易軟化。因此,1Cr17Ni2鋼不宜采用完全退火,只能用較低溫度加熱,使材料得到一定程度的軟化。一般退火溫度選用680~750℃,保溫后爐冷到500℃以下出爐空冷。退火后硬度可達250~280HB.為了進一步降低硬度,有的推薦加熱750℃后空冷,再加熱650℃爐冷的二段退火或加熱700℃后保溫14小時以上的退火方式。
1Cr17Ni2不銹鋼退火后的機械性能的一組實測數據如下:Rp0.2, 588N/m㎡; Rm 784N/m㎡;A,22%;Z,61%。
2. 淬火
為了防止1Cr17Ni2鋼熱處理后組織中有過量的鐵素體,淬火加熱溫度的確定原則是在保證碳化物充分溶解、奧氏體成分基本均勻的條件下,采用較低的淬火加熱溫度,一般認為不宜超過1050℃,實際生產中采用980~1020℃.加熱條件對1Cr17Ni2鋼鐵素體量的影響見圖4-38。
有的試驗研究明,當對化學成分進行特殊控制,碳、鎳在上限,鉻在下限時,在成分上就保證了組織中不可能產生大量的鐵素體,所以,淬火加熱溫度可取1030℃,以保證因碳是上限含量引起的較多碳化物的充分溶解。單件淬火加熱保溫時間可按1~1.2min/mm考慮。
加熱保溫后一般采用油冷卻淬火。
3. 回火
按照我國相關標準規定的性能標準(R≥1080N/m㎡、A≥10%、AkU>39J),采用275~350℃回火即可。作為結構件使用時,要求有更高的塑性和韌性,可采用620~700℃之間回火。回火可采用空冷或油冷。
圖4-39是回火溫度對1Cr17Ni2鋼機械性能的影響效果。
表4-18顯示了1Cr17Ni2鋼在兩種回火溫度下的機械性能實測值。
4. 熱處理時應注意的問題
a. 組織中鐵素體含量的控制問題
前已述及,1Cr17Ni2鋼中鐵素體的存在,對機械性能有很大的影響,為了控制鐵素體的含量,單從熱處理工序控制是有限的,化學成分及鍛、軋等熱加工的影響是重要的,而且,一旦在這些環節中產生了大量鐵素體,特別是鐵素體的分布形態不好時,通過熱處理方法是很難改善的,這種情況下的性能不合格又常常誤認為是熱處理不當造成的。因此,對重要的1Cr17Ni2零部件,在熱處理之前,了解具體成分和前期熱加工情況是必要的。
b. 淬火后的殘留奧氏體受鎳元素的影響問題
1Cr17Ni2鋼的Ms點、Mf點下降,如果淬火溫度又選擇得較高,就增加了奧氏體中碳和合金元素的溶解量,從而提高了奧氏體的穩定性,使淬火后的鋼中存在較多的殘留奧氏體,回火后,特別是高溫回火后,殘留奧氏體會有一部分發生馬氏體轉變,致使鋼的韌性下降。所以,采取正確的熱處理工藝,盡量減少淬火組織中的殘留奧氏體,是保證熱處理后具有良好性能的關鍵。
c. 注意1Cr17Ni2 鋼熱處理后再加熱時的脆化問題
1Cr17Ni2不銹鋼制造的零部件,在熱處理后取得了合格的機械性能,但在以后的工序中可能還會有再加熱過程,如消除加工應力等,曾在實際工作中發現,淬火高溫回火后的1Cr17Ni2材料,在低回火溫度的某個溫度區間再加執時,會發生韌性降低的現象。
而且,這個脆性降低的溫度區間與回火曲線中顯示出的脆性降低(回火脆性區)溫度區間不盡一致。比如,將經過650℃回火的1Cr17Ni2材料再經350~370℃加熱冷卻后,沖擊值會降低。而1Cr17Ni2鋼正常回火韌性下降溫度區間在500~560℃.見圖4-39。