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马氏体不锈钢培训资料1.1马氏体不锈钢的化学组成及分类根据铁铬二元相图(见图1)可以看出，在8311394的温度范围内，靠近纯铁的一边，存在一个封闭的相区(或称高温奥氏体稳定区域，是指铁和其他元素形成的面心立方晶格结构的固溶体)，并存在一个窄的和双相区域。马氏体就是奥氏体通过无扩散型相变而转变成的亚稳相(具有铁磁性，其硬度、强度主要由过饱和的碳含量决定)。因此，为了获得马氏体组织，一个基本的先决条件，就是在相图中必须存在有奥氏体(相)的区域。对于无碳 二元合金平衡相图而言，铬含量大于12%时，在所有温度条件下，均不存在奥氏体组织，为此只有加入能改变相图扩大相区的元素，(主要是碳等)，才能实现上述先决条件。随着碳含量的增加，相区边界逐渐向高铬方向扩展，而铬含量的增加，又稳定铁素体和缩小奥氏体相区，并阻碍冷却时奥氏体向马氏体的转变，所以提高铬含量时，还需相应提高碳含量来扩大相区，才能获得马氏体组织。当碳含量达0.6%时，纯(单一)奥氏体相最高铬含量达18%左右。若继续增加碳含量，因形成碳化物等而不再扩大相区，但能提高耐磨性。因此，马氏体不锈钢一般含铬量在12%18%之间，含碳量在0.1%1.0%范围内。鉴于碳对钢的组织与性能的重大影响，马氏体铬不锈钢习惯上可按碳含量大体分为三类：低碳类：0.15%，12%14%，如113；中碳类：0.2%0.4%，12%14%，如213，313等；高碳类：0.6%1.0%，18%，如919，918等。为了改善铬马氏体不锈钢的性能向钢中加入少量的镍，于是形成另一类(或第四类)为含有少量镍的马氏体不锈钢。镍属于稳定奥氏体和扩大相区的元素，加入2%时，就有明显效果。这样可以用镍代碳，如1172马氏体不锈钢，因其低碳高铬加镍，比一般马氏体不锈钢具有更好的耐蚀性、强度与韧性。下表为列入国家标准的各类马氏体型不锈钢的化学成分。1.2马氏体不锈钢的工艺性能 焊接性能在各类不锈钢中，马氏体不锈钢的焊接性能较差，焊缝热影响区有强烈的淬硬倾向，较大的焊后残余应力以及由于氢的作用所引起的延迟裂纹。特别是高碳马氏体不锈钢更为敏感，因此焊接这类不锈钢工件时，一般采用200400预热以及层间保温措施，在焊完后尚未冷却时，将工件置于730790的炉中保温，然后再进行空冷。为了清除氢引起的延迟裂纹，应注意焊条的干燥、焊缝坡口的清洁以及在干燥气氛下进行焊接等因素。可用奥氏体不锈钢焊条焊接马氏体不锈钢。 铸造性能马氏体不锈钢铸造时流动性较差，应该提高浇注温度和浇注速度，这类钢浇注时裂纹敏感性较大，铸件易产生裂纹，同时也易产生气孔与针孔。这类钢的铸造收缩率一般为1.7%2.0%。2.3锻造性能马氏体不锈钢锻造工艺参数一般是：始锻温度为1150左右，终锻温度为850925(低碳的钢取下限，高碳的钢取上限)。对含碳较高的马氏体不锈钢(213413)，锻后应缓慢冷却，并随即进行软化处理，否则有可能产生裂纹。马氏体不锈钢也属于对白点敏感的钢种，对于大型不锈钢锻件，特别是采用1172钢制大型锻件时，必须从工艺上采取措施(如去白点退火)，以防止锻件产生白点。另外，在锻造加热时，要防止坯料过热出现大量铁素体，而恶化钢的锻造性能，可能导致锻件内部出现裂纹，这种裂纹易产生在高温时奥氏体与铁素体的两相分界面上。3 切削性能马氏体不锈钢在不同热处理状态下具有不同的硬度。一般锻后空冷的工件，硬度较高，难以加工，需经退火后进行切削加工。但退火钢的切削性较差，经淬火和高温回火后的钢，其切削性好得多(尽管硬度较退火钢略有增加)。1.3马氏体不锈钢的热处理为了得到较好的综合力学性能，马氏体不锈钢一般都采用淬火加回火。l 淬火含铬12%14%的马氏体不锈钢，其马氏体转变点()大约在250300之间，对尺寸不大的零件，经淬火温度加热后，于空气中冷却即可；对于大型零件，为使奥氏体充分转变为马氏体，多采用油中淬火。对尺寸不大的零件也有采用鼓风 喷雾的方法进行淬火。淬火温度一般选择如下：(1)113或113的淬火温度为9501050。因为含碳量较低，加热至淬火温度时仍处于奥氏体与铁素体两相状态，淬火后的组织为马氏体和铁素体。中碳和高碳马氏体不锈钢：如213、918等，淬火温度以10001050较适宜。淬火温度低时，碳化物不能充分溶解，不仅使基体中含铬量降低，影响钢的耐腐蚀性能，且影响钢的强度及硬度。故采用油中淬火，以防淬裂。(3)1172钢淬火温度以9801000较合适，也有推荐为10001050。需要指出的是，淬火温度过高会使钢中的 铁素体与残余奥氏体量增多，将损坏钢的性能。l 回火为了得到较好的综合性能(力学性能和耐腐蚀性能)，马氏体不锈钢通常采用如下两种回火工艺。(1)低温回火：回火温度为200370。当要求最大的硬度时，可对工件进行低温回火，同时可以消除淬火过程中所形成的内应力。(2)高温回火：回火温度为600750。高温回火的目的是获得高的强度、塑性与冲击韧性，以及较好的耐腐蚀性能。必须指出，在高低两种回火温度间的370600温度范围内进行回火，不仅使钢的韧性急剧降低，同时也将严重损害钢的耐蚀性能。l 退火对马氏体不锈钢进行退火的主要目的是使其软化，以便于机加工。含碳量0.15%的第一类马氏体不锈钢，软化的方法有两种： 当需要降低硬度， 又并不要求降至最低时，可采用加热至750800，保温13，在空气中冷却，这样处理后的硬度可降至170200； 当需要将硬度降至更低时，可加热至850900，保温13，然后缓冷(1520/)至600，继而在空气中冷却，可使硬度降至160。对于中碳和高碳类马氏体不锈钢的软化处理，可采用750800，保温26，进行高温回火。或者在875900，保温24，随炉冷却至500以下空冷。需要指出的是，只有在对力学性能与耐蚀性能都要求不高的情况下，才使用退火状态(供货状态)的马氏体不锈钢。因为退火状态的马氏体不锈钢的力学性能很低，耐蚀性能也不高。1.4马氏体不锈钢的耐腐蚀性能在铬含量相当的不锈钢中，一般奥氏体钢耐蚀性最好，铁素体次之，马氏体最差(如图2所示)。但马氏体不锈钢的主要优点可以通过热处理强化，适用于对强度、硬度、耐磨性等要求较高并兼有一定耐蚀性的零部件。马氏体不锈钢在淬火状态时耐全面腐蚀和点腐蚀性能较好(但这种状态的钢很脆，又难以加工，所以，在工程上的实用性很小)，其次是淬火+回火处理的调质件，而以退火状态的工件耐蚀性最差。1 全面腐蚀性能马氏体不锈钢在热处理后经抛光，在室温的下列介质中具有良好的耐蚀性能：无机酸：浓度不低于1%的硝酸、硼酸；有机酸：浓醋酸和浓度低于10%的醋酸、苯甲酸、油酸、硬脂酸、苦味酸、单宁酸、焦性没食子酸及尿酸等；盐溶液：碳酸钠、碳酸铵、碳酸钾、碳酸镁、碳酸钙、钠钾的硫酸盐，所有金属的硝酸盐，以及各种有机酸盐。碱溶液：苛性钠、苛性钾、氨水、氢氧化钙、水等；其它介质：食用无盐醋、果汁、咖啡、茶、牛奶及工业用酒精、醚、汽油、重油、矿物油等。马氏体不锈钢在硫酸、盐酸、氢氟酸、热磷酸、热硝酸以及熔融碱等介质中耐蚀性能很差。2 局部腐蚀性能马氏体不锈钢(如13型)对特殊腐蚀形式(如晶间腐蚀、点腐蚀等)是不耐蚀的，故在具有这类腐蚀特点的实际工程中不宜选用。当13型不锈钢不能满足工程上需要时，可选用1172钢，因此钢中含有高达17%的铬，并含有2%的镍代替了部分的碳。镍能阻止淬火温度下铁素体的生成，能提高抗回火性，改善强度和韧性，改善对盐雾及稀还原性酸的耐蚀性。马氏体不锈钢在电耦合或非电耦合使用时，常可能发生氢脆或应力腐蚀。前者如113钢在弱酸、湿蒸汽介质中与奥氏体钢电耦合时发生应力腐蚀；后者如在油井2环境中产生的穿晶型氢脆断裂。在盐溶液、盐雾、或高纯水中，马氏体不锈钢易产生晶间型的应力腐蚀。抗应力腐蚀开裂性能与钢所经受的回火处理温度密切相关，如在5%喷雾试验中410、420(国产为113)钢经480回火的弯曲试样，沿原奥氏体晶界产生裂纹；但经370以下或590以上回火，试验75天也不产生裂纹。410钢在3%和酸性2溶液中的应力腐蚀断裂途径与腐蚀几乎无关，主要依赖于回火温度；550回火最易出现晶间型分枝裂纹。马氏体不锈钢，根据不同的热处理条件，有时也易发生碱脆，如固溶处理的410钢在332脱气的10%中，外加应力=90%0.2，经4800未裂，仅为严重的全面腐蚀，649回火(=28)及565回火(=41)也一样，而经482回火者(=50)，4800后即产生裂纹。