17-4PH沉淀硬化不銹鋼的強(qiáng)度和耐蝕機(jī)制淺析

2016-12-4 22:52:22      點(diǎn)擊：

腐蝕是金屬的主要破壞形式之一，尤其是海水，潮濕和污染環(huán)境。在腐蝕環(huán)境中使用的鋼材需要依據(jù)環(huán)境侵蝕性進(jìn)行選擇。大家最常見(jiàn)的是304不銹鋼或316奧氏體不銹鋼，這類(lèi)鋼的組織以?shī)W氏體主為，控制碳化物的析出，達(dá)到耐蝕的目的。

 

為什么這類(lèi)鋼主要采用了均一的單相奧氏體呢？原因是，從腐蝕的角度，組織的均勻性有利于提高其耐蝕性，使腐蝕更均勻。一些常見(jiàn)的鋼均為多相組織，如果是兩相組織，那么組成鋼的兩相在其腐蝕的過(guò)程中通常扮演了不同的角色。

 

因?yàn)槠渲幸幌嗤ǔ１攘硗庖幌喔g電位高或低，這樣在這種鋼浸入腐蝕介質(zhì)中以后，構(gòu)成其微觀組織的兩相之間就會(huì)形成微電偶，這在很多年以前就被證實(shí)過(guò)了。兩相之間的微電偶會(huì)加速其中的一相發(fā)生電化學(xué)腐蝕。因而，組織的均勻性關(guān)系到鋼的耐蝕性。進(jìn)一步講，均勻組織或單相組織通過(guò)抑制微電偶腐蝕更有利于降低局部腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

 

然而，一般的不銹鋼其強(qiáng)度都很低，在一些既要求強(qiáng)度保證其安全性，又要求耐蝕性的服役環(huán)境中服役時(shí)，它們的強(qiáng)度無(wú)法滿足使用要求。沉淀硬化不銹鋼就解決了這個(gè)問(wèn)題。

 

沉淀硬化不銹鋼是通過(guò)熱處理析出微細(xì)的金屬間化合物和某些少量碳化物以產(chǎn)生沉淀硬化，而獲得高強(qiáng)度和一定耐蝕性相結(jié)合的高強(qiáng)不銹鋼，它兼有鉻鎳奧氏體不銹鋼的良好耐蝕性和馬氏體不銹鋼鋼強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。

 

沉淀硬化不銹鋼的化學(xué)成分中，除了耐蝕元素鉻和鎳，還添加了容易形成沉淀相的合金元素，包括Ti 、Nb、Al 、Mo 、Co 、Cu 等。沉淀硬化不銹鋼的碳含量很低，一般為低碳和超低碳。這類(lèi)鋼要具有良好的淬透性，只有這樣才能獲得良好的馬氏體組織，低碳的目的是降低鋼基體中碳化物含量，因?yàn)樘蓟飻?shù)量增加以后，耐蝕性會(huì)下降，其主要原因是碳和鉻結(jié)合形成碳化物將極大的降低局部鉻含量。鎳的作用主要是使鋼奧氏體化，調(diào)整鋼的相變溫度點(diǎn)。

 

沉淀硬化不銹鋼一般是以固溶態(tài)供貨，待其完成加工后，對(duì)其進(jìn)行淬火處理，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，再通過(guò)時(shí)效處理使之獲得沉淀硬化效果，達(dá)到強(qiáng)化的目的。這里需要弄清楚一個(gè)問(wèn)題，在這種合金設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮的問(wèn)題，那就是采用什么樣的沉淀相達(dá)到彌散強(qiáng)化的效果。鋼中可以用作沉淀相的粒子種類(lèi)很多，滲碳體、碳化鉻等都可以作為沉淀相。然而，在沉淀硬化不銹鋼中是不能采用碳化物作為沉淀相的，因?yàn)橐坏┬纬商蓟锞鸵馕吨谝欢ǔ潭壬蠐p失鉻。

 

不銹鋼中鉻含量一般要求大于13%才能產(chǎn)生良好的耐蝕效果，這種質(zhì)量百分比要求不僅是總體質(zhì)量百分?jǐn)?shù)要達(dá)到這個(gè)數(shù)值，更重要的是基體中要均勻，即每一點(diǎn)都盡量達(dá)到或超過(guò)這個(gè)百分?jǐn)?shù)，否則就會(huì)導(dǎo)致局部因?yàn)殂t含量低于這個(gè)數(shù)值而發(fā)生不均勻腐蝕。這也是為什么沉淀硬化不銹鋼通常采用如Ni3Mo 、Ni3Nb、Ni3Al相作為沉淀相，達(dá)到彌散強(qiáng)化的效果的原因。

 

17-4PH就是典型的沉淀硬化不銹鋼，PH是Precipitation hardening的縮寫(xiě)。17-4PH鋼的中國(guó)牌號(hào)是0Cr17Ni4Cu4Nb05Cr17Ni4Cu4Nb。



經(jīng)過(guò)熱處理后，17-4PH鋼的機(jī)械性能更加完美，可以達(dá)到高達(dá)1100-1300 Mpa (160-190 ksi) 的耐壓強(qiáng)度。這個(gè)等級(jí)不能用于高于300攝氏度或非常低的溫度下，它對(duì)大氣及稀釋酸或鹽都具有良好的抗腐蝕能力，它的抗腐蝕能力與304不銹鋼和430不銹鋼一樣。


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