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沉淀硬化不銹鋼的強度和耐蝕機制淺析

2016-11-24 09:59:16 作者：本網整理來源：網絡分享至：

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腐蝕是金屬的主要破壞形式之一，尤其是海水，潮濕和污染環境。在腐蝕環境中使用的鋼材需要依據環境侵蝕性進行選擇。大家最常見的是304或316奧氏體不銹鋼，這類鋼的組織以奧氏體主為，控制碳化物的析出，達到耐蝕的目的。

為什么這類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程中通常扮演了不同的角色。

因為其中一相通常比另外一相腐蝕電位高或低，這樣在這種鋼浸入腐蝕介質中以后，構成其微觀組織的兩相之間就會形成微電偶，這在很多年以前就被證實過了。兩相之間的微電偶會加速其中的一相發生電化學腐蝕。因而，組織的均勻性關系到鋼的耐蝕性。進一步講，均勻組織或單相組織通過抑制微電偶腐蝕更有利于降低局部腐蝕風險。

然而，一般的不銹鋼其強度都很低，在一些既要求強度保證其安全性，又要求耐蝕性的服役環境中服役時，它們的強度無法滿足使用要求。沉淀硬化不銹鋼就解決了這個問題。

沉淀硬化不銹鋼是通過熱處理析出微細的金屬間化合物和某些少量碳化物以產生沉淀硬化，而獲得高強度和一定耐蝕性相結合的高強不銹鋼，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度高的優點。

沉淀硬化不銹鋼的化學成分中，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，因為碳化物數量增加以后，耐蝕性會下降，其主要原因是碳和鉻結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，調整鋼的相變溫度點。

沉淀硬化不銹鋼一般是以固溶態供貨，待其完成加工后，對其進行淬火處理，使奧氏體轉變為馬氏體，再通過時效處理使之獲得沉淀硬化效果，達到強化的目的。這里需要弄清楚一個問題，在這種合金設計時就要考慮的問題，那就是采用什么樣的沉淀相達到彌散強化的效果。鋼中可以用作沉淀相的粒子種類很多，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，因為一旦形成碳化物就意味著在一定程度上損失鉻。

不銹鋼中鉻含量一般要求大于13%才能產生良好的耐蝕效果，這種質量百分比要求不僅是總體質量百分數要達到這個數值，更重要的是基體中要均勻，即每一點都盡量達到或超過這個百分數，否則就會導致局部因為鉻含量低于這個數值而發生不均勻腐蝕。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，達到彌散強化的效果的原因。

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

經過熱處理后，17-4PH鋼的機械性能更加完美，可以達到高達1100-1300 Mpa （160-190 ksi）的耐壓強度。這個等級不能用于高于300攝氏度或非常低的溫度下，它對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和430一樣。