常見馬氏體不銹鋼類型與特點

?

馬氏體不銹鋼是根據使用需求不斷發展和完善起來的，以滿足不同條件對材料在耐蝕性能、力學性能及其他性能方面的要求。從現在常用的和近些年發展起來的馬氏體不銹鋼來看，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展起來的馬氏體不銹鋼。

?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，根據本書的不銹鋼的分類原則，仍列入馬氏體不銹鋼系列。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于含碳量高的鋼號，見圖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增加，這不僅會降低鋼基體中的含鉻濃度，還會使析出的含鉻碳化物周圍形成的貧鉻區更多，從而降低了鋼的耐腐蝕性能。所以，一般選材時，在保證力學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。

?Cr13型不銹鋼的耐腐蝕性還與熱處理狀態有關。見圖4-2

? Cr13型不銹鋼退火狀態的耐腐蝕性比淬火狀態低的原因是因為在退火狀態下，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圍形成更多貧鉻區的結果。所以，為充分發揮Cr13型不銹鋼的耐腐蝕性能和力學性能，最好在淬火回火后使用。

b. 力學性能

? Cr13型馬氏體不銹鋼的力學性能主要是碳的作用和影響。見圖1-5。當碳較低，如含碳≤0.15%時，淬火組織中會含有一定量的8鐵素體，回火后的組織中仍存在這種組織，使鋼的力學性能偏低，含碳量＞0.15%~0.45%時，淬火后一般不會存在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度提高，塑性和韌性下降。特別是鉻的存在使共析點左移，即共析碳量降低，當含鉻達12%左右時，含碳量在0.4%左右的鋼已屬過共析鋼。見圖4-3。

? 這時，熱處理后的鋼組織中還會有殘余碳化物，從而會進一步提高鋼的硬度和強度，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650~660℃回火后的性能對比見表4-1。

?c. Cr13型馬氏體不銹鋼的應用

? ①. 1Cr13鋼具有較高的韌性和冷變形性，在常溫的弱腐蝕介質中，如鹽水溶液、濃度不高的有機酸等溶液中，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、鑄材經調質熱處理后所具有的強度、塑性、韌性配合較好。適用于制造有中等強度、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度要求，承受較高應力和一定耐腐蝕性能要求的零部件。

?③. 3Cr13鋼相對于1Cr13和2Cr13可有更高的硬度和強度、更好的淬透性能，但耐腐蝕性更低一些，所以，可用其制造對耐腐蝕性要求不高，而要求較高硬度、強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、強度，但耐腐蝕性則較低；所以，可用于制造有高強度要求的、對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，特別是為適應要求表面較高光潔度的自動機床加工生產的標準件的需要，在某些牌號的不銹鋼中，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，既可改善工件切削表面的光潔度，又可節省切削動力。

加硫的同時提高錳的含量，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 鐵的硬度和強度，同樣起到易于即削的作用。

?當然，提高鋼中硫、磷含量后，對某些性能會稍有影響。

? 在我國的不銹鋼系列中，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，如Y1Cr18Ni9、Y1Cr17等。

?此外，我國還有加硒的易切削不銹鋼，如Y1Cr18Ni9Se.國外還有加鉛等元素的易切削不銹鋼。

3. 在Cr13型鋼基礎上發展起來的馬氏體不銹鋼

?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不銹鋼基礎上進一步提高錳含量（上限含量達1.5%)、硫含量（0.23%~0.32%),用做摩擦副材料。

?經研究可知，由硫、錳形成的較多含量的MnS以紡錘狀或點狀分布于材料表面，當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轉時，較軟的MnS會改變兩零件接觸應力的分布狀態，減小接觸應力集中，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，通過熱處理調質后保證硬度在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%.應用于工程上的含鉬的Cr13型不銹鋼牌號有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，還由于鉬是較強的碳化物形成元素，含鉬的碳化物加熱時不易溶解，從而使鋼保持細晶粒，在回火時，可提高抗回火穩定性，與不含鉬馬氏體不銹鋼相比，在要求相同的硬度和強度時，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型不銹鋼可以用來制作對強韌性有更高要求的結構件。

?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%的鎳用于復雜鑄件的生產已被廣泛應用，如ZG1Cr13Ni、ZG2Cr13Ni等。

? 因為不含鎳的鑄造Cr13型不銹鋼中，易存在8鐵素體，特別當其沿晶界分布時，對韌性極為不利，對于形狀復雜的鑄造零件，極易產生鑄造裂紋和熱處理裂紋。當加入0.5%~1.0%的鎳元素后，這種情況將得到改善，在保證強度的條件下，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形狀復雜的鑄件，在調質狀態下使用。

?d. 低碳高鎳的Cr13型強韌馬氏體不銹鋼。

?這也是在Cr13型不銹鋼基礎上發展起來的型馬氏體不銹鋼。

?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，也具有更優良的性能。

?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型結構為主的亞結構，位錯亞結構使零件承受外力時，有緩和應力集中作用，延緩裂紋的形核，提高材料的韌性。

?4%~7%的鎳含量對改善組織和性能也發揮出重要的作用。鎳元素的加入首先對相變點產生影響，有資料介紹，每加入1%鎳，A_c1點大約下降30℃,M_s點下降17~30℃,所以，這種鋼的A_c1點可下降至560~630℃,A_c3可下降至800~820℃,鎳含量超過5%時，M_f點可下降至室溫以下。鋼經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類氏體，這種組織保證了鋼有較高強度的同時具有良好的韌性。鎳加入還增加了鋼中奧氏體的穩定性，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程，使鋼在加熱時能保證細晶粒。含鉬碳化物的存在又提高了鋼的抗回火穩定性，使鋼在回火后，獲得較好韌性的同時保持較高的強度。

?這種含鎳、鉬的低碳Cr13型馬氏體不銹鋼以其較高的強韌性為特點。在工程上獲得了廣泛的應用。鍛件可用來制造重要的工程結構件，鑄件用于制造泵輪，水輪機葉片等，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上，加入2%左右的鎳元素形成的。當碳、鎳成分比例變化時，這種鋼的淬火組織中會含有一定量的δ鐵素體，在鑄態下更明顯一些，因此，有的書中也把它稱馬氏體－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，擴大了相圖中的γ相區，使鋼在加熱和冷卻過程中發生α≤γ轉變，見圖4-4,所以，可以通過熱處理方法調整組織和機械性能，可獲得與Cr13型馬氏體不銹鋼相當的力學性能。

1Cr17Ni2馬氏體不銹鋼成分中，碳、鉻的變化對組織中δ鐵素體量的影響較大，從而對力學性能，尤其是沖擊韌性影響較大，所以，實際使用中，應根據應用條件和對其各方面的要求，合理控制調整成分。此外，該鋼熱處理條件對組織和性能也有較明顯的影響。

在我國的標準中，對1Cr17Ni2只規定了較低回火溫度下的高強度、較低韌性的指標，見表4-3,又因成分波動，熱處理條件對性能影響較明顯，使其在實際應用上受到限制。

試驗研究和經驗證明，嚴格、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韌性配合，同時又具有比Cr13型不銹鋼更好的耐腐蝕性能，可以獲得更廣泛的應用。

1Cr17Ni2馬氏體不銹鋼可以在鍛態、軋態和鑄態下使用。

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S左移，當含鉻在18%左右時，共析含碳量在0.3%左右，見圖4-5。可見，高碳高鉻馬氏體不銹鋼已屬于過共析鋼。加熱奧氏體化后，組織中仍會保留一定量的過剩的含鉻碳化物。經過淬火回火后，這些碳化物會保留下來。這類鋼常在淬火后再低溫回火處理的狀態下使用，組織為回火馬氏體和合金碳化物，具有很高的硬度。

這類鋼常用來制造刀具、手術器械、軸承等。如9Cr18、9Cr18MoV等。

我國常見馬氏體不銹鋼化學成分見 圖4-5、表4-2,熱處理制度及力學性能見表4-3。

??