17-4PH(05Cr17Ni4Cu4Nb)低碳馬氏體沉淀硬化超高強度不銹鋼的合金化及強化機制

   17-4PH鋼(05Cr17Ni4Cu4Nb)是一種以Cr13型馬氏體不銹鋼發展起來的低碳馬氏體沉淀硬化超高強度不銹鋼，它具有高強度、較高韌性、高耐蝕性、高耐氧化性以及優良的成型性、可焊性等綜合性能，被廣泛用于航空、航天、核能、軍工和民用工業。而該材料各元素能否有效實現合金化及強化，以獲得優良性能，與該材料的化學成分設計、熱加工、熱處理及其所形成的金相顯微組織等影響因素有密切聯系。

　　為保證獲得良好的耐蝕性和可焊性，鋼中碳含量要控制在0.07%以內，鉻元素作為鋼中主要加入元素之一可顯著增加鋼的抗腐蝕能力，改善鋼的抗氧化作用。它與鐵形成連續固溶體，與碳形成多種碳化物，這是因為鉻與碳的親和力在形成碳化物的諸多元素中大于鐵和錳，因而形成一系列穩定的鉻碳化物，如Cr23C6、Cr7C3和Cr3C2等，這對于鋼的性能有顯著影響，特別是提高鋼的強度和耐磨性。同時，鉻增加鋼的淬透性，提高鋼的回火穩定性，降低鋼的Ms點，當然這取決于固溶時鉻在奧氏體中實際存在的濃度。

　　Ni的適量加入主要是改善鋼的耐蝕性，同時固溶強化基體，另外Ni有減少δ相的作用，但Ni降低Ms點，過多加入是不利的，一般應控制在4%左右，與Nb元素形成具有斜方點陣的(η相)金屬間化合物沉淀析出，產生強化現象。

　　銅加入鋼中雖不和碳形成碳化物，但它對臨界溫度和淬透性的影響以及固溶強化的作用等與Ni相似，經適當的熱處理后將出現導致鋼沉淀析出強化的ε相質點。因此，鋼中銅含量超過4%時要獲得更好的效果就要加熱到較高的溫度使鋼奧氏體化，因為銅在奧氏體中的溶解度比在鐵素體中更高，使鋼奧氏體化后就能使更多的銅進入固溶體，這樣，固溶時效后富銅的ε相呈彌散狀析出，沉淀硬化的效果也更顯著。

　　鈮與碳、氮、氧都有極強的親和力，通常用于提高奧氏體型不銹鋼的抗晶間腐蝕能力，同時鈮在鋼中還有細化晶粒，提高晶粒粗化溫度，降低鋼的過熱敏感性和回火脆性等。在17-4PH鋼中，通過加入鈮將出現特殊穩定的碳化物和金屬間化合物，如NbFe2、Nb4C3，，它與α-Fe點陣之間有一定的相位關系，其強化作用更為顯著，抗過時效穩定性更好。它們經過一定的熱處理工藝彌散析出于鋼中產生沉淀強化，有助于提高強度、韌性及蠕變抗力等。

　　綜上所述，17-4PH鋼的化學成分是影響其性能的主要因素，鋼中諸元素的合理搭配及其作用是該鋼獲得優良綜合性能的基本條件，也是該鋼強化機制的基本保證。17-4PH鋼的熱加工和熱處理是該鋼獲得優良性能的重要手段。固溶時效熱處理使其產生熱力學和動力學反應，合金元素有效合金化，形成合適的金相組織，實現固溶強化和第二相沉淀強化，從而獲得較高的強度和韌性，賦予該鋼優良的綜合性能。

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