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

   17-4PH鋼(05Cr17Ni4Cu4Nb)是一種以Cr13型馬氏體不銹鋼發(fā)展起來(lái)的低碳馬氏體沉淀硬化超高強(qiáng)度不銹鋼，它具有高強(qiáng)度、較高韌性、高耐蝕性、高耐氧化性以及優(yōu)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(yè)。而該材料各元素能否有效實(shí)現(xiàn)合金化及強(qiáng)化，以獲得優(yōu)良性能，與該材料的化學(xué)成分設(shè)計(jì)、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(lián)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?xún)?nèi)，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(xù)固溶體，與碳形成多種碳化物，這是因?yàn)殂t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(wěn)定的鉻碳化物，如Cr23C6、Cr7C3和Cr3C2等，這對(duì)于鋼的性能有顯著影響，特別是提高鋼的強(qiáng)度和耐磨性。同時(shí)，鉻增加鋼的淬透性，提高鋼的回火穩(wěn)定性，降低鋼的Ms點(diǎn)，當(dāng)然這取決于固溶時(shí)鉻在奧氏體中實(shí)際存在的濃度。

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

　　銅加入鋼中雖不和碳形成碳化物，但它對(duì)臨界溫度和淬透性的影響以及固溶強(qiáng)化的作用等與Ni相似，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗髮⒊霈F(xiàn)導(dǎo)致鋼沉淀析出強(qiáng)化的ε相質(zhì)點(diǎn)。因此，鋼中銅含量超過(guò)4%時(shí)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?yàn)殂~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(jìn)入固溶體，這樣，固溶時(shí)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(qiáng)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(shí)鈮在鋼中還有細(xì)化晶粒，提高晶粒粗化溫度，降低鋼的過(guò)熱敏感性和回火脆性等。在17-4PH鋼中，通過(guò)加入鈮將出現(xiàn)特殊穩(wěn)定的碳化物和金屬間化合物，如NbFe2、Nb4C3，，它與α-Fe點(diǎn)陣之間有一定的相位關(guān)系，其強(qiáng)化作用更為顯著，抗過(guò)時(shí)效穩(wěn)定性更好。它們經(jīng)過(guò)一定的熱處理工藝彌散析出于鋼中產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化，有助于提高強(qiáng)度、韌性及蠕變抗力等。

　　綜上所述，17-4PH鋼的化學(xué)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(yōu)良綜合性能的基本條件，也是該鋼強(qiáng)化機(jī)制的基本保證。17-4PH鋼的熱加工和熱處理是該鋼獲得優(yōu)良性能的重要手段。固溶時(shí)效熱處理使其產(chǎn)生熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，合金元素有效合金化，形成合適的金相組織，實(shí)現(xiàn)固溶強(qiáng)化和第二相沉淀強(qiáng)化，從而獲得較高的強(qiáng)度和韌性，賦予該鋼優(yōu)良的綜合性能。

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