沉淀硬化不锈钢的强度和耐蚀机制浅析

2016-11-24 09:59:16 作者：本网整理来源：网络分享至：

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腐蚀是金属的主要破坏形式之一，尤其是海水，潮湿和污染环境。在腐蚀环境中使用的钢材需要依据环境侵蚀性进行选择。大家最常见的是304或316奥氏体不锈钢，这类钢的组织以奥氏体主为，控制碳化物的析出，达到耐蚀的目的。

为什么这类钢主要采用了均一的单相奥氏体呢？原因是，从腐蚀的角度，组织的均匀性有利于提高其耐蚀性，使腐蚀更均匀。一些常见的钢均为多相组织，如果是两相组织，那么组成钢的两相在其腐蚀的过程中通常扮演了不同的角色。

因为其中一相通常比另外一相腐蚀电位高或低，这样在这种钢浸入腐蚀介质中以后，构成其微观组织的两相之间就会形成微电偶，这在很多年以前就被证实过了。两相之间的微电偶会加速其中的一相发生电化学腐蚀。因而，组织的均匀性关系到钢的耐蚀性。进一步讲，均匀组织或单相组织通过抑制微电偶腐蚀更有利于降低局部腐蚀风险。

然而，一般的不锈钢其强度都很低，在一些既要求强度保证其安全性，又要求耐蚀性的服役环境中服役时，它们的强度无法满足使用要求。沉淀硬化不锈钢就解决了这个问题。

沉淀硬化不锈钢是通过热处理析出微细的金属间化合物和某些少量碳化物以产生沉淀硬化，而获得高强度和一定耐蚀性相结合的高强不锈钢，它兼有铬镍奥氏体不锈钢的良好耐蚀性和马氏体不锈钢钢强度高的优点。

沉淀硬化不锈钢的化学成分中，除了耐蚀元素铬和镍，还添加了容易形成沉淀相的合金元素，包括Ti 、Nb、Al 、Mo 、Co 、Cu 等。沉淀硬化不锈钢的碳含量很低，一般为低碳和超低碳。这类钢要具有良好的淬透性，只有这样才能获得良好的马氏体组织，低碳的目的是降低钢基体中碳化物含量，因为碳化物数量增加以后，耐蚀性会下降，其主要原因是碳和铬结合形成碳化物将极大的降低局部铬含量。镍的作用主要是使钢奥氏体化，调整钢的相变温度点。

沉淀硬化不锈钢一般是以固溶态供货，待其完成加工后，对其进行淬火处理，使奥氏体转变为马氏体，再通过时效处理使之获得沉淀硬化效果，达到强化的目的。这里需要弄清楚一个问题，在这种合金设计时就要考虑的问题，那就是采用什么样的沉淀相达到弥散强化的效果。钢中可以用作沉淀相的粒子种类很多，渗碳体、碳化铬等都可以作为沉淀相。然而，在沉淀硬化不锈钢中是不能采用碳化物作为沉淀相的，因为一旦形成碳化物就意味着在一定程度上损失铬。

不锈钢中铬含量一般要求大于13%才能产生良好的耐蚀效果，这种质量百分比要求不仅是总体质量百分数要达到这个数值，更重要的是基体中要均匀，即每一点都尽量达到或超过这个百分数，否则就会导致局部因为铬含量低于这个数值而发生不均匀腐蚀。这也是为什么沉淀硬化不锈钢通常采用如Ni3Mo 、Ni3Nb、Ni3Al相作为沉淀相，达到弥散强化的效果的原因。

17-4PH就是典型的沉淀硬化不锈钢，PH是Precipitation hardening的缩写。17-4PH钢的中国牌号是0Cr17Ni4Cu4Nb05Cr17Ni4Cu4Nb。

经过热处理后，17-4PH钢的机械性能更加完美，可以达到高达1100-1300 Mpa （160-190 ksi）的耐压强度。这个等级不能用于高于300摄氏度或非常低的温度下，它对大气及稀释酸或盐都具有良好的抗腐蚀能力，它的抗腐蚀能力与304和430一样。