马氏体析出硬化不锈钢的知识

图8-2 热轧17-4PH（UNS17400）钢的微观组织

a）在1040℃（1900℉）退火，铁素体在马氏体基体中 b）在1040℃（1900℉）退火，在482℃（900℉）时效，铁素体在析出硬化的基体中

（引自Linnert^[3]）

Brooks和Garrison^[7]介绍了三种马氏体PH不锈钢（13-8Mo、15-5PH和Cus-tom450）凝固时实际得到100%的铁素体，冷却时铁素体几乎全部相变为奥氏体，而残留下来的铁素体将保留到室温不再相变，Pollard^[8]声称在轧制17-4PH钢中一般可以发现铁素体细条，有时在15-5PH和Custom455^[1]中发现但没有在13-8Mo和Custom455中发现。而另一方面Hochanadel等^[9]在13-8Mo铸件中发现铁素体。Linnert^[3]用金相图示出了在退火和完全硬化的17-4PH钢中的铁素体细条（图8-2），这清楚地表明：在马氏体PH钢中铁素体可以在室温下存在。在轧制的钢中铁素体沿平行于轧制的方向排列（平行于钢板表面的方向）。Funk和Granger^[1]提出如果出现这样的铁素体分布就可能导致在板厚方向的强度和延性显著地低于平行于轧制表面方向的相应值。

可以采用一种均匀化处理作为退火处理的一部分，此时钢是处于奥氏体相状态。这种均匀化处理是在高于大约850℃（1500℉）的温度保温，以减少铁素体含量^[9]，随后冷却到接近室温时奥氏体转变为马氏体。17-4PH钢和15-5PH钢的Ms温度大概是132℃（270℉）而Mf大概是32℃（90℉）^[10，11]，然而少量奥氏体可能残留到室温或更低的温度。Hochanadel等^[9]用Mssbauer谱线确定并量化在13-8Mo中的残留奥氏体，他们发现：在固溶退火后的材料中有数量级为1%或更少的奥氏体，而冷冻到-78℃（-108℉），则可以相变为马氏体，从而实质上消除了奥氏体。所以虽然马氏体PH不锈钢一般被认为是单次热处理马氏体钢^[3]，然而冷处理可能还是有用的。一旦马氏体PH钢已经大部分相变为马氏体，则可以进行时效处理来析出硬化相而使强度增加到高于新生的马氏体。能够得到最高强度的时效温度取决于生成的析出相。时效条件一般用“H”字母表示，H后面是时效的华氏温度（如H900或H1150）。表8-3列出了PH不锈钢由相应热处理得到的力学性能。

PH钢的强化析出物种类取决于钢的合金元素，关于析出了哪些特殊相还有不同的看法。在17-4PH钢^[3]和15-5PH钢中形成了富铜的析出物。Anthony^[14]报道说在17-4PH钢中也发现有富铬的铁素体（α′）和碳化物。Hochanadel等^[9]认定β-NiAl是13-8Mo钢中的主要析出强化相，尽管还出现了碳化物和Laves相。Ni₃Ti（也称γ′）好像是含钛钢———Custom455钢和645钢^[8]中的主要强化相，而在Custom450钢^[8]中一种含Fe、Mo和Nb的Laves相是强化析出相。

在时效处理时，至少在某些钢中奥氏体可能发生逆相变。Hochanadel等^[9]指出在13-8Mo钢时效时发生奥氏体逆相变，在565℃（1050℉）或更低温度时效，奥氏体增加了1%，而在595℃（1100℉）或者在621℃（1150℉）时效，则在冷却到室温后奥氏体增加了15%。这种逆相变产生的奥氏体不同于残留奥氏体，其中Ni和Mn的含量增加了，而且很难转变为马氏体。Anthony^[14]指出在17-4PH不锈钢中，奥氏体含量从固溶退火或者在480℃（900℉）下时效后的1.5%，增加到在595℃（1100℉）时效后的5.5%，而随后在较低温度，如425～480℃（800～900℉）停留几千小时，可以使奥氏体含量高达18%。他也指出在这种长时间时效中出现α′相，这和第5章中讨论的475℃（885℉）脆化现象相符合。

表8-3列出了马氏体PH不锈钢过时效对力学性能的影响。在表中最高的强度是在最低的时效温度下得到的。较高温度的时效和固溶退火状态相比较，仍然可以起强化作用，但强化程度不高。而较高温度的时效可以得到较高的延性。之所以增加时效温度得到的强度较低，一般认为是由于析出物的粗化和析出物失去了和母材的共格关系。然而Hochanadel等^[9]则认为：在13-8Mo钢中

表8-3 轧制析出硬化型不锈钢的力学性能①

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（续）

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注：引自ASTM数据^[12，13]。

①除了另有申明，所有数据都是最低值。表中要求值是对12.7mm（1/2in）或者更厚的试件，如果不是这个厚度，对其他厚度试件表中数据可能略有变化。

②B的含义可能是布氏硬度（译者注）。

③时效处理是在上述固溶、淬火和深冷处理后进行的（译者注）。

即使在620℃（1150℉）时效后β-NiAl析出相仍然保持和母相共格，他把强度下降归因于这种钢发生了奥氏体逆相变，而奥氏体强度比马氏体低得多。