GB/T 1220-2007中列入了兩個(gè)低碳含鎳的Cr17Ni2型鋼:14Cr17Ni2 和17Cr16Ni2。
14Cr17Ni2鋼是在Cr17鋼的基礎(chǔ)上加入了2%Ni。由于鎳能使γ區(qū)擴(kuò)大,使Cr17鋼的純鐵素體組織過渡到在高溫時(shí)為α+y的兩相狀態(tài),使鋼能夠淬火成馬氏體而部分地接受強(qiáng)化。因此,14Cr17Ni2鋼既具有相當(dāng)于Cr13型不銹鋼(12Cr13、20Cr13)的力學(xué)性能,又保持了Cr17型不銹鋼的耐腐蝕性能,特別是在海水中與銅合金(青銅)接觸時(shí)具有很高的電化學(xué)穩(wěn)定性。所以,14Cr17Ni2鋼被廣泛應(yīng)用于化工機(jī)械、造船工業(yè)及航空工業(yè)等方面。
由于14Cr17Ni2鋼中的碳、鉻、鎳三個(gè)主要元素含量的上、下限較寬,并且含有錳、硅等元素,一般煉鋼方法不可避免的氮也存在于鋼中,這樣鋼中既有穩(wěn)定奧氏體的元素碳、鎳、錳、氮,又有形成鐵素體的元素鉻、硅,就使鋼的組織變得復(fù)雜,但在大多數(shù)情況下都具有兩相組織(圖9.22)。由圖9.22可知,14Cr17Ni2鋼自高溫快冷以后的組織是奧氏體、馬氏體和鐵素體。14Cr17Ni2鋼化學(xué)成分的不大變化(在規(guī)定的范圍內(nèi)),即可引起鐵素體含量的很大差別。如表9.23所示的兩種成分的14Cr17Ni2鋼,前者含有20%的鐵素體,后者由于成分中少了1.35%Cr,多了0.4%Ni和0.04%N,組織中沒有了鐵素體??梢?4Cr17Ni2鋼的碳、錳、鎳偏上限,鉻和硅偏下限時(shí),鐵素體含量減少,反之則增多。氮雖然不是規(guī)定的元素,但微量的氮卻起著很大的作用(圖9.19)。
與12Cr13鋼一樣,14Cr17Ni2鋼中出現(xiàn)大量的鐵素體時(shí),使力學(xué)性能降低,主要表現(xiàn)在沖擊韌度方面(表9.24),對(duì)強(qiáng)度的影響較小。14Cr17Ni2鋼的沖擊韌度還與鐵素體的分布有關(guān),鐵素體呈斷續(xù)網(wǎng)狀分布的ak值最低,而呈明顯帶狀分布的ak值比前者可高出3倍左右。14Cr17Ni2鋼存在的大量鐵素體還會(huì)使熱塑性降低,鍛造時(shí)形成裂紋的傾向增大。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),將14Cr17Ni2鋼的成分控制在下列范圍內(nèi):C含量為0.13%~0.17%,Si含量不大于0.37%,Mn含量不大于0.6%,Cr含量為16.5%~17.5%,Ni含量為2.2%~2.5%,可使8鐵素體含量為10%~15%,保證一般力學(xué)性能的要求。也有人主張將鋼中的三個(gè)主要元素調(diào)整在下列范圍內(nèi):C含量為0.15%~0.25%,Cr含量為16%~16.8%,Ni含量為2%~2.5%,這樣可使δ鐵素體含量限制在3%~5%,保證要求的力學(xué)性能,但會(huì)帶來下述兩個(gè)問題:一是增加碳和降低鉻以后會(huì)損及鋼的耐腐蝕性能;二是由于碳及鎳的提高導(dǎo)致鋼中殘余奧氏體含量增多。
14Cr17Ni2鋼的鍛造加熱規(guī)范是:始鍛溫度1150℃,終鍛溫度800~900℃。鍛造加熱溫度不能過高,在高溫下停留的時(shí)間也不要過久,以免析出大量的鐵素體,影響熱處理以后的力學(xué)性能。圖9.28為14Cr17Ni2鋼(成分:0.18%C、0.41%Si、16.10%Cr、1.90%Ni、0.70%Mn)于不同溫度和時(shí)間加熱后的鐵素體數(shù)量的變化??梢钥闯?,加熱溫度較之加熱時(shí)間更能影響鋼中的鐵素體含量,而且在加熱至1000℃以上才顯著增多,因此過熱易發(fā)生于鍛造加熱不當(dāng)時(shí)。淬火加熱溫度過高及保溫時(shí)間過久也會(huì)使鐵素體含量增多,但不及鍛造過熱顯著。
鍛造時(shí)還應(yīng)注意要有足夠的鍛造比,合理地分配每次加熱的變形量,以使鐵素體晶粒破碎,獲得有利于韌性的分布狀態(tài),以及防止因變形不均勻而在兩相的界面上產(chǎn)生裂紋。
14Cr17Ni2鋼的軟化處理與Cr13型不銹鋼一樣,也是采用高溫回火或完全退火。前者是加熱至650℃左右保溫后于空氣中冷卻;后者是加熱至850~880℃保溫后爐冷至750℃后空冷。需要特別指出的是,14Cr17Ni2鋼是不銹鋼中對(duì)白點(diǎn)很敏感的鋼,用以生產(chǎn)大型鍛件,鍛后應(yīng)進(jìn)行去白點(diǎn)退火,否則鍛件有產(chǎn)生白點(diǎn)的可能。
14Cr17Ni2鋼的淬火溫度以950~980℃比較適宜,溫度超過1000℃時(shí)由于組織中鐵素體增加及出現(xiàn)殘余奧氏體,使淬火后的硬度降低(圖9.29)。淬火加熱溫度過高,一方面使奧氏體中溶解大量的碳及合金元素,穩(wěn)定性增高;另一方面,當(dāng)高溫時(shí)析出8鐵素體以后,使奧氏體中的合金元素,特別是起穩(wěn)定奧氏體作用的合金元素相對(duì)地增多,使馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)降低,殘余奧氏體含量增多。由圖9.29可以看出,稍許成分的差異也會(huì)使淬火后的硬度相差甚大。14Cr17Ni2鋼的組織中出現(xiàn)大量殘余奧氏體時(shí),會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕。在正常淬火情況下,14Cr17Ni2鋼沒有晶間腐蝕傾向。
14Cr17Ni2鋼的淬火一般采用油冷,淬火后的組織為馬氏體、鐵素體及少量的殘余奧氏體。
14Cr17Ni2鋼通常采用在275~350℃與550℃以上回火。275~350℃低溫回火后的基體組織為回火馬氏體,具有高的硬度(350~402HB)與耐腐蝕性能,適用于要求高硬度及耐腐蝕的零件。550~700℃高溫回火后的基體組織為回火索氏體,強(qiáng)度與韌性配合較好,耐蝕性也高。這兩種狀態(tài)的顯微組織雖然不同,但都具有較高的耐腐蝕性能,沒有明顯的差別,在濃度為50%的冷態(tài)或沸騰的5%硝酸中,均具有10級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中的第3級(jí)(表9.1)。高溫回火工藝主要用于要求強(qiáng)度和韌性配合較好和耐腐蝕的結(jié)構(gòu)零件。
與Cr13型不銹鋼一樣,14Cr17Ni2鋼一般不采用350~550℃回火,在這一溫度區(qū)間回火的14Cr17Ni2鋼的耐蝕性能與沖擊韌性均低,這與它具有回火脆性和“475℃脆性”有關(guān)。14Cr17Ni2鋼在550℃左右回火后,油冷后的沖擊值比空冷后約高出一倍。14Cr17Ni2鋼在450℃重復(fù)加熱時(shí),隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng),沖擊值顯著降低,與冷卻條件無關(guān),這表明該鋼還具有高鉻鋼固有的475℃脆性。
當(dāng)淬火的14Cr17Ni2鋼中存在殘余奧氏體時(shí),在高溫回火過程中它們不可能完全等溫分解,而是析出一部分碳化物后殘余奧氏體的穩(wěn)定性降低,于回火過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,結(jié)果使調(diào)質(zhì)后鋼的強(qiáng)度升高,而塑性與韌性降低。在這種情況下,可在原來的回火溫度再進(jìn)行一次回火,使新生成的馬氏體分解為回火索氏體,從而使強(qiáng)度降低,而塑性與韌性提高。
14Cr17Ni2鋼熱處理后具有較高的強(qiáng)度和硬度,對(duì)氧化酸類及有機(jī)鹽類的水溶液有良好的耐蝕性,一般用于既要求高力學(xué)性能的可淬硬性,又要求較高的耐硝酸及有機(jī)酸腐蝕的零件、容器和設(shè)備,如軸類、活塞桿、泵、閥等的部件,以及彈簧和緊固件等。
17Cr16Ni2是新列入 GB/T 1220-2007中的鋼號(hào)。與14Cr17Ni2鋼相比,17Cr16Ni2鋼適當(dāng)增加了碳含量,略減少鉻含量,從而明顯改善了鋼的加工性能。該鋼適于制作要求較高強(qiáng)度、韌性和良好耐蝕性的零部件,以及在潮濕介質(zhì)中承受應(yīng)力的部件。
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