奧氏體和鐵素體不銹鋼有良好的耐蝕性,但強度較低;馬氏體不銹鋼的強度高,但耐蝕性較差。沉淀硬化不銹鋼綜合了這幾類鋼的特點,兼有奧氏體不銹鋼的耐蝕性和馬氏體不銹鋼的高強度。沉淀硬化不銹鋼是20世紀40年代以來,為適應(yīng)航空、航天工業(yè)迅速發(fā)展的需要而開發(fā)的鋼種,其化學(xué)成分一般不超過18-8型奧氏體不銹鋼種的Cr、Ni含量,碳含量較低,一般低于0.10%,通過添加硬化元素(鋁、銅、鉬、鈦和鈮等),在最終形成馬氏體后,經(jīng)時效處理,析出金屬間化合物(Ni3Al、Ni3Ti)和某些少量碳化物以產(chǎn)生沉淀硬化。它比普通馬氏體不銹鋼具有更高的強度,更好的焊接性、韌性、冷加工成形性和耐蝕性等。某些沉淀硬化不銹鋼的強度達到超高強度鋼的水平,而且有較高的高溫強度。因此,廣泛應(yīng)用于既需要高強度,又要求高耐蝕性和抗氧化性的零部件,如航空發(fā)動機的低壓蝸輪軸、導(dǎo)向葉片、工作葉片、風(fēng)扇框架、燃燒室部件以及石油化工、船舶、核反應(yīng)堆、汽輪機、高強度鍛件、高壓系統(tǒng)的閥門部件等。
典型沉淀硬化不銹鋼的鋼號用PH來表示。這類鋼是在18-8型鋼及Cr13型鋼的基礎(chǔ)上,加入起沉淀硬化作用的元素,經(jīng)固溶退火和時效處理的雙重處理產(chǎn)生沉淀硬化。沉淀硬化不銹鋼分為馬氏體沉淀硬化、半奧氏體沉淀硬化和奧氏體沉淀硬化不銹鋼。所以這類鋼不僅具有很好的耐腐蝕性,而且具有很高的強度,焊接性也很好。典型的馬氏體沉淀硬化不銹鋼有05Cr17Ni4Cu4Nb(0Cr17Ni4Cu4Nb17-4PH);半奧氏體沉淀硬化不銹鋼有07Cr17Ni7Al(17-7PH);奧氏體沉淀硬化不銹鋼有06Cr17Ni10P(17-10P)。
沉淀硬化不銹鋼可區(qū)分為馬氏體、半奧氏體和奧氏體沉淀硬化不銹鋼三種主要類型,近年來又出現(xiàn)了鐵素體沉淀硬化不銹鋼。在馬氏體沉淀不銹鋼中,基于馬氏體時效鋼的經(jīng)驗,近年來出現(xiàn)了馬氏體時效不銹鋼,與前者比較,后者碳含量較低,其強化手段主要是靠金屬間化合物析出,且熱處理簡單。
沉淀硬化不銹鋼的特點如下:
1. 沉淀硬化不銹鋼的熱處理工藝復(fù)雜,只有按規(guī)定嚴格執(zhí)行、嚴格控制溫度、時間、冷卻速度等參數(shù)才能得到理想的性能。
2. 沉淀硬化不銹鋼中沉淀硬化相在沉淀硬化不銹鋼中,經(jīng)時效處理后其主要沉淀硬化相有面心立方結(jié)構(gòu)富銅相,時效相的類型與存在與否和合金成分、熱處理條件相關(guān)。
至目前為止,在世界范圍內(nèi)已有十多個牌號,我國標準(GB/T 20878-2007)列入十個牌號。