馬氏體不銹鋼
通過熱處理可以調(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號(hào)為Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。淬火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強(qiáng)韌性組合，主要用于蒸汽輪機(jī)葉片、餐具、外科手術(shù)器械。根據(jù)化學(xué)成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。根據(jù)組織和強(qiáng)化機(jī)理的不同，還可分為馬氏體不銹鋼、馬氏體和半奧氏體（或半馬氏體）沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時(shí)效不銹鋼等。
基本介紹
標(biāo)準(zhǔn)的馬氏體不銹鋼是：403、410、414、416、416(Se)、420、430、431、440A、440B和440C型，有磁性；這些鋼材的耐腐蝕性來自“鉻”，其范圍是從11.5至18%，鉻含量愈高的鋼材需碳含量愈高，以確保在熱處理期間馬氏體的形成，上述三種440型不銹鋼很少被考慮做為需要焊接的應(yīng)用，且440型成份的熔填金屬不易取得。
標(biāo)準(zhǔn)馬氏體鋼材的改良，含有類如鎳、鉬、釩等的添加元素，主要是用于將標(biāo)準(zhǔn)鋼材受限的容許工作溫度提升至高于1100K，當(dāng)添加這些元素時(shí)，碳含量也增加，隨著碳含量的增加，在焊接物的硬化熱影響區(qū)中避免龜裂的問題變成更嚴(yán)重。
性能
馬氏體不銹鋼能在退火、和硬化與回火的狀態(tài)下焊接，無論鋼材的原先狀態(tài)如何，經(jīng)過焊接后都會(huì)在鄰近焊道處產(chǎn)生一硬化的馬氏體區(qū)，熱影響區(qū)的硬度主要是取決于母材金屬的碳含量，當(dāng)硬度增加時(shí)，則韌性減少，且此區(qū)域變成較易產(chǎn)生龜裂、預(yù)熱和控制層間溫度，是避免龜裂的最有效方法，為得最佳的性質(zhì)，需焊后熱處理。
馬氏體不銹鋼是一類可以通過熱處理（淬火、回火）對(duì)其性能進(jìn)行調(diào)整的不銹鋼，通俗地講，是一類可硬化的不銹鋼。這種特性決定了這類鋼必須具備兩個(gè)基本條件：一是在平衡相圖中必須有奧氏體相區(qū)存在，在該區(qū)域溫度范圍內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間加熱，使碳化物固溶到鋼中之后，進(jìn)行淬火形成馬氏體，也就是化學(xué)成分必須控制在γ或γ+α相區(qū)，二是要使合金形成耐腐蝕和氧化的鈍化膜，鉻含量必須在10.5%以上。按合金元素的差別，可分為馬氏體鉻不銹鋼和馬氏體鉻鎳不銹鋼。
馬氏體鉻不銹鋼的主要合金元素是鐵、鉻和碳。圖1-4是Fe-Cr系相圖富鐵部分，如Cr大于13%時(shí)，不存在γ相，此類合金為單相鐵素體合金，在任何熱處理制度下也不能產(chǎn)生馬氏體，為此必須在內(nèi)Fe-Cr二元合金中加入奧氏體形成元素，以擴(kuò)大來說，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允許更高的鉻含量。在馬氏體鉻不銹鋼中，除鉻外，C是另一個(gè)最重要的必備元素，事實(shí)上，馬氏體鉻不銹耐熱鋼是一類鐵、鉻、碳三元合金。當(dāng)然，還有其他元素，利用這些元素，可根據(jù)Schaeffler圖確定大致的組織。
馬氏體不銹鋼主要為鉻含量在12%-18%范圍內(nèi)的低碳或高碳鋼。各國(guó)廣泛應(yīng)用的馬氏體不銹鋼鋼種有如下3類：
1.低碳及中碳13%Cr鋼
2.高碳的18%Cr鋼
3.低碳含鎳（約2%）的17%Cr鋼
馬氏體不銹鋼具備高強(qiáng)度和耐蝕性，可以用來制造機(jī)器零件如蒸汽渦輪的葉片（1Cr13）、蒸汽裝備的軸和拉桿（2Cr13），以及在腐蝕介質(zhì)中工作的零件如活門、螺栓等（4Cr13）。碳含量較高的鋼號(hào)（4Cr13、9Cr18）則適用于制造醫(yī)療器械、餐刀、測(cè)量用具、彈簧等。
與鐵素體不銹鋼相似，在馬氏體不銹鋼中也可以加入其它合金元素來改進(jìn)其他性能：1.加入0.07%S或Se改善切削加工性能，例如1Cr13S或4Cr13Se；2.加入約1%Mo及0.1% V，可以增加9Cr18鋼的耐磨性及耐蝕性；3.加入約1Mo-1W-0.2V，可以提高1Cr13及2Cr13鋼的熱強(qiáng)性。
馬氏體不銹鋼與調(diào)制鋼一樣，可以使用淬火、回火及退火處理。其力學(xué)性質(zhì)與調(diào)制鋼也相似：當(dāng)硬度升高時(shí)，抗拉強(qiáng)度及屈服強(qiáng)度升高，而伸長(zhǎng)率、截面收縮率及沖擊功則隨著降低。
馬氏體不銹鋼的耐蝕性主要取決于鉻含量，而鋼中的碳由于與鉻形成穩(wěn)定的碳化鉻，又間接的影響了鋼的耐蝕性。因此在13%Cr鋼中，碳含量越低，則耐蝕性越高。而在1Cr13、2Cr13、3Cr13及4Cr13四種鋼中，其耐蝕性與強(qiáng)度的順序恰好相反。
在加工產(chǎn)品的時(shí)候，為了提高馬氏體不銹鋼產(chǎn)品的強(qiáng)度和硬度，會(huì)增加碳含量，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的塑性和耐蝕性下降。所以通常馬氏體不銹鋼加工出來的產(chǎn)品的耐蝕性較差。
分類
馬氏體不銹鋼根據(jù)化學(xué)成分不同可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類；根據(jù)組織和強(qiáng)化機(jī)理的不同則可分為馬氏體和半奧氏體沉淀硬化不銹鋼以及馬氏體時(shí)效不銹鋼等。
(1)馬氏體鉻鋼。鋼中除含鉻外還含一定量的碳。鉻含量決定鋼的耐蝕性，碳含量越高則強(qiáng)度、硬度和耐磨性越高。此類鋼的正常組織為馬氏體，有的還含有少量的奧氏體、鐵素體或珠光體。主要用于制造對(duì)強(qiáng)度、硬度要求高，而對(duì)耐腐蝕性能要求不太高的零件、部件以及工具、刀具等。典型鋼號(hào)有2Crl3、4Crl3、9Crl8等。
(2)馬氏體鉻鎳鋼。包括馬氏體沉淀硬化不銹鋼、半奧氏體沉淀硬化不銹鋼和馬氏體時(shí)效不銹鋼等，都是高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度不銹鋼。此類鋼碳含量較低(低于0．10%)，并含有鎳，有些牌號(hào)還含有較高的鉬、銅等元素，所以此種鋼在具有高強(qiáng)度的同時(shí)，強(qiáng)度與韌性的配合以及耐蝕性、焊接性等均優(yōu)于馬氏體鉻鋼。Crl7Ni2是最常用的一種低鎳馬氏體不銹鋼。馬氏體沉淀硬化不銹鋼通常還含有Al、Ti、Cu等元素，它是在馬氏體基體上通過沉淀硬化作用析出Ni3A1、Ni3Ti等彌散強(qiáng)化相而進(jìn)一步提高鋼的強(qiáng)度，如Crl7Ni4Cu4等牌號(hào)；而半奧氏體(或稱半馬氏體)沉淀硬化不銹鋼，由于淬火狀態(tài)仍為奧氏體組織，所以淬火態(tài)仍可進(jìn)行冷加工成型，然后通過中間處理、時(shí)效處理等工藝進(jìn)行強(qiáng)化，這樣就可以避免馬氏體沉淀硬化不銹鋼中的奧氏體淬火后直接轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，導(dǎo)致隨后加工成型困難的缺點(diǎn)。常用的鋼種有0Crl7Ni7AI、0Crl5Ni7M02A1等。此類鋼強(qiáng)度較高，一般達(dá)1200～1400MPa，常用于制作對(duì)耐蝕性能要求不太高但需要高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)件，如飛機(jī)蒙皮等。
馬氏體時(shí)效不銹鋼，是在超低碳馬氏體時(shí)效鋼的基礎(chǔ)上加入高于10%的鉻制成的，既保有馬氏體時(shí)效鋼的良好綜合性能，又提高了耐蝕性。此類鋼碳含量低于0．03%，鉻含量為10%～15%，鎳含量為6%～1 1%(或鈷含量為10%～20%)，并加入Mo、Ti、Cu等強(qiáng)化元素。
不銹鋼牌號(hào)分組
不銹鋼的型號(hào)，按成分可分為Cr系（400系列）、Cr－Ni系（300系列）、Cr－Mn－Ni（200系列）及析出硬化系（600系列）。
200 系列—鉻-鎳-錳 奧氏體不銹鋼（能否用于食品存在爭(zhēng)議）
300 系列—鉻-鎳 奧氏體不銹鋼
型號(hào)301—延展性好，用于成型產(chǎn)品。也可通過機(jī)械加工使其迅速硬化。焊接性好?？鼓バ院推趶?qiáng)度優(yōu)于304不銹鋼。
型號(hào)302—耐腐蝕性同304，由于含碳相對(duì)要高因而強(qiáng)度更好。
型號(hào)303—通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。
型號(hào)304—通用型號(hào)；即18/8不銹鋼。GB牌號(hào)為0Cr18Ni9。
型號(hào)309—較之304有更好的耐溫性。
型號(hào)316—繼304之後，第二個(gè)得到最廣泛應(yīng)用的鋼種，主要用于食品工業(yè)和外科手術(shù)器材，添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結(jié)構(gòu)。由于較之304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力因而也作“船用鋼”來使用。SS316則通常用于核燃料回收裝置。18/10級(jí)不銹鋼通常也符合這個(gè)應(yīng)用級(jí)別。[1]
型號(hào)321—除了因?yàn)樘砑恿蒜佋亟档土瞬牧虾缚p銹蝕的風(fēng)險(xiǎn)之外其他性能類似304。
400 系列—鐵素體和馬氏體不銹鋼
型號(hào)408—耐熱性好，弱抗腐蝕性，11%的Cr，8%的Ni。
型號(hào)410—馬氏體（高強(qiáng)度鉻鋼），耐磨性好，抗腐蝕性較差。
型號(hào)416—添加了硫改善了材料的加工性能。
型號(hào)420—“刃具級(jí)”馬氏體鋼，類似布氏高鉻鋼這種最早的不銹鋼。也用于外科手術(shù)刀具，可以做的非常光亮。
型號(hào)430—鐵素體不銹鋼，裝飾用，例如用于汽車飾品。良好的成型性，但耐溫性和抗腐蝕性要差。
型號(hào)440—高強(qiáng)度刃具鋼，含碳稍高，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚磲峥梢垣@得較高屈服強(qiáng)度，硬度可以達(dá)到58HRC，屬于最硬的不銹鋼之列。最常見的應(yīng)用例子就是“剃須刀片”。常用型號(hào)有三種：440A、440B、440C，另外還有440F（易加工型）。
500 系列—耐熱鉻合金鋼。
600 系列—馬氏體沉淀硬化不銹鋼。
型號(hào)630—最常用的沉淀硬化不銹鋼型號(hào)，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。
