超級馬氏體不銹鋼

顯組織

超級馬氏體不銹鋼典型的基體金屬顯組織為回火馬氏體。這種低碳回火馬氏體組織具有很高的強度和韌性。根據(jù)含鎳量的不同、熱處理條件的差異，一些牌號的超級馬氏體不銹鋼基體顯組織中可能會出現(xiàn)10％～40％的細小彌散狀殘留奧氏體。對于含鉻16％等級的超級馬氏體不銹鋼，顯組織中可能出現(xiàn)少量的δ鐵素體。為了獲得理想的細晶?；鼗瘃R氏體，在鋼板交貨之前一般都經過淬火加回火處理。

機械性能

超級馬氏體不銹鋼不僅具有較好的耐腐蝕性、可焊接性，而且具有強度高和低溫韌性好的特點。典型的機械性如下：

延伸率大于12％

焊接性能

馬氏體不銹鋼含鉻13％，由于鐵素體晶粒在焊接過程中粗化和硬化，而使其可焊性很差。以往，這類不銹鋼的用途嚴格限制于非焊接零件的安裝。經過冶煉工藝的不斷改進，降低了馬氏體不銹鋼中的碳、氮、硫含量，又增加了一定量的鎳（ 含量達6.5％）和鉬（ 含量2.5％），從而開發(fā)出了超級馬氏體不銹鋼。這種材料在加工制造過程中又采取了特殊的工藝措施，使得新的超級馬氏體不銹鋼的焊接性能大大超過了傳統(tǒng)的馬氏體不銹鋼。

超級馬氏體不銹鋼的焊接可以采用人們熟悉的焊接工藝，諸如氣體保護金屬極電弧焊（GMAW或SMAW），氣體保護鎢電弧焊（GTAW）。埋弧焊（SAW）和勵磁線圈電弧焊（FAW）。對于環(huán)縫焊接可以使用GTSW、GMAW和SAW，直縫焊大多數(shù)使用SAW。但是，激光焊和電子束焊也非常有吸引力。激光焊對生產直縫焊管是一種經濟的焊接方法。由于冷卻速度快，在焊縫中可以獲得全馬氏體顯組織，從而得到很好的韌性和滿意的耐蝕性。

耐蝕性能

超級馬氏體不銹鋼由于含碳量低，相當于提高了基體金屬中含鉻量的比例，所以耐腐蝕性好。

對于弱酸性腐蝕環(huán)境，超馬氏體不銹鋼有取代其它耐蝕合金的趨勢。但是，在高溫和有二氧化碳存在的腐蝕條件下，會產生一般腐蝕和局部腐蝕，在二氧化碳和硫化氫同時存在的腐蝕條件下，必須考慮在室溫下產生的應力腐蝕裂紋和在高溫下產生的局部腐蝕和一般腐蝕。根據(jù)腐蝕條件的不同（如CO2或CO2＋H2S），開發(fā)了不同牌號的超馬氏體不銹鋼（含鉬或不含鉬）。這種超13Cr不銹鋼已成功地應用于北海地區(qū)的Gullfaks油田和Asgard油田。

沉淀硬化鋼常用牌號：
17-4PH/0Cr17Ni4Cu4Nb/05Cr17Ni4Cu4Nb/AISI630,UNS S17400/SUS630/X5CrNiCuNb16-4/PH15-7Mo/（UNS S15700、SUS 632）0Cr15Ni7Mo2Al/ AM-350(UNS S35000/SUS 633)0Cr16Ni4Mo3N/17-7PH(SUS 631) 07Cr17Ni7Al/UNS S17700/AISI 631/ PH13-8Mo/0Cr13Ni8Mo2Al（UNS S13800、XM13/04Cr13Ni8Mo2Al/15-5PH（UNS S15500、XM12）1.4545/XM-12/05Cr15Ni5Cu4Nb/0Cr15Ni5Cu4Nb/Custom-455/00Cr12Ni8Cu2TiNb /AM-355(634型) AM350/0Cr16Ni4Mo3N
根據(jù)鋼的組織可分為3類：(1)馬氏體沉淀硬化不銹鋼，以中國0Cr17Ni7TiAl和0Cr17Ni4Cu4Nb為代表。(2)半奧氏體沉淀硬化不銹鋼，以0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al為代表。(3)奧氏體沉淀硬化不銹鋼，它實際上為鐵基高溫合金，以0Cr15Ni20Ti2MoVB、1Cr17Ni10P為代表。
設計要點 (1)馬氏體沉淀硬化不銹鋼。鋼中碳含量一般≤0.1％，但≥0.05％，目的是既有好的焊接性、耐蝕性，又具有較好的強韌性；鉻含量一般在16％～17％以保證足夠的不銹性和耐蝕性；合適的鎳、鉻當量，以便鋼中δ-鐵素體的含量處于水平(一般≤5％)，以免損害橫向性能和降低鋼的強度。各種合金元素的鐵素體形成效果如下：
0.1％N 0.1％C 1％Ni 1％Co 1％Cu
-20 -18 -10 -6 -3
1％Mn 1％w 1％Si 1％Mo 1％Cr
-1 ＋8 ＋8 ＋11 ＋15
1％V 1％Al
＋19 ＋38
元素的配比應使馬氏體相變開始溫度(Ms點)在150℃以上馬氏體相變基本完成溫度，(Mf點)在50℃以上，下述經驗公式可作計算Ms點時的參考：
Ms={75(14.6-％Cr)＋110(8.9-％Ni)＋3000
[0.068-％(C＋N)]＋60(1.33＋％Mn＋50
(0.17-％Si)}，℃
添加適量沉淀硬化元素如銅和鈦等以便形成ε富銅相和NiTi相等進行強化。。

 

五、造與熱處理
1：加熱 對于哈氏B-2合金來說，在加熱前和加熱過程中表面保持清潔并遠離污染物是十分重要的。如果哈氏B-2合金在含有硫、磷、鉛或其他低熔點金屬污染物的環(huán)境下加熱，則會變脆，這些污染物的來源主要包括標記筆痕跡、溫度指示漆、油脂和液體、煙氣。此煙氣必須含硫低；例如：天然氣和液化石油氣含硫量不超過0.1%，城市空氣含硫量不超過0.25g/m3,燃料油的含硫量不超過0.5%即為合格。 對加熱爐的氣體環(huán)境要求是中性環(huán)境或輕還原性環(huán)境，并且不可以在氧化性和還原性之間波動。爐中的火焰不可以直接沖擊哈氏B-2合金。同時要以快的加熱速度把材料加熱到要求達到的溫度，即要求首先要把加熱爐的溫度上升到要求溫度，再把材料放入爐中加熱。
2：熱加工 哈氏B-2合金可以在900~1160℃范圍內進行熱加工，加工過后應該以水淬火。為了確保有的耐蝕性能，熱加工過后應該退火。
3：冷加工 冷加工的哈氏B-2合金必須經過固溶處理，由于其具有比奧氏體不銹鋼高得多的加工硬化率，所以成形設備要細心考慮。如果執(zhí)行了冷成形工藝，那么有必要進行級間退火。 冷加工變形量超過15%時，使用前要固溶處理。
4：熱處理 固溶熱處理溫度要控制在1060~1080℃之間，之后進行水冷淬火或材料厚度在1.5mm以上時可以快速空冷以獲得的耐蝕性能。在任何加熱操作過程中，材料的表面清潔均要有預先的防范。哈氏合金材料或設備部件在進行熱處理時要注意以下一些問題：為了防止設備部件熱處理變形，應采用不銹鋼加強環(huán)；對裝爐溫度、加熱和冷卻時間應嚴格控制；裝爐前，對熱處理件進行預處理，防止產生熱裂紋；熱處理后，對熱處理件PT；在熱處理過程中如產生熱裂紋，經過打磨后需補焊者，要采用專門的補焊工藝。
5：除垢 哈氏B-2合金表面的氧化物和焊縫附近的污點都要以精細的砂輪等打磨干凈。 由于哈氏B-2合金對氧化性介質比較敏感，因此酸洗過程中會產生較多的含氮元素的氣體。
6：機加工 哈氏B-2合金要以退火狀態(tài)進行機加工，對它的加工硬化要有清醒的認識，例如：相對于標準奧氏體不銹鋼要采用較慢的表面切削速度，對于表面的硬化層要采用較大的進刀量，并使刀具處于連續(xù)的工作狀態(tài)。
7：焊接 哈氏B-2合金焊縫金屬及熱影響區(qū)由于易析出β相而導致貧Mo，從而易于產生晶間腐蝕，因此，哈氏B-2合金的焊接工藝應謹慎制定，嚴格控制。一般焊接工藝如下：焊材選用ERNi-Mo7；焊接方法GTAW；控制層間溫度不大于120℃；焊絲直徑φ2.4、φ3.2；焊接電流90~150A。同時，施焊前，焊絲、被焊接件坡口及相鄰部位應進行去污脫脂處理。 哈氏B-2合金熱傳導系數(shù)比鋼小得多，如選用單V型坡口，則坡口角度要在70°左右，采用較低的熱輸入量。 通過焊后熱處理可以殘余應力并改善抗應力腐蝕斷裂性能。