GB/T 1220-2007中列入了兩個低碳含鎳的Cr17Ni2型鋼:14Cr17Ni2 和17Cr16Ni2。
14Cr17Ni2鋼是在Cr17鋼的基礎上加入了2%Ni。由于鎳能使γ區擴大,使Cr17鋼的純鐵素體組織過渡到在高溫時為α+y的兩相狀態,使鋼能夠淬火成馬氏體而部分地接受強化。因此,14Cr17Ni2鋼既具有相當于Cr13型不銹鋼(12Cr13、20Cr13)的力學性能,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)接觸時具有很高的電化學穩定性。所以,14Cr17Ni2鋼被廣泛應用于化工機械、造船工業及航空工業等方面。
由于14Cr17Ni2鋼中的碳、鉻、鎳三個主要元素含量的上、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雜,但在大多數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鋼化學成分的不大變化(在規定的范圍內),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。可見14Cr17Ni2鋼的碳、錳、鎳偏上限,鉻和硅偏下限時,鐵素體含量減少,反之則增多。氮雖然不是規定的元素,但微量的氮卻起著很大的作用(圖9.19)。
與12Cr13鋼一樣,14Cr17Ni2鋼中出現大量的鐵素體時,使力學性能降低,主要表現在沖擊韌度方面(表9.24),對強度的影響較小。14Cr17Ni2鋼的沖擊韌度還與鐵素體的分布有關,鐵素體呈斷續網狀分布的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使熱塑性降低,鍛造時形成裂紋的傾向增大。根據生產實踐經驗,將14Cr17Ni2鋼的成分控制在下列范圍內: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%,保證一般力學性能的要求。也有人主張將鋼中的三個主要元素調整在下列范圍內: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%,保證要求的力學性能,但會帶來下述兩個問題:一是增加碳和降低鉻以后會損及鋼的耐腐蝕性能;二是由于碳及鎳的提高導致鋼中殘余奧氏體含量增多。
14Cr17Ni2鋼的鍛造加熱規范是: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)于不同溫度和時間加熱后的鐵素體數量的變化。可以看出,加熱溫度較之加熱時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,因此過熱易發生于鍛造加熱不當時。淬火加熱溫度過高及保溫時間過久也會使鐵素體含量增多,但不及鍛造過熱顯著。
鍛造時還應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,以及防止因變形不均勻而在兩相的界面上產生裂紋。
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鋼是不銹鋼中對白點很敏感的鋼,用以生產大型鍛件,鍛后應進行去白點退火,否則鍛件有產生白點的可能。
14Cr17Ni2鋼的淬火溫度以950~980℃比較適宜,溫度超過1000℃時由于組織中鐵素體增加及出現殘余奧氏體,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,穩定性增高;另一方面,當高溫時析出8鐵素體以后,使奧氏體中的合金元素,特別是起穩定奧氏體作用的合金元素相對地增多,使馬氏體轉變點降低,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使淬火后的硬度相差甚大。14Cr17Ni2鋼的組織中出現大量殘余奧氏體時,會出現晶間腐蝕。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,強度與韌性配合較好,耐蝕性也高。這兩種狀態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%的冷態或沸騰的5%硝酸中,均具有10級標準中的第3級(表9.1)。高溫回火工藝主要用于要求強度和韌性配合較好和耐腐蝕的結構零件。
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。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℃重復加熱時,隨加熱時間的延長,沖擊值顯著降低,與冷卻條件無關,這表明該鋼還具有高鉻鋼固有的475℃脆性。
當淬火的14Cr17Ni2鋼中存在殘余奧氏體時,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定性降低,于回火過程中轉變為馬氏體,結果使調質后鋼的強度升高,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,從而使強度降低,而塑性與韌性提高。
14Cr17Ni2鋼熱處理后具有較高的強度和硬度,對氧化酸類及有機鹽類的水溶液有良好的耐蝕性,一般用于既要求高力學性能的可淬硬性,又要求較高的耐硝酸及有機酸腐蝕的零件、容器和設備,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。與14Cr17Ni2鋼相比,17Cr16Ni2鋼適當增加了碳含量,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度、韌性和良好耐蝕性的零部件,以及在潮濕介質中承受應力的部件。
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