以不銹性、耐蝕性為主要特性,且鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)至少為10.5%,碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大不超過1.2%的鋼,且基體為奧氏體或馬氏體組織,并通過沉淀硬化(又稱時效硬化)處理使其硬(強(qiáng))化的不銹鋼管，稱為沉淀硬化型不銹鋼管。
奧氏體和鐵素體不銹鋼有良好的耐蝕性,但強(qiáng)度較低;馬氏體不銹鋼的強(qiáng)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(diǎn),兼有奧氏體不銹鋼的耐蝕性和馬氏體不銹鋼的高強(qiáng)度。沉淀硬化不銹鋼是20世紀(jì)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,碳含量低(碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(qiáng)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(qiáng)度達(dá)到超高強(qiáng)度鋼的水平,而且有較高的高溫強(qiáng)度。因此,廣泛應(yīng)用于既需要高強(qiáng)度,又要求高耐蝕性和抗氧化性的零部件,如航空發(fā)動機(jī)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(jī)、高強(qiáng)度鍛件、高壓系統(tǒng)的閥門部件等。
沉淀硬化不銹鋼管兼有強(qiáng)度高、耐蝕性好的特點(diǎn)。其耐蝕性不但與化學(xué)成分有關(guān),還與熱處理有關(guān),特別是與時效溫度密切相關(guān)。微細(xì)的析出或時效反應(yīng)對耐蝕性有害,但能提高鋼的強(qiáng)度和硬度。若進(jìn)行過時效處理,則對耐蝕性有益,但會降低鋼的強(qiáng)度。
沉淀硬化不銹鋼管屬于高強(qiáng)度不銹鋼管,在工業(yè)應(yīng)用中要特別注意氫裂和應(yīng)力腐蝕開裂,因為這兩種腐蝕形式對高強(qiáng)度和內(nèi)部組織特別敏感。
在酸性 H2S 水溶中, 05Cr17Ni4Cu4Nb 馬氏體沉淀硬化不銹鋼管和07Cr17Ni7Al 半奧氏體沉淀硬化不銹鋼管均易發(fā)生氫脆,且對時溫度十分敏感,如05Cr17Ni4Cu4Nb 鋼在317℃時效,易破斷,而在510℃以上溫度時效,則不破斷。為了改善沉淀硬化不銹鋼的抗氫脆性能,采用較高溫度的時效或過時效是最好的辦法。
07Cr17Ni7Al、05Cr17Ni4Cu4Nb、05Cr15Ni5Cu4Nb、07Cr15Ni7Mo2Al 等沉淀硬化不銹鋼的時效組織為馬氏體,耐應(yīng)力腐蝕行為類似于馬氏體不銹鋼。采用斷裂力學(xué)方法研究表明,沉淀硬化不銹鋼應(yīng)力腐蝕開裂的臨界強(qiáng)度因子隨鋼的強(qiáng)度水平的增高而降低,且馬氏體型不銹鋼往往比半奧氏體型不銹鋼的斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能高得多。過時效態(tài)的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能和斷裂韌性均比最高強(qiáng)度時態(tài)好。在決定沉淀硬化不銹鋼抗應(yīng)力腐蝕開裂性能參數(shù)中,鋼的屈服強(qiáng)度是一個決定性作用的參數(shù)。當(dāng)沉淀硬化不銹鋼的屈服強(qiáng)度超過1035MPa時,在海洋大氣中會呈現(xiàn)應(yīng)力腐蝕開裂。
典型的馬氏體沉淀硬化不銹鋼05Cr17Ni4Cu4Nb的耐蝕性比馬氏體不銹鋼好,與18-8型奧氏體不銹鋼相當(dāng)。這是因為馬氏體沉淀硬化不銹鋼 05Cr17Ni4Cu4Nb 鋼時效析出富銅相,故在氧化性酸(如HNO3)中的時效態(tài)比固溶態(tài)的耐蝕性差,在還原性酸(如H2SO4) 中耐蝕性較好。07Cr17Ni7Al半奧氏體沉淀硬化鋼的耐蝕性接近于 05Cr17Ni4Cu4Nb鋼,在氧化性酸中耐蝕性良好,但不能用于H2SO4、HCl等還原性酸。為了改善不銹鋼在還原性酸中的耐蝕性,在鋼中加銅、鉬是有利的。故在此基礎(chǔ)上發(fā)展了 07Cr15Ni7Mo2Al、05Cr15Ni5 Cu4Nb 等沉淀硬化不銹鋼管。
