马氏体不锈钢:性能、等级和应用
马氏体不锈钢是不锈钢的四种主要类型之一(奥氏体，铁素体，双工马氏体)。主要是为了满足硬度、高强度、耐磨、耐腐蚀等性能要求而开发的。它们也是铁磁性的，这意味着在磁场消失后它们可以保留磁性。与铁素体和奥氏体不锈钢不同，它们可以通过热处理硬化。然而，由于其铬含量相对较低，马氏体不锈钢的耐腐蚀性不如铁素体或奥氏体不锈钢[1]。
马氏体不锈钢组成400系列不锈钢。410等级是基础等级，也是最常用的等级。它通常含有11.5 - 13%的铬，0.15%的碳，0.1%的锰，用于燃气轮机叶片和刀具等应用。416是另一个受欢迎的等级。它含有更多的铬和锰，并添加钼和硫/硒，用于制造螺钉和齿轮。
在这篇文章中，你将了解到:
- 马氏体不锈钢的性能
- 马氏体不锈钢的热处理
- 马氏体不锈钢的应用
- 等级及标准
马氏体不锈钢的性能
马氏体不锈钢通常含有11.5至18%的铬，高达1%的碳，以及其他元素，如镍、硒、磷、钒和硫，以不同等级添加以达到特定的性能。这些钢在高温下具有面心立方(FCC)结构，但在热处理过程中淬火时，奥氏体转变为体心立方(BCC)结构的马氏体。
马氏体不锈钢非常适合热处理，因为它们可以淬火和回火以获得更好的机械性能，例如更高的硬度和抗拉强度。它们也是不锈钢的一种precipitation-hardenable满足一定的机械性能要求。马氏体不锈钢虽然可以热加工，但不具有良好的成形性和焊接性，但添加硫可以提高其切削加工性。如果含碳量低，这些钢可以相对容易地进行冷加工。
表1。选定硬化马氏体不锈钢的性能。
屈服强度在20℃时 |
540 MPa |
760 MPa |
1070 MPa |
1650 MPa |
1860 MPa |
1900 MPa |
泊松比在20℃时 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
0.3 |
艺龙。在20℃时 |
16% |
12% |
15% |
5% |
3% |
2% |
抗拉str。在20℃时 |
740 MPa |
980 MPa |
1390 MPa |
1790 MPa |
1930 MPa |
1970 MPa |
Elec.电导率。在20℃时 |
1.68 * 107S / m |
1.68 * 107S / m |
1.45 * 107S / m |
1.57 * 107S / m |
1.28 * 107S / m |
1.28 * 107S / m |
CTE在20℃时 |
1.1 * 1051 / K |
1 * 1051 / K |
1.2 * 1051 / K |
1 * 1051 / K |
1 * 1051 / K |
1 * 1051 / K |
热电导率。在20℃时 |
30 W / (m·K) |
30 W / (m·K) |
25 W / (m·K) |
30 W / (m·K) |
15 W / (m·K) |
15 W / (m·K) |
熔点为20°C |
1480°C |
1450°C |
1450°C |
1370°C |
1370°C |
1370°C |
比热容在20℃时 |
460 J /(公斤·K) |
460 J /(公斤·K) |
460 J /(公斤·K) |
460 J /(公斤·K) |
430 J /(公斤·K) |
430 J /(公斤·K) |
马氏体不锈钢的热处理
马氏体不锈钢的热处理经历三个过程，即奥氏体化、淬火和回火。
Austenitising
奥氏体化是将钢加热到980°之间C和1050°C，使钢处于奥氏体相，具有FCC晶体结构。
淬火
淬火发生在钢在空气或其他介质(如油)中迅速冷却时，它将大部分奥氏体转化为具有新的BCC晶体结构的马氏体。这种新形成的马氏体与奥氏体相比非常坚硬。
回火
回火是指对钢的机械性能进行定制。这是一个比奥氏体化和淬火更复杂的过程。淬火马氏体不适用于大多数应用，因此需要进一步热处理。回火包括将钢加热到500°左右在空气中冷却之前保持在这个温度。回火必须在特定的温度范围内进行，因为它们会影响成品钢的力学性能，如抗拉强度、伸长率和抗冲击性。
图1所示。钢相图显示碳含量与温度之间的关系。马氏体钢出现在图的下端。（Fractory）
马氏体不锈钢的应用
马氏体不锈钢具有很高的导热性，这使得它们适合于需要良好热分布的应用，例如热交换器。此外，它们的低热膨胀系数(CTE)使它们更有可能在高温下保持形状。由于杨氏模量高，它们还用于航空航天应用，需要高度的刚度。以下是一些马氏体钢常见牌号的一些应用。
表2。马氏体不锈钢[1]的典型应用。
符合美国钢铁协会的年级 |
应用程序 |
410 |
通用马氏体钢。适用于腐蚀性较弱的场合。应用包括餐具，蒸汽和燃气轮机叶片，衬套等。 |
416 |
含有额外的硫和磷，以提高其可加工性。它的变种416Se用硒代替硫。应用包括螺丝，齿轮等。 |
420 |
含有增加的碳，以改善机械性能。应用包括牙科和外科器械。 |
431 |
含有增加铬更好的耐腐蚀性。应用包括阀门和泵。 |
414 |
添加镍，提高耐腐蚀性。应用包括弹簧。 |
440 |
含有增加的铬和碳，以提高硬度和耐腐蚀性。应用范围包括测量仪器、滚珠轴承、量块、模具等。它有440A, 440B和440C的子等级，它们含有不同数量的碳，以增加/降低其硬度和韧性。 |
马氏体不锈钢的等级和标准
下图显示了不同等级的马氏体不锈钢。410级是基本马氏体级，它含有马氏体家族中最少的合金元素。它有一个变种，410S，其中碳含量已降低，以提高其可焊性。大多数马氏体牌号不含镍，只有414牌号除外，414牌号添加了一些镍以提高耐腐蚀性。440级有三个主要变体440A, 440B和440 c随着含碳量的增加，硬度升高，但韧性降低。
图2。马氏体不锈钢等级为[2]。
来源
[1]小加里森，W. M.和Amuda, M. O.(2017)。不锈钢:马氏体．
[2]系列，a.d.h。不锈钢的选择和使用的设计指南．