1.3 17-4PH钢中的合金元素的作用

1.3.1铬的作用

铬对不锈钢的耐蚀起对定性起决定性作用，在不锈钢定义中，其含量大于10.5% 时，它是不锈钢耐蚀性的主要元素，钢中铬元素的含量越高，耐蚀性越好。这是因为钢在氧化介质中形成的氧化物薄膜产生了钝化现象，这层膜内富集了铬元素。

1.3.2碳在不锈钢中的两重性

碳在不锈钢中的作用主要有两方面：一方面，碳和铬的亲和力很强，它与铬能形成一系列的复杂的碳化物。钢中碳含量越高，形成的碳化铬越多。当铬的含量小于10%时，主要是渗碳体型的碳化物,在高碳钢中则形成复杂的碳化物[14]。这样，固溶体中铬的含量就减少了，钢的耐蚀性也降低了。钢中碳含量越高，耐蚀性越低。另一方面，不锈钢的强度随钢中碳含量的增加而提高。

1.3.3镍的影响

镍是形成奥氏体的合金元素，但是镍的作用只与铬配合才能充分表现出来。如果单纯使用镍，在低碳镍钢中获得纯奥氏体单相组织，镍含量就需要高达24%（质量分数）以上[10]，事实上镍的含量需要达到27%（质量分数）[15]时，才能显著地提高不锈钢的耐蚀性，所以在不锈钢中没有单独以镍作为合金元素的。当镍和铬配合时，镍提高的耐蚀作用就能显著的表现出来。

1.3.4铜的影响源1自3优尔8.论~文'网·www.youerw.com

合金元素Cu作为马氏体沉淀硬化不锈钢中的主要元素，当其含量超过0.75%时，会产生沉淀硬化，因此将会有富铜相ε相在组织中析出[16]。在钢的氧化皮下有一层熔点低于1100℃的富铜合金，这合金在1100℃时熔化并侵蚀钢表面层的晶界，使钢在热锻扎加工时裂开[17]。因为富铜ε相在固溶处理中析出较慢，所以所需的临界冷却速度不大，如若钢件的截面不理想时，无须再进行油催或者水淬，进行空冷既可。但是，如果时间时间过长或者是温度偏高，则析出的ε相过时效，就会失去其强化作用得不到很好的性能，屈服强度、韧性已经速写都会有所降低。

1.4 Q-T工艺

1.4.1 Q-T工艺的由来

传统的钢的热处理工艺主要为淬火和回火。钢的力学性能(主要为强度和韧性)主要由回火温度决定,提高钢的强度往往损及钢的韧性。20世纪60年代以来,为开发超高强度钢, 采用碳量很低(或较低)、含合金元素较高的产品,如马氏体时效钢0.013C-18Ni-0.4Mo钢,经淬火得马氏体强化和经回火获中间相Ni3Mo、Ni3 Ti和Fe2 Mo等沉淀硬化和马氏体二次时效钢[18],如0.16C-10Ni-2Cr-1Mo-14Co、0.24C-11Ni-3Cr-1.2Mo-13.4Co钢,有商业牌号的AF1410 和AerMet100钢。这些钢经淬火马氏体强化,再经回火使碳化物强化,抗拉强度可达1500MPa以上或接近、甚至超过2000MPa,韧性达60J。但这两类钢均含较高量的合金元素,冶炼、加工要求较复杂,成本较高,不适合普遍使用。

半世纪以前已认识到淬火钢中的残留奥氏体能改善钢的塑性和韧性, 如条状马氏体被几纳米厚的残留奥氏体所包围,增加了韧性[9];利用奥氏体的热稳定化现象[10],提出工具钢无变形淬火和高速钢工件无变形回火热处理工艺[19]。实验证明,氢脆裂缝受阻于fcc奥氏体, 经300 ℃回火含1.3wt%增量Si的300M钢(含残留奥氏体约3%)[20]对比4340钢(<2%)同样析出ε碳化物,但应力腐蚀速度慢一个数量级[21]。徐祖耀教授曾初步阐述低碳钢中残留奥氏体的重要作用[22]。

为进一步提高钢的强度,提出淬火-回火(Q -T)工艺。即通过合适的淬火加回火工艺,再在一定温度保温时析出共格、弥散的复杂碳化物(而不是Fe3C),呈现沉淀硬化[23]。

1.4.2  Q-T工艺的作用

Q-T工艺主要是热处理沉淀强化机制，淬火-回火( 沉淀)( quenching-tempering，Q -T) 的热处理新工艺。该工艺在合金设计上经过重新的热处理，及通过淬火加回火工艺，热处理后在马氏体基体上回火析出逆转奥氏体，从而进一步提高钢的强度。根据研究数据表明[24]，含0.5% C 的中碳合金钢经Q-P处理后强度大于2000MPa，伸长率高于10%，而含0.2%的低碳合金钢强度可达1500MPa，伸长率则达到15%[25]。淬火-回火（Q-T）工艺在保证马氏体不锈钢高强度的同时，以不损害材料塑性为前提，从而保证其力学性能。[26]