成型性好(高强度不锈钢的特性及应用，我国也有特种钢)

Posted 2023-05-26

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成型性好(高强度不锈钢的特性及应用，我国也有特种钢)

通常把抗拉强度超过800 MPa、屈服强度大于500 MPa的不锈钢称为高强度不锈钢。它是随航空、航天等国防军工技术的发展，为弥补通用钢铁材料比强度低、耐腐蚀性差而发展起来的高强度钢，一般包括沉淀硬化不锈钢(简称PH钢)、马氏体时效不锈钢、冷作硬化不锈钢3类。

高强度不锈钢自上世纪40年代诞生的第一个stainless W沉淀硬化不锈钢以来，已经经历了三代钢种的发展。美国Armco公司于1948年开发了第一代高强度不锈钢，典型的为17-4PH和17-7PH，至今仍在广泛使用，而且使用量也是最大的。

在1970年前后，美国发明了PHl3-8Mo和Custom450等钢，1990年以后开发了Custom465，这些钢是第二代典型高强度不锈钢的代表，自此高强度不锈钢的强度由1400MPa级别提高到1800MPa级别。进入二十一世纪，美国Ques Tek公司发明了Ferrium S53钢，将强度级别提高到1900MPa的水平，进入了第三代高强度不锈钢的研发时代。中国从60年代初开始研制高强不锈钢，进入二十一世纪，我国自主研发了第三代超高强度不锈钢F863钢和USSl22钢，这两种钢分别采用金属间化合物和碳化物强化的合金设计理念，强度都可达到1900MPa，断裂韧性达到了100MPa·m1/2。这也标志着我国高强度钢领域自主创新能力的大幅提高。

一、高强度不锈钢的特性

1.沉淀硬化不锈钢

马氏体沉淀硬化不锈钢的强度高(σ(b)可达1375MPa)、耐蚀性一般不低于18Cr-8Ni不锈钢、切削性良好、易焊接、热处理简单、退火组织为马氏体。但冷成型性较差，且是沉淀硬化不锈钢中高温性能最差的钢种。在350～400℃长时间使用具有脆化倾向，缺口冲击值低。

半奥氏体沉淀硬化不锈钢在固溶态可承受各种冷成型和焊接，经热处理后可得到不同高强高韧性的配合，在540℃以下高温性能良好、耐腐蚀性好，特别是抗应力腐蚀性优越。但该类钢成分和热处理温度区间要求很窄，热处理工艺复杂、低温韧性差，在-100℃以下开始变脆。这类钢的性能特征决定于复杂的相变机制、不同相比例、大小、形态及分配，对性能有较大影响。

奥氏体沉淀硬化不锈钢的高温强度最高，实际上也属铁基高温合金，可在600～700℃使用。这类钢的低温性能、耐蚀性和抗氧化性以及冷变形性均良好，具有高强度与无磁性的特点。但可焊性差，并且由于含钛量高，在高温长时间负荷作用下无变形断裂倾向。

2.马氏体时效不锈钢

马氏体时效不锈钢除具有马氏体时效钢全部优点外，因含有铬所以耐蚀性、不锈性均较马氏体时效钢好。该钢与马氏体沉淀硬化不锈钢相比，因其含碳量低且主要靠金属间化合物强化，所以耐蚀性、焊接性、冷热加工性、低温韧性以及强韧性配合均较好。与半奥氏体沉淀硬化不锈钢相比，尽管在生产中要求高纯度、高均匀性，但化学成分区间一般要求较宽，热处理简单，一般不需要调整处理以及低温处理。与奥氏体沉淀硬化不锈钢相比，室温强度几乎提高一倍并且时效温度低，时效时间短、中温性能好，但高温及低温性能较低，其耐蚀性也较差。

3.冷作硬化不锈钢

冷作硬化不锈钢主要是奥氏体不锈钢，其室温及中温强度很高，韧性也可适当配合、耐腐蚀性好、可焊性良好、无焊裂危险。在超过再结晶温度下可承受短时间负荷、成型性差，在427℃以上其强度下降很大，因而限制了它的使用。其性能有各向异性和包辛格(Bauschinger)效应，在采用消除应力回火后，可减轻其影响。

二、高强度不锈钢的应用

在二战时期为了满足武器装备对高强度和耐腐蚀性能材料的需求，高强度不锈钢得到了快速发展与应用，在这样背景下发展起来的高强度不锈钢主要在航空、航天、舰船、兵器等武器装备中广泛应用，例如在波音767飞机起落架上下阻力杆材料采用15-5PH钢，还有XB70战机主负荷轴承、大锻件和C5A、C17 发动机装备零件及货舱也选择了15-5PH钢；在飞机的上下扭力臂材料选用PHl3-8Mo钢等。

随着我国国民经济的快速发展，这类钢也得到了广泛的民用，例如，我国火电机组末级长叶片材料选用17-4PH钢，欧美国家已使用中端叶片材料15-5PH和 Custom450、日本的高端叶片材料PHl3-8Mo也有应用。另外，我国水电站水轮机转轮材料使用00Cr13Ni5Mo高强度耐磨不锈钢，高端牌号选用0Cr16Ni5Mo 钢。又如高强度不锈钢的强度和硬度较高，且对人体无伤害，因此在医疗器械中的工具也大量选用了这种材料。例如，骨科手术中使用的骨锯和铰刀选用的材料为17-4PH，刀片选用的材料为PHl7-7A1等。

结论

高强度不锈钢以其高强度与良好的韧性相匹配，且具有不锈钢的耐蚀性能，已经得到了国内外共同关注和足够的重视。从未来的发展趋势来看，高强度不锈钢将为军民一体化的制造工业提供源源不断的新材料支撑。

参考文献

[1] 中国冶金百科全书总编辑委员会《金属材料卷》编辑委员会编.中国冶金百科全书·金属材料.北京：冶金工业出版社.2001.第284-286页.

[2] 宋为顺,赵先存,马金平.高强不锈钢的进展和展望[A].中国金属学会特殊钢分会.第九届全国不锈钢年会论文集[C].