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1、摘要：马氏体时效钢是钢中强度最高的钢类，其具有高韧性、良好的焊接性、冷 热加工性和耐应力腐蚀性。本文详细介绍了马氏体时效钢的力学性能、焊接性能 和腐蚀性能等性能，以与热处理、成分配比、加工工艺对这些性能的影响，并介 绍了国内外对其研究的近况。最后，介绍了马氏体时效钢的应用概况，并提出其 今后的开展方向。关键词：马氏体时效钢；机械性能；开展；应用，趋势Research Status and Applications of Maraging SteelsAbstract:Maraging steels has the best intensity in the whole steels with
2、well toughness, good weld ing property, mechanical work ing properties a nd stress corrosi on resista nee. Research and applicati ons of marag ing steels were introduced in many respects, especially the mechanical properties such as the mechanical properties, weldi ng properties and corrosi on prope
3、rties. The influences of heat treatment, ratio of constituents and processi ng techno logy to the properties were discussed. Finally, the applicati ons and further development directi on were put forward.Keywords:maraging steel; mechanical properties; develop; applicati on， tendency一、概述马氏体时效钢是国际镍公司I
4、NCO于60年代初研制的，它是在超低碳铁镍 马氏体基体上利用合金元素产生时效强化的一种超高强度钢。马氏体时效钢具有 强度高、韧性好、热处理简单、焊接性能好与良好的冷热加工性能，因而被广泛 地应用于工业、军事等各种领域。进入80年代以来，无钻马氏体时效钢的研发大 大降低了马氏体时效钢的本钱。同时，其性能也有了进一步的提高。马氏体时效钢的热处理是通过Co, Mo, Ti等强化合金元素（表1列出了几种典型 的18Ni马氏体时效钢的成分）在回火或时效时从过饱和固溶体（马氏体）中析出合 金化合物作为第二相质点来实现强韧化，马氏体时效钢的显著特点是在超高强度 下仍具有良好的塑性和优异的断裂韧性；同时它还具
5、有优良的加工性能和焊接性 能。这些优良的特性使马氏体时效钢可以取代传统的高强度钢，广泛用于许多领 域中。表1几种典型的18Ni马氏体时效钢化学单位：质量分数钢种CNiCoMoTiAl18Ni(200)w18Ni(250)w18Ni(300)w18Ni(350)w二、马氏体时效钢开展简史0.1A1）和前苏联的H 1616M6（16Ni 一 6V 一 6Mo）均相继问世。这些钢不仅使 生产本钱降低了20%30%，而且性能也十分接近相应强度水平的含钻马氏体时效钢。为改善马氏体时效钢的耐腐蚀性能，在20世纪60年代后期又开发了马氏体 时效不锈钢，它具有马氏体时效钢的全部优势，又具备马氏体时效钢所不具备
6、的 耐蚀性，同时还对沉淀硬化型不锈钢的某些性能进展了改良，因此用马氏体时效 不锈钢逐步代替沉淀硬化型不锈钢是超高强度不锈钢一个重要的开展方向，是超 高强度不锈钢最有潜力的钢种。中国的开展中国从20世纪60年代中期就开始研制马氏体时效钢。最初以仿制1 8N i （250） 和18Ni（300）为主。到70年代中期又开始研究强度级别更高的钢种和无钻或节镍 钴马氏体时效钢，还开发出用于高速旋转体的超高纯、高强高韧的马氏体时效钢 （cM 一 1钢），研制出高弹性的马氏体时效钢（TM210等）和低镍无钻马氏体时效钢 （12Ni 一 3Mn3MoTiAIV）。三、马氏体时效钢的性能特点3.1高强韧性和强疲
7、劳强度马氏体时效钢是钢中强度最高的钢类。其强度虽高，但比同强度级的其它种 超咼强度钢的韧性都咼，是现有材料中具有最咼强韧性的钢种。马氏体时效钢的抗拉强度远远高于一般传统钢种，其抗拉强度在1000Mpa至 2500MpaX围内，并随加工参数的变化而有所不同。这些钢的断裂韧性很高，在90 200MpaJmX 围内。马氏体时效钢的疲劳性能极好，其疲劳强度值可与其它高强度钢的相媲美。通过 喷丸韧化处理和氮化处理，还可进一步提高马氏体时效钢的疲劳强度。表2是标 准18Ni马氏体时效钢的典型力学性能。表2典型18Ni马氏体时效钢的典型力学性能钢种热处理工艺Rm/MpaRel/Mp aA/%5Z/%K 1/
8、2IC18Ni(200)820C固溶，480C时效1480143015520018Ni(250)1785172512018Ni(300)205019708018Ni(350)2410235535503.2热处理工艺简单通常，马氏体时效钢是按其截面尺寸每25mm保温1h计算的时间于820C固溶 退火的。退火处理后的冷却速度对于钢的显微组织和性能几乎没有影响。但是， 在时效处理之前，马氏体时效钢必须冷却到室温。通常在480C经3至6h时效热处 理。对Fe-Ni合金来说，当Ni含量高时，在通常的冷却速度下，由奥氏体只生 成马氏体18Ni的Ms点约290C，但这种情况的马氏体转变不受冷却速度的影 响。
9、因此，在马氏体时效钢中不会出现像淬火回火钢中常出现的淬透性问题，认 为奥氏体马氏体的转变是可逆的，这是FeNi合金的根本特征。所以这也是马 氏体时效钢热处理非常简单的主要因素。马氏体时效钢一般是以固溶处理状态交货，用户进展机加工后进展时效处理而直 接采用的。伴随时效处理尺寸变化非常小18Ni170级为0.060.07%的收缩, 因此，完全可省略最终的冷加工。3.3焊接性能好，焊接时不需要预热优良的焊接性是马氏体时效钢的重要优点之一，惰性气体保护焊是它最常用 的焊接方法。马氏体时效钢的焊接性能与以往的马氏体超高强度钢不同，无需预 热和后热，也不用担心焊接裂纹。不仅具有好的焊接性能，由于热影响区的
10、硬化 也小，焊后的时效温度低，制品的尺寸变化小，因此是很好用的材料。马氏体时 效钢，由于含有易与氧、氮结合的Ti、Al元素，焊接时希望采用这些元素的烧 损尽量小的焊接方法，可以用TIG法、MIG法、电子束焊接法，在惰性气体保护 粘合液的激光焊接。3.4良好的冷、热加工性能热加工较容易，加工性与SU304大体一样。对于马氏体时效钢可以采取最常 用的热加工技术，如锻造、轧制等。含钛较高的钢种，需要采取较高的热加工负 载和较高的加工温度，但不宜在1260C以上的温度加工。Ti和Mo含量较高的钢 种，在加工时容易形成这些合金元素的显微偏析，只有通过调整钢锭的尺寸和热 加工制度，才能防止这种显微偏析。冷
11、加工性能非常好，拉拔，冷轧，弯曲，深冲加工都非常容易。加工过程中 无需软化退火即可进展90%以上的加工。其加工硬化指数为0.020.03,与普通 钢相比降低一个数量级。随之冷加工率的增加，强度提高，但延伸率与韧性仅稍 有降低。因此，冷加工是一种有效的强化手段。冷变形后直接时效，强度明显提 高，而韧性下降不多。任何传统的加工工艺都可以用于固溶退火状态的这类钢的 冷加工。这类钢具有很低的加工硬化速率，可以承受很大的压缩量，其硬度仅稍 有提高。马氏体时效钢的应变硬化指数和拉伸率都比拟小。因此，其冷成形加工 量取决于在产生缩颈之前的均匀拉伸应变例如深冲加工，通常只限于中等程 度的变形。通过过时效处理，
12、可以大大改善钢的均匀延伸。对于大变形量的冷加 工组织，可以通过在高于815C的温度下奥氏体化热处理来软化。大变形量预冷 加工会降低直接时效处理后的韧性；在单向加工组织中可能存在显著的弹性模量 和韧性的各向异性。3.5在一样强度下，与其它钢种相比，耐应力腐蚀性能好Fe-Ni低碳马氏体能抵制流动海水的应力腐蚀，与淬火，回火钢相比，马氏体时 效钢显示出优越的抗应力腐蚀性能。马氏体时效钢在大气中的腐蚀约每年 0.01250.025mm,是普通合金钢的一半，在腐蚀性溶液中耐蚀性也比低合金钢 稍好些。因此，在腐蚀水环境下使用必须进展外表保护。马氏体时效钢较之高强度低合金钢具有更好的耐蚀性能。在工业大气中和
13、在海洋大气中，马氏体时效钢的腐蚀速率大约为普通钢的一半左右。在静止的和流 动的海水中，马氏体时效钢和普通钢大致具有同等的腐蚀速率。马氏体时效钢在 含盐水溶液中和在酸溶液中具有比拟好的耐蚀性；而且耐高温氧化性要比低合金 钢好得多。马氏体时效钢在大多数水介质中容易发生应力腐蚀破裂。当屈服强度较低 时，其抗应力腐蚀破裂性能显著提高。能改善韧性的一些处理工艺参数例如采 取真空熔炼、热加工以与减少钢中杂质含量等也能够提高钢的抗应力腐蚀破裂 性。涂漆、喷丸硬化等外表处理，均已成功地用来提高钢的抗应力腐蚀性。阴极 保护措施也能有效的提高钢的抗应力腐蚀破裂性，但是必须慎重地使用以免导致 裂纹的渗氢。马氏体时效
14、钢通常可以用于水环境中；但是，像使用所有的高强度 钢一样，也必须注意采取适当措施来防止应力腐蚀破裂。3.6马氏体时效钢的优越性和不足处概括起来马氏体时效钢有如下优异性能：超咼强度达3500Mpa；到500C还保持咼的强度；在退火状态下有好的成 型性；简单、低本钱的硬化处理低温、空气中；硬化处理时畸变很小；对淬 火裂纹敏感性小；马氏体时效过程不脱碳；马氏体时效过程可以碳氮共渗；即使 在时效状态下也有好的焊接性不需预热；钎焊时不降低性能；可用普通方法 冷、热加工。马氏体时效钢也存在如下不足之处：在水环境下对氢脆和应力腐蚀裂纹敏感；时效状态下低的加工硬化率；高的 屈强比；对各种强度水平要求用不同的钢
15、种单一钢种不能热处理成宽X围的强 度；本钱高；如果不外表处理，耐磨性和疲劳抗力不比普通钢好。四、马氏体时效钢的应用以与开展趋势马氏体时效钢已在包括火箭发动机壳体，导弹壳体，捆绑带，导弹陀螺仪表 内，外挠性接头，铀浓缩用离心别离机的旋转筒，直升飞机起落架，水翼船支柱， 高压容器，扭力转动轴，飞机用高强度齿轮，高强度轴承，高压传感器，紧固件 弹簧，以与铝合金压件模和挤压模，精细模具等方面获得广泛的应用。 具体实例如：马氏体时效钢在时效前就具有高强度和塑性，可以制成火箭与导弹 的薄壳，在保持满足应用要求的强度前提下提高有效载荷。马氏体时效钢具有非 常稳定的显微组织性能，即使在温度过高而发生过时效后，软化过程也非常缓慢。 这些合金在适当高的工作温度下保持良好的性能，最高工作温度超过400C。保 证火箭或弹头外薄壳在飞行的过程中保持良好的强度。马氏体时效钢适合用作引擎零件如曲柄、轴与齿轮，以与用作自动武器的撞 针。撞针是在相当高的载荷与冲击作用而同时冷热反复交替的环境下工作。由于 均匀膨胀，并且在时效前易切削加工，使得马氏体时效钢可用于装配线上的高磨 损单元以与用作模具制造。而其他超高强度钢，如二次硬化“A
