不銹鋼的耐腐蝕性主要是因含有12％以上的鉻，并在鋼的表面形成氧化（或鈍化）膜所致。鐵-鉻二元相圖則是不銹鋼的基礎(chǔ)（圖1-2-1）。鉻具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)，與α-Fe屬于同一晶型，點陣常數(shù)也接近，相互形成連續(xù)固溶體。在圖1-2-1 831℃至1394℃的溫度范圍內(nèi)，靠近純鐵一邊，存在一個被封閉的y相區(qū)（或稱為高溫奧氏體穩(wěn)定區(qū)域。所謂奧氏體，指鐵和其它元素形成的面心立方晶格結(jié)構(gòu)的固溶體。通常對一般鋼是指碳和其它元素在y-Fe中的間隙固溶體）。在同廣闊（直至純鉻）的α相（鐵素體）區(qū)之間，存在一個窄的a和y雙相區(qū)域。


1.jpg


  馬氏體不銹鋼屬于既具有基本的耐蝕性，又能通過熱處理進(jìn)行強化的不銹鋼。主要強化機理是奧氏體經(jīng)淬火轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織。屬相變硬化。所謂馬氏體是指奧氏體通過無擴散型相變而轉(zhuǎn)變成的亞穩(wěn)定相（具有鐵磁性，其硬度或強度主要由過飽和的碳含量決定）。隨鋼的成分和熱處理方法不同，有的還存在少量殘余奧氏體、鐵素體或珠光體。


  為獲得馬氏體組織，一個基本的先決條件，就是在相圖中必須存在有奧氏體（y相）的區(qū)域才有可能。對于無碳Fe-Cr二元合金平衡相圖而言，鉻含量大于12％時，在所有溫度條件下均不存在奧氏體組織。而12％的鉻含量，一般是保證不銹鋼具有起碼的耐蝕性能所必需的最低含量。為克服上述矛盾，只有加入能改變相圖擴大γ相區(qū)的元素，主要是碳等，才能實現(xiàn)上述先決條件。


  隨著碳含量的增加，y相區(qū)邊界逐漸向高鉻方向擴展。Cr13型不銹鋼是不銹鋼發(fā)展最早的鉻系基礎(chǔ)鋼種。含碳很低的0Cr13鋼仍屬于鐵素體型不銹鋼。1Cr13鋼（約含0.1％C），因還有鐵素體相（即淬火后組織由馬氏體和鐵素體組成），屬半馬氏體型；含碳量為0.2～0.4％時，如2～4Cr13鋼則為馬氏體組織。


  鑒于碳對鋼的組織與性能的重大影響，馬氏體（鉻）不銹鋼習(xí)慣上可按碳含量（相對比較）大體分為三類即低碳類（＜0.15％C）、中碳類（0.2～0.4％C）和高碳類（0.6～1.0％C）。如1Cr13鋼屬于馬氏體不銹鋼的低碳類。


  馬氏體不銹鋼的強度主要取決于碳。隨著碳含量的增加，其強度、硬度和耐磨性顯著提高，而冷塑性、韌性及耐蝕性則下降。為改善耐蝕性能，可提高鉻含量，但受如下因素制約：因為鉻屬于穩(wěn)定鐵素體和縮?。ǚ忾]）奧氏體y相區(qū)的元素，并阻礙從奧氏體化溫度冷卻時奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，所以提高鉻含量時，還需相應(yīng)提高碳含量來擴大y相區(qū)，才能獲得馬氏體組織；當(dāng)碳含量達(dá)0.6％時，純（單一）奧氏體y相區(qū)最高鉻含量向右移動至最大值，可達(dá)18％左右。繼續(xù)增加過多的碳，因形成碳化物等不再擴大y相區(qū)，但能提高耐磨性。因此，馬氏體不銹鋼一般含鉻量在12～18％之間，含碳量較高，在0.1～1.0％范圍內(nèi)。


  另一類（或第四類）為加有少量鎳的馬氏體不銹鋼。鎳屬于穩(wěn)定奧氏體和擴大（開啟）y相區(qū)的元素。加入2％Ni時就有明顯效果。這樣可以用鎳代碳，如通常使用的1Cr17Ni2高鉻馬氏體不銹鋼。因低碳、高鉻并加鎳，比一般馬氏體不銹鋼具有更好的耐蝕性能和強度與韌性的配合。


  馬氏體不銹鋼的熱處理對力學(xué)性能和耐蝕性能等有重要影響。因此，根據(jù)不同的使用要求，應(yīng)選定相應(yīng)適宜的熱處理工藝制度。通常包括：在高溫奧氏體化溫度區(qū)間保溫，淬火形成馬氏體，在高溫淬火后，因存在內(nèi)應(yīng)力大和脆化等問題，還必須進(jìn)行回火得到回火馬氏體，才能保證實用的綜合性能?；鼗鹛幚矸譃楦邷鼗鼗穑?00～750℃范圍，以改善和調(diào)整強度與韌性配合等綜合力學(xué)性能為目的）和低溫回火（低于400℃，以消除應(yīng)力而又不引起組織有明顯變化為目的）兩種。因馬氏體不銹鋼在約400～600℃左右范圍內(nèi)回火，引起沖擊韌性的降低。同時由于析出鉻碳化物造成耐蝕性下降。故一般應(yīng)避免在此溫度范圍內(nèi)回火。從耐蝕性角度看，采用低碳鋼和低溫回火更有利。含碳高的比低碳馬氏體不銹鋼對回火脆性更敏感，冷加工成形性和可焊性更差（因此必須焊前預(yù)熱和焊后熱處理，甚至不作焊接件等）。總之，如對強度硬度要求不高時，應(yīng)盡量采用低碳馬氏體不銹鋼。


  馬氏體不銹鋼耐蝕性一般不如鐵素體型、更不如奧氏體不銹鋼。不適用于強腐蝕介質(zhì)條件，不耐晶間腐蝕、點蝕和應(yīng)力腐蝕等。但比鐵素體和奧氏體兩類不銹鋼優(yōu)越之處，在于可以通過熱處理強化。主要適用于對強度、硬度、耐磨性等要求較高并兼有一定耐蝕性的零部件等。馬氏體不銹鋼熱加工容易。除低碳鋼外，一般冷塑性、韌性不良；因可在空氣中淬硬，可焊性差。一般不宜作焊接件使用。有些牌號還可作為耐熱鋼使用，如1Cr13等。