Cr13型马氏体不锈钢概述

      Cr13型马氏体不锈钢是指含铬量在13%左右，含碳较低（一般含C≤0.45%）的不锈钢。也包括为改善某些性能另加一些其他合金元素而发展起来的马氏体不锈钢。
      这类不锈钢依含碳量不同或镍、钼合金元素添加量的不同，又各自具有一些特点和用途。
      1、基本Cr13型马氏体不锈钢是值含C≤0.45%，只含13%左右铬，不含其他添加元素的钢，代表的牌号有锻轧材的1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13及铸材ZG1Cr13、ZG2Cr13等。其中，1Cr13、ZG1Cr13等较低含碳量的钢，在淬火和淬火再回火后，组织中会含有少量的δ铁素体，因此，也有把它们列入铁素体-马氏体不锈钢的，根据不锈钢的一般分类原则，仍列入马氏体不锈钢系列。在这类钢中，含铬量基本相同，在13%左右，主要成分差别是碳的含量。由于碳含量的差别，使钢热处理后在组织上有差别，反映在耐腐蚀性能上和力学性能上也有一定的差别。
      （1）耐腐蚀性
      Cr13型不锈钢中含有保证耐腐蚀性的基本含铬量，具有一定的耐腐蚀性能，不同含碳量的Cr13型不锈钢在耐腐蚀性上显示出差别，含碳量低的耐腐性优于含碳量高的钢号。
含碳量高的Cr13型钢耐腐蚀性差的原因是随着含碳量的增加，形成含铬碳化物会增加，这不仅会降低钢基体中的含铬浓度，还会使析出的含铬碳化物周围形成贫铬区更多，从而降低了钢的耐腐蚀性能。所以，一般选材时，在保证力学性能的使用要求前提下，为保证有良好的耐腐蚀性，尽量选用含碳低的钢号。
      Cr13型不锈钢的耐腐蚀性还有热处理状态有关。Cr13型不锈钢退火状态的耐腐蚀性比淬火状态低的原因是因为在退火状态下，钢中的碳可以充分地形成含铬碳化物，从而降低了基体中的含铬量和在碳化物周围形成更多贫铬区的结果。所以，为充分发挥Cr13型不锈钢的耐腐蚀性和力学性能，最好在淬火回火后使用。
      （2）力学性能
      Cr13型马氏体不锈钢的力学性能主要是碳的作用和影响。当碳较低，如含碳≤0.15%时，淬火组织中会含有一定量的δ铁素体，回火后的组织中仍存在这种组织，使钢的力学性能偏低，含碳量>0.15%~0.45%时，淬火后一般不会存在δ铁素体，并且，随着含碳量的增加，淬火马氏体钢中的固溶含碳量也增加，从而使淬火回火后钢的硬度和强度提高，塑性和韧性下降。特别是铬的存在使共析点左移，即共析碳量降低，当含铬达12%左右时，含碳量在0.4左右的钢已属过共析钢。这时，热处理后的钢组织中还会有残余碳化物，从而会进一步提高钢的硬度和强度，降低塑性和韧性。
      （3）Cr13型马氏体不锈钢的应用
      ①1Cr13钢具有较高的韧性和冷变形性，在常温的弱腐蚀介质中，如盐水溶液、浓度不高的有机酸等溶液中，有良好的耐腐蚀性能，在淡水、水蒸汽、潮湿大气中有足够的耐腐蚀性能。锻轧材、铸材经调质热处理后所具有的强度、塑性、韧性配合较好。适用于制造有中等强度、较高韧性要求的承受冲击载荷的零部件。
      ②2Cr13钢的含碳量高于1Cr13。所以，可得到的硬度和强度也较高，韧性略低，耐腐蚀性也不如1Cr13。所以，可用于制造有较高强度要求，承受较高应力和一定耐腐蚀性能要求的零部件。
      ③3Cr13钢相对于1Cr13和2Cr13可有更高的硬度和强度、更好的淬透性，但耐腐蚀性更低一些，所以，可用其制造对耐腐蚀性要求不高，而要求较高硬度、强度和一定耐磨性能的零部件和易磨损件。
      2、在Cr13型钢基础上发展起来的马氏体不锈钢
      这里是指含铬量仍控制在13%左右，为提高某些性能另外有目的的添加一些合金元素而构成的马氏体不锈钢。
      （1）高硫马氏体不锈钢
      马氏体不锈钢中提高硫、锰含量，除改善切削加工性能的目的外，还有的在1Cr13不锈钢基础上进一步提高锰含量（上限含量达1.5%）、硫含量（0.23%~0.32%），用作摩擦副材料。
      经研究可知，由硫、锰形成的较多含量的MnS以纺锤状或点状分布于材料表面，当以这种材料制成的零件与另一种马氏体不锈钢制成的零件组成摩擦副高速运转时，较软的MnS会改变两零件接触应力的分布状态，减少接触应力集中，较好地改善了两零件之间的摩擦状况，减小磨损，提高抗咬合能力。这种材料一般作为摩擦副的高硬度件，通过热处理调质后保证硬度在325~375HB之间。
      （2）加钼的Cr13型马氏体不锈钢
      在Cr13型马氏体不锈钢中，有的有意地添加一定含量的钼，一般不大于1%。应用于工程上的含钼的Cr13型不锈钢牌号有1Cr13Mo、3Cr13Mo、4Cr13Mo等。
加钼的Cr13型不锈钢与同样含碳、铬量的不加钼不锈钢相比，除有更好的耐腐蚀性能外，还由于钼是较强的碳化物形成元素，含钼的碳化物加热时不易溶解，从而使钢保持细晶粒，在回火时，可提高抗回火稳定性，与不含钼马氏体不锈钢相比，在要求相同的硬度和强度时，可提高回火温度，使其有更好一些的塑性和韧性。钼还可降低Cr13型不锈钢的回火脆性倾向。含钼的Cr13型不锈钢可以用来制作对强韧性有更高要求的结构件。
      （3）加镍的Cr13型马氏体不锈钢
      目前，将含C≤0.25%的Cr13型不锈钢中加入0.5%~1.0%的镍用于复杂铸件的生产已被广泛应用，如ZG1Cr13Ni、ZG2Cr13Ni等。
      因为不含镍的铸造Cr13型不锈钢中，易存在δ铁素体，特别当其沿晶界分布时，对韧性极为不利，对于形状复杂的铸造零件，极易产生铸造裂纹和热处理裂纹。当加入0.5%~1.0%的镍元素后，这种情况将得到改善，在保证强度的条件下，塑韧性提高，并改善焊接性能。加镍的Cr13型不锈钢可用于生产形状复杂的铸件，在调质状态下使用。
      （4）低碳高镍的Cr13型强韧马氏体不锈钢
      低碳是指含碳量不大于0.07%，高镍指含镍量4%~7%，另外加一定量的钼元素。这种合金成分的配合使得钢在热处理后获得的组织具有新的特点，也具有更优良的性能。
由于较低的含碳量（≤0.07%），淬火后可获得板条状马氏体，这种马氏体具有以位错型结构为主的亚结构，位错亚结构使零件承受外力时，有缓和应力集中作用，延缓裂纹的形核，提高材料的韧性。
      4%~7%的镍含量对改善组织和性能也发挥出重要的作用。镍元素的加入首先对相变点产生影响，有资料介绍，每加入1%镍，Ac1点大约下降30℃，Ms点下降17~30℃，所以这种钢的Ac1点可下降至560~630℃，Ac3可下降至800~820℃，镍含量超过5%时，Mf点可下降至室温以下。钢经淬火和高温回火后的组织为具有板条状马氏体位向的索氏体并含有一定量的诱导奥氏体，这种组织保证了钢具有较高强度的同时具有良好的韧性。镍的加入还增加了钢中奥氏体的稳定性，保证钢在较缓慢的冷却条件下仍可获得足够量的马氏体，明显增加了钢的淬透性，使大截面的铸件也能获得良好的淬火效果。
      钼元素的加入量虽不多，但其与较高含量镍的配合作用，延缓了钢的奥氏体分解过程，使钢在加热时能保证细晶粒。含钼碳化物的存在又提高了钢的抗回火稳定性，使钢在回火后，获得较好的韧性的同时保持较高的强度。
      这种含镍、钼的低碳Cr13型马氏体不锈钢以其较高的强韧性为特点。在工程上获得了广泛的应用。锻件可用来制造重要的工程结构件，铸件用于制造泵轮、水轮机叶片等，如0Cr13Ni4Mo、0Cr13Ni6Mo、ZG0Cr13Ni4MoRE、ZG0Cr13Ni6MoRE等。