17-4PHステンレス鋼（ASTM）は、国家標準05CR17NI4CU4NBに相当するマルテンサイト沈殿硬化タイプです。このタイプのステンレス鋼は、低炭素含有量と高いNiおよびCR含有量を備えているため、溶接性が高く、腐食耐性があります。さらに、鋼には、CuやNbなどの高レベルの合金要素が含まれています。これらの要素は、熱処理中にε-Cu、NBC、およびM23C6相を沈殿させ、材料の強度と硬さを高めます。これらの利点により、航空、航空宇宙、化学、原子力産業では、17-4phのマルテンサイト沈殿硬化ステンレス鋼が広く使用されています。降水硬化ステンレス鋼の機械的特性は、その熱処理状態の影響を大きく受けます。 17-4phのマルテンサイト沈殿硬化ステンレス鋼の従来の熱処理プロセスには、溶液処理に続く老化処理が含まれます。微細構造を調整し、相の降水量を制御することにより、強度、硬度、および耐食性を改善することができます。現在、17-4phのステンレス鋼の熱処理プロセスに関する研究は、高いレベルの成熟に達しています。この記事では、さまざまな熱処理プロセスの下でのパフォーマンスとメカニズムをまとめて簡単に説明します。

1.17-4phのステンレス鋼の加熱処理

17-4phステンレス鋼のマルテンサイト変換点は、室温を超えています。溶液処理後、マトリックス構造は基本的にマルテンサイトであり、その強度は非常に高くなっています。材料の強度を改善し、さまざまな生産慣行のニーズを満たすために、溶液処理に基づいてさまざまな老化治療を実施できます。

17-4phのステンレス鋼（質量分率、％）の化学組成は次のとおりです。≤0.07％炭素（c）、≤1.0％00mn、≤1.00SI、≤0.023％リン（P）、≤0.03％硫黄（S）、15.50〜17.50％クレクル（Cr）、3.00（3.00（3.00） 5.00％銅（Cu）、および0.15〜0.45％ニオブ（NB）。主要な沈殿硬化要素は銅とニオビウムであり、いくつかのケースはアルミニウムやチタンを含む。これらの要素は、溶解度を活用することにより、強化プロセスを実現するために使用されます。 17-4phのステンレス鋼がオーステナイト温度に加熱されると、オーステナイトのこれらの強化元素のより高い溶解度が高く、マルテンサイトでの溶解度が低いと、銅とニオビウムによる過飽和のマルテンサイト構造が形成されます。マルテンサイト自体は強度と靭性が高く、一定のレベルの強化を提供します。老化した治療後、過飽和銅とニオビウムがマトリックスに溶解し、材料の強度をさらに高めます。したがって、さまざまな熱処理プロセスを通じて、さまざまなパフォーマンス要件を満たすことができます。

1.固形溶液処理固形溶液処理は、17-4ph鋼の不可欠な熱処理プロセスです。固溶液処理中、加熱温度は炭素と合金の元素がオーステナイトに完全に溶解するようにしますが、高すぎてはいけません。 17-4PHスチールの場合、AC1は約670℃、AC3は約740個、MSは80〜140℃、MFは約32℃です。したがって、この標準では、固形溶液処理温度が1020〜1060を推奨しています。固形溶液の温度が異なると、微細構造と特性が異なります。 Zhao Liping、Du Daming、その他は、異なる固形溶液温度で17-4ph鋼の微細構造と特性を研究し、1000,1040、および1080℃の治療温度を選択しました。この研究では、1040年の固形溶液処理の後、サンプルが最も硬度が高いことがわかりました。これは、固形溶液処理温度が低い場合、加熱中に形成されるオーステナイトが不均一であり、溶解した合金炭化物が最小限であり、消光後のマルテンサイトの硬度が低下するためです。固形溶液処理温度が高くなると、粒子は粗くなり、より多くの合金炭化物がオーステナイトに溶け、オーステナイトの安定性が高まり、マルテンサイト変換点が低下します。その結果、消光後にマルテンサイトの量が減少し、残留オーステナイトの量が増加し、硬度が低下します。さらに、過度に高温の加熱温度は、固溶体構造におけるフェライトの含有量が増加し、最終的な強化効果に影響を与える可能性があります。したがって、適切な固形溶液処理温度を選択して、目的の特性を確保することが不可欠です。 17-4ph鋼にクロムとニッケルが存在するため、空冷時にマルテンサイトを形成することができます。ただし、より細かい固形溶液構造、より良い強化、延性と靭性の改善を実現するために、オイル冷却は一般的に生産に使用されます。溶液処理後の微細構造は、超飽和銅とニオビウムを含む低炭素塩基板板で構成されています。時には、クエンチが不十分または過度に高温の温度があるため、少量の残留オーステナイトとフェライトが残っている場合があります。

17-4PHスチールは、必要な性能に応じて熱処理し、加熱温度と保持時間をそれに応じて決定する必要があります。研究により、1040 byでの溶液処理後、老化温度が上昇すると、マルテンサイト構造が焼き戻しを受け、継続的に形成されることが示されています。 450個では​​、銅とニオビウムの沈殿物が形成され始めます。 470-480まで、沈殿物は細かく、穀物内に広く分布しているため、材料の硬度が最も高くなります。老化温度が上昇し続けると、硬度と強度が低下し、可塑性と靭性が増加します。硬度と強度の変化は、同様のパターンに従うため、硬度と強度のための特定の要件を持つ部分の場合、使用温度を厳密に制御する必要があります。 17-4ph鋼の老化プロセス中の強度と可塑性の変化は、0CR15NI5CU2CU2TIT沈殿硬化ステンレス鋼の変化と類似しています。 510を超える老化は、過剰な年齢と見なされます。 Hou Kai et al。過剰な条件下で17-4ph鋼の衝撃靭性を研究し、老化温度が上昇すると、材料の衝撃靭性が徐々に改善することを発見しました。沈殿物の完全な形成と効果的な老化を確実にするために、老化温度での保持時間は一般に4時間以上、続いて空冷が必要です。同じ老化温度で、保持時間が異なると、最終的な特性が異なります。図1は、350の老化温度での17-4phスチールの硬度曲線を示しており、時間の経過とともに変化が​​あります。保持時間が増えると、サンプルの硬度が徐々に増加することは明らかです。老化治療の初期段階では、硬度の増加は比較的遅いです。 6000時間の老化後、硬度の増加が加速します。約9000時間の老化により、硬度はピークに達します。この時点の後、老化時間が延長され続けるにつれて、硬さは急速に低下し始めます。 Peng Yanhua et al。 17-4ph鋼の長期老化特性と引張特性の関係に関する詳細な研究を実施しました。結果は、長期老化の350°の後、老化時間が長くなると降伏強度と引張強度が増加し、面積と伸長が減少することを示しています。骨折表面は、微細なピット構造から粗いピット構造に移行します。この研究では、長期老化後、17-4ph鋼の微細構造が粒子境界から始まるスピノーダル分解と、少量の反転形質転換オーステナイトの形成とともに徐々に成長していることを発見しました。老化時間が延長されると、スピノーダル分解は徐々に粒界から粒子内に移動し、マトリックス内の多数の方向的な微細G相が沈殿しますが、マトリックス構造はベイナイトティックのままです。 350の長期老化未満の17-4PHスチールの腹立剤挙動は、オシログラフィー衝撃法を使用して研究されました。オシログラフィックインパクトテストは、サンプルの衝撃骨折中の変形時間、荷重時間、および骨折プロセスのエネルギー時間、負荷時間、および偏向時間に関するさまざまな一時的な情報を提供します。これは、動的負荷条件下での材料の変形と骨折挙動を理解するために不可欠です。結果は、亀裂開始作業（EI）、亀裂伝播作業（EP）、総衝撃作業（ET）および動的骨折靭性（KID）が17-4phの鋼鋼の減少で、350の長期老化時間の延長とともに減少することを示しています。

17-4phステンレス鋼の従来の熱処理には、溶液と老化が含まれます。最近の研究では、老化前に調整処理を行うと、材料の機械的および腐食抵抗特性が大幅に変化する可能性があることが示されています。この調整処理の目的は、鋼のMSおよびMF変換ポイントを調整することです。したがって、位相変換処理としても知られています。調整処理を追加した後、材料の衝撃靭性は、同じ溶液と老化温度で2倍以上になり、腐食抵抗も大幅に向上します。 Yang Shiweiと同僚は、化学浸漬、偏光曲線、環状偏光曲線、電気化学的インピーダンスなどの方法を使用して、溶液の老化と溶液 +調整 +老化の条件下で人工海水における17-4PH鋼の耐食性を研究しました。この研究では、17-4時のステンレス鋼が調整処理を受けた後、老化、自己腐食の可能性、および年間腐食速度が減少し、老化したサンプルと比較して海水耐性抵抗が大幅に改善することがわかりました。これは、調整処理がクロム装飾領域の形成を効果的に防止するためです。これは、良好な耐食性を維持するために重要です。さらに、マルテンサイト構造はより細かくなり、材料の微細構造の均一性が向上します。溶液の老化と溶液 +調整 +老化後の微細構造を図に示します

2。調整処理後の微細構造には、粒界がより明確な境界、均一に細かいマルテンサイトプレート、および明確な方向関係があることがわかります。対照的に、溶液の老化後の微細構造は、粗いマルテンサイトプレートと粒界での大量の白い沈殿物を示しています。調整処理後、マルテンサイト構造は、調整された状態の小型化の特性を「遺伝的に」継承します。粒界はネットワークを形成するために接続されており、主にマルテンサイトと残留オーステナイトで構成される穀物がカプセル化されています。この種の構造は、鋼のより逆変換オーステナイトの生産に関連しています。

多くの研究者は、処理時間と温度を調整する効果も研究しています。この研究では、時間と温度の調整は、調整時間が増加するにつれて、材料の微細構造に限られた影響を及ぼしますが、マルテンサイトの構造はより細かく均一になりました。加工温度が上昇すると、材料の強度が徐々に増加しましたが、その可塑性と靭性は減少しました。 816の調整処理後、老化温度が上昇すると、材料の強度が徐々に低下し、その可塑性と靭性が徐々に増加しました。

217-4PHステンレス鋼熱処理強化メカニズム。

17-4phのマルテンサイトステンレス鋼の固溶体処理中、銅とニオビウムはオーステナイト粒に溶解します。冷却すると、このプロセスは銅とニオブを含む超飽和マルテンサイトをもたらし、最初の強化につながります。老化プロセス中に、超飽和元素が穀物から沈殿し、マトリックスの2回目の強化をもたらします。これは、17-4PHスチールの主要な強化メカニズムです。

異なる熱処理プロセスは、異なる微細構造と特性を生成する可能性がありますが、強化メカニズムは同じです。沈殿物の沈殿に関連しています。 ε-Cu、NBC、M23C6などの沈殿物の分布は変化し、異なる材料特性につながります。降水量が硬化した合金では、降伏強度は、脱臼に対する強化相の影響によって決定されます。強化位相粒子が非常に細かく分散している場合、それらは脱臼線をブロックする密な層を形成し、これらの粒子を通過するのを防ぎ、合金の降伏強度を高め、最終的に腹部を引き起こします。逆に、強化位相粒子が大きく、密に分布していない場合、脱臼はオウロンのメカニズムに従ってこれらの粒子をバイパスする可能性があり、転位ラインの詰まりを防ぎ、合金の降伏強度を減らします。これが、17〜4時代の鋼で、多くの逆変換オーステナイト粒子がある場合、逆変換オーステナイトのε-cu粒子はマルテンサイトのε-cu粒子よりも細かく、よりまばらに分布しており、閉塞をほとんどまたはまったく閉塞させず、合金の降伏強度を軽減します。一般的に、消光後、17-4phの鋼は少量の残留オーステナイトを保持します。これは、焼き戻し中に逆変換オーステナイトの核となる非常に細かい粒子です。したがって、合金に残留オーステナイトが多いほど、老化中により逆変換オーステナイトが生成されます。したがって、合金のマルテンサイト形成（Cなど）を促進する要素の含有量が減少し、オーステナイトを安定化する要素の含有量（Nなど）が高すぎる場合、消光後にオーステナイトがより多くの残留オーステナイトが形成され、より逆の変換オーステナイトが形成されます。老化温度が上昇すると、逆変換オーステナイトが形成され、成長し始め、室温での残留オーステナイトの量が増加し、強度が低下します。したがって、強度要件を持つ材料の場合、合理的な熱処理プロセスを開発し、微細構造内の逆変換オーステナイトの量を厳密に制御することが不可欠です。 ε-cuは、17-4ph鋼の主要な強化段階です。近年、その形態に関する研究が増加しています。外国は以前に始まりましたが、特にハルビンタービン工場での国内研究はより徹底的になりました。一般に、「すべての場合において、ε-cuは球面的である」と信じられていました。しかし、ハルビンタービンファクトリーは、マルテンサイトマトリックスから沈殿したε-cu相は滑らかな短い棒であるのに対し、オーステナイト（逆変換オーステナイト）から沈殿したものは球形であることがわかりました。これは、オーステナイトフェーズとε-CU相の両方が顔中心の立方格子を持ち、その界面エネルギーが非常に低く、球状のε-Cu相をもたらすためです。対照的に、マルテンサイトには体中心の立方格子があり、ε-CU相の顔中心の立方格子とは大きく異なり、界面エネルギーと棒状のε-CU相が高くなります。 Zhang Hongbin et al。また、17-4PH鋼のε-CU相の形態を研究し、マルテンサイトマトリックスから沈殿したεCU相はほぼ球形であることがわかりました