鋼的強(qiáng)化通常是為了適應(yīng)社會(huì)需求而發(fā)展起來(lái)的,，其強(qiáng)化的方法很多,，在理論方面也有許多說(shuō)明。強(qiáng)化的要求對(duì)具有優(yōu)良耐蝕性的不銹鋼也不例外,。鋼的強(qiáng)化可以使板厚減薄,，結(jié)構(gòu)件輕量化，壽命也可提高,。2000年6月修改了建筑標(biāo)準(zhǔn)法施行令,，規(guī)定不銹鋼可用于鋼結(jié)構(gòu)．JIS
C 4321建筑結(jié)構(gòu)用不銹鋼作為一般結(jié)構(gòu)材使用己被認(rèn)可。當(dāng)今,，由于使用環(huán)境十分苛刻以及節(jié)能和環(huán)保等多方面的問(wèn)題,，要求不銹鋼的強(qiáng)度水平要高且多樣化。

　　鋼的變形主要是“位錯(cuò)”的運(yùn)動(dòng),，所謂“位錯(cuò)”就是指結(jié)晶體內(nèi)存在的缺陷,，通常在退火狀態(tài)約存在(1010-1012)／m’個(gè)。若阻礙這種位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)就難以發(fā)生變形,，因此鋼就被強(qiáng)化,。

　　這種阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使鋼強(qiáng)化的方法有固溶強(qiáng)化,。析出強(qiáng)化,、加工硬化(位錯(cuò)強(qiáng)化)、馬氏體相變的強(qiáng)化和晶粒細(xì)化的強(qiáng)化等,。

　　實(shí)際上都是復(fù)合利用各種方法,，根據(jù)需要進(jìn)行不銹鋼開(kāi)發(fā)的。本文將對(duì)各強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明并介紹強(qiáng)化不銹鋼的使用例,。


　　固溶強(qiáng)化就是在純金屬中固溶進(jìn)合金元素,，即在母金屬的晶格的原子間隙進(jìn)入其他的合金元素(侵入型)或替換母金屬的原子(置換型)和使母金屬的晶格發(fā)生歪扭,，由于這種歪扭在晶體內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),，而使強(qiáng)度提高,。實(shí)際上不銹鋼就是鉻和鎳對(duì)鐵固溶的合金，可以說(shuō)已經(jīng)處于固溶強(qiáng)化的狀態(tài),，但是鉻和鎳對(duì)鐵的固溶強(qiáng)化作用不是很大,，侵入型元素C、N對(duì)固溶強(qiáng)化的作用最大,。

　　在SUS 304中固溶氮而達(dá)到高強(qiáng)度化的材料有SUS 304N1(0．Ⅱ-O．25％N)和SUS
304N2(0．15叫．30％N),。與SUS304的0．04x氮量比較是2-7倍的氮含量，在固溶化狀態(tài)的強(qiáng)度達(dá)到SDS 304的15-2．0倍以上,，在JIS G
4305的固溶化狀態(tài)下的力學(xué)性能規(guī)定,，SUS 304的屈服強(qiáng)度在205N／~以上，而SUS 304N1在275 N／m／以上,，SUS 304N2在345
N／mm／以上,。這些加氮的強(qiáng)化鋼被廣泛用于結(jié)構(gòu)用強(qiáng)度構(gòu)件。

　　固溶強(qiáng)化不僅使常溫下的強(qiáng)度增加,，而且作為提高高溫強(qiáng)度的方法也是有效的,。因此，與其他強(qiáng)化方法相比,，受焊接的熱影響作用小,，是確保焊接處特性的最佳強(qiáng)化方法。

　　 為了改善利用圖述的加工硬化的SUS 301(17Cr-7Ni)的焊接處的耐蝕性而開(kāi)發(fā)了低碳型SUS
301L,，為了保持焊接處的強(qiáng)度,，在該鋼中固溶了o．2q6以下的氮量，該鋼作為鐵道車(chē)軌用材非常普及,。

　　固溶元素對(duì)Cr-Ni奧氏體系不鎊鋼0．2％屈服強(qiáng)度的影響

　　這是在母體金屬中形成析出物(碳化物,、氮化物、金屬間化合物等)使其強(qiáng)化的方法,，析出物具有阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的作用,。在母相呈微細(xì)彌散分布狀態(tài)，最能提高強(qiáng)度,。

　　鋼中合金元素的固溶度因溫度而不同,，利用這一特點(diǎn)而使鋼析出強(qiáng)化。眾所周知,，PH型不銹鋼就是這種析出強(qiáng)化鋼,，在JIS C
4304中，根據(jù)固溶化狀態(tài)下的基體組織已注冊(cè)的有馬氏體系和半奧氏體系兩種析出硬化型不銹鋼,。

　　馬氏體系的17-4PH不銹鋼,、SUS 630(17Cr-4Ni)約含4．0n
Cu，在約1050qC高溫下,，銅原子固溶于奧氏體相中,，在冷卻過(guò)程轉(zhuǎn)變成過(guò)飽和含銅馬氏體組織，此后在450-480攝氏度,，經(jīng)1－4小時(shí)的析出硬化處理,，使富銅析出物在馬氏體基體中彌散析出而強(qiáng)化。其硬度在固溶化熱處理時(shí)為350HV．在析出硬化處理時(shí)為450HV,。SUS
630是強(qiáng)度和耐蝕性(耐蝕性與304系不銹鋼相同)兼?zhèn)涞牟牧?，用于彈簧材，航空結(jié)構(gòu)材,、刀具和壓合板的壓板等,。

　　半奧氏體系的FH不銹鋼是強(qiáng)度與加工性兼?zhèn)涞奶厥怃摲N，在SUS 301中加A1的17-7PH不銹鋼,、SUS
631(17Cr-7Ni-1．2A1)在固溶化處理后的常溫下具有加工性優(yōu)良的奧氏體系組織,。固溶化處理后，在950攝氏度進(jìn)行10分鐘的熱處理,，使碳的固溶量變化,，提高馬氏體相變點(diǎn)(Ms點(diǎn))。接著在Ms點(diǎn)(約－70攝氏度)附近冷卻,，形成馬氏體組織(RH950處理),。另外，還有在固溶化處理后用冷加工方法引起馬氏體相變的方法(CH900處理),。形成馬氏體后在510攝氏度附近加熱進(jìn)行析出硬化處理,，析出NiAl，在奧氏體狀態(tài)其屈服強(qiáng)度約為280
N/平方毫米,，析出硬化處理后達(dá)到1520-1790 N/平方毫米,。

　　對(duì)形狀復(fù)雜構(gòu)件的成形要求加工性，也要求滿足強(qiáng)度的要求,。但是,，在成形加工時(shí)必須注意因硬化處理而發(fā)生的尺寸變化。


　鋼變形時(shí)給結(jié)晶加上了剪斷應(yīng)力,，在位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的同時(shí),，給結(jié)晶導(dǎo)入了大量的位錯(cuò)。加工硬化加工軋制和拔絲這種塑性變形使晶體內(nèi)的位錯(cuò)密度增加,，是強(qiáng)化鋼的方法,。這種加工硬化作用奧氏體系比鐵素體系大得多。

　　在18Cr-8Ni組成的亞穩(wěn)定奧氏體系,，因位錯(cuò)密度增大的硬化和馬氏體的生成(加工引起相變)容易得到高強(qiáng)度,。

　　利用加工硬化的材料稱硬化材,，其強(qiáng)度可根據(jù)軋制率的變化按H(硬級(jí))、3／4H和1／2H的強(qiáng)度水平劃分,，SUS
301(17Cr-TNi)硬化材在家庭電器機(jī)械的壓簧和汽車(chē)的引擎墊圈,、通信機(jī)械的連接器材等板彈簧制品方面使用非常普及。由加工硬化引起的馬氏體具有磁性,，所以SUS
301和SUS 304的硬化材也有磁性,。

　　非磁性的彈簧用材料有含高錳的不銹鋼AISl205(17Cr-15Mn-1．5Ni-O．35N)，該鋼是用錳取代了SUS
301中的鎳,，由于其性質(zhì)的不同,，可以固溶更多的氮。就是說(shuō),，可以得到前述的固溶強(qiáng)化的效果,。在固溶化處理狀態(tài)下SUS 304的硬度約1801tV，而AISl
205的硬度約2701]V,，再進(jìn)行加工時(shí)可發(fā)現(xiàn)顯著的加工硬化特性,。所有鋼種隨著壓下率增加的同時(shí)，硬度也上升,。

　　
鐵素體晶粒大小對(duì)退火的軟鋼屈服強(qiáng)度的影響,，可以看出晶粒直徑d與屈服強(qiáng)度間有著直線關(guān)系，晶粒越細(xì)屈服強(qiáng)度越高,。這種屈服強(qiáng)度與晶粒大小間的關(guān)系稱霍爾佩琪法則,，因變形在晶粒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位錯(cuò)在晶界其運(yùn)動(dòng)被阻，所以晶界大量存在的細(xì)晶粒材料,，其強(qiáng)度很高,。

　　
前述的固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化及加工硬化若過(guò)分提高強(qiáng)度,，則會(huì)使韌性受損,。所以，有時(shí)根據(jù)加工,、使用條件使強(qiáng)度有一定限制,。另一方面，當(dāng)晶粒細(xì)化時(shí)不但不損壞韌性,，而且還能提高強(qiáng)度,。

　　現(xiàn)在，對(duì)鋼鐵材料的晶粒細(xì)化的研究非常盛行,，并以“超級(jí)金屬的技術(shù)開(kāi)發(fā),。為題進(jìn)行著開(kāi)發(fā)，通常不銹鋼的晶粒直徑為數(shù)十微米，但在這些課題中正在研究一種制造方法,，使金屬晶粒有1／100到數(shù)百毫微米(nm),，例如，晶粒直徑為300nm的奧氏體系不銹鋼其拉伸強(qiáng)度為1100
N／mm2,，約是通常粒徑材料的2倍,。為了能在不損害韌性的前提下得到高強(qiáng)度，對(duì)這種方法寄予了很大的希望,。

　在JIS規(guī)定的不銹鋼中存在具有微細(xì)組織的不銹鋼，這是把不同組織復(fù)合的雙相系不銹鋼,。


　　SUS329J4L(25Cr—6Ni—3Mo—N)具有在鐵素體母相中分布著島狀?yuàn)W氏體相的組織,，由于為復(fù)合組織故各組織很細(xì)微。另外,，由于加入了氮使之固溶強(qiáng)化提高了強(qiáng)度,，耐點(diǎn)蝕性也得到改善。由于晶粒細(xì)化和固溶強(qiáng)化的復(fù)合作用,，使得雙相鋼的屈服強(qiáng)度等強(qiáng)度特性好于奧氏體系和鐵索體系,。抗應(yīng)力腐蝕裂紋的鐵素體系和高強(qiáng)度奧氏體系的各種特性的不銹鋼,，可用于貯水柜,、原油、含硫天然氣油井管和液化產(chǎn)品專用船的管等腐蝕強(qiáng)的環(huán)境,。

　　在不銹鋼中具有最高硬度的SUS
440(2(13Cr-IC)(640-700[1V)屬于馬氏體系不銹鋼,，馬氏體組織的結(jié)構(gòu)非常微細(xì)，而且在其內(nèi)部存在高密度的位錯(cuò),，若使碳過(guò)飽和固溶還能提高強(qiáng)度,。另方面，經(jīng)過(guò)最后的回火處理可以得到碳化物等析出物彌散細(xì)微分布的組織,。馬氏體系不銹鋼用固溶碳量和加火處理可以調(diào)整其強(qiáng)度,。

　　例如，SUS
420J2(13Cr-O．3C)從i000~C的高溫奧氏體區(qū)急冷時(shí),，發(fā)生固溶0．3％C的馬氏體相變,，再經(jīng)回火熱處理就會(huì)使碳化物等析出物呈微細(xì)彌散分布。其強(qiáng)度可達(dá)到約550HV,。SUS
420J2和SUS 420J1(13Cr—0．2C)與SUS 410(13Cr-O．1C)一齊用作發(fā)電設(shè)備和化工設(shè)備等結(jié)構(gòu)材料,。

　　　　表1表示稱作高強(qiáng)不銹鋼的代表鋼種的組成、用途及它們的強(qiáng)化機(jī)理和強(qiáng)度水平

鋼種系統(tǒng)鋼種概略組成性質(zhì)和用途強(qiáng)化機(jī)理硬度HV
奧氏體系A(chǔ)ISI 20517Cr-15Mn-1.5Ni-0.4N非磁性彈簧,、金屬墊圈固溶強(qiáng)化＋加工硬化
SUS 30117Cr-7Ni鐵道用車(chē)軌,、一般彈簧加工硬化260-420
SUS 301L17Cr-7Ni-N-低C鐵道用車(chē)軌固溶強(qiáng)化＋加工硬化
SUS 304N118Cr-8Ni-N結(jié)構(gòu)用強(qiáng)度構(gòu)件固溶強(qiáng)化220-250
SUS 304N218Cr-8Ni-N-Nb
奧氏體－鐵素體系SUS 329J125Cr-4.5Ni-2Mo兼?zhèn)淠蚐CC性強(qiáng)度晶粒細(xì)化強(qiáng)化250-280
SUS 329J4L25Cr-6Ni-3Mo-N-低C
馬氏體系SUS 41013Cr一般用途、刀具馬氏體強(qiáng)化370-450
SUS 420J113Cr-0.2C滑輪機(jī)葉片馬氏體＋固溶強(qiáng)化520-580
SUS 420J213Cr-0.3C刀具、噴嘴,、閥座,、活門(mén)、直尺
SUS 440C13Cr-1C不銹鋼中最高硬度,、噴嘴,、軸承640-700
析出硬化系SUS 63017Cr-4Ni-4Cu-Nb軸類(lèi)、滑輪機(jī)購(gòu)件,、壓合板壓板,、鋼帶析出＋馬氏體強(qiáng)化400-500
SUS 63117Cr-7Ni-1Ae彈簧、洗滌機(jī),、機(jī)器部件,、高溫彈簧


　　除表1外各公司還開(kāi)發(fā)了保持耐蝕性的各種高強(qiáng)度材料，這些材料的強(qiáng)度水平是多樣的,，必須根據(jù)用途選擇耐蝕性,、加工性、高溫特性及抗氧化性等最佳組合的不銹鋼,。