馬氏體不鏽鋼

標準的馬氏體不鏽鋼是：410、414、416、416(Se)、420、431、440A、440B和440C型，有磁性；這些鋼材的耐腐蝕性來自“鉻”，其範圍是從11.5至18%，鉻含量愈高的鋼材需碳含量愈高，以確保在熱處理期間馬氏體的形成，上述三種440型不鏽鋼很少被考慮做為需要焊接的應用，且440型成份的熔填金屬不易取得。

標準馬氏體鋼材的改良，含有類如鎳、鉬、釩等的添加元素，主要是用於將標準鋼材受限的容許工作温度提升至高於1100K，當添加這些元素時，碳含量也增加，隨着碳含量的增加，在焊接物的硬化熱影響區中避免龜裂的問題變成更嚴重。 ^[1] 

馬氏體不鏽鋼能在退火、和硬化與回火的狀態下焊接，無論鋼材的原先狀態如何，經過焊接後都會在鄰近焊道處產生一硬化的馬氏體區，熱影響區的硬度主要是取決於母材金屬的碳含量，當硬度增加時，則韌性減少，且此區域變成較易產生龜裂、預熱和控制層間温度，是避免龜裂的最有效方法，為得最佳的性質，需焊後熱處理。

馬氏體不鏽鋼是一類可以通過熱處理（淬火、回火）對其性能進行調整的不鏽鋼，通俗地講，是一類可硬化的不鏽鋼。這種特性決定了這類鋼必須具備兩個基本條件：一是在平衡相圖中必須有奧氏體相區存在，在該區域温度範圍內進行長時間加熱，使碳化物固溶到鋼中之後，進行淬火形成馬氏體，也就是化學成分必須控制在γ或γ+α相區，二是要使合金形成耐腐蝕和氧化的鈍化膜，鉻含量必須在10.5%以上。按合金元素的差別，可分為馬氏體鉻不鏽鋼和馬氏體鉻鎳不鏽鋼。

馬氏體鉻不鏽鋼的主要合金元素是鐵、鉻和碳。圖1-4是Fe-Cr系相圖富鐵部分，如Cr大於13%時，不存在γ相，此類合金為單相鐵素體合金，在任何熱處理制度下也不能產生馬氏體，為此必須在內Fe-Cr二元合金中加入奧氏體形成元素，以擴大來説，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允許更高的鉻含量。在馬氏體鉻不鏽鋼中，除鉻外，C是另一個最重要的必備元素，事實上，馬氏體鉻不鏽耐熱鋼是一類鐵、鉻、碳三元合金。當然，還有其他元素，利用這些元素，可根據Schaeffler圖確定大致的組織。

馬氏體不鏽鋼主要為鉻含量在12%-18%範圍內的低碳或高碳鋼。各國廣泛應用的馬氏體不鏽鋼鋼種有如下3類：

1.低碳及中碳13%Cr鋼

2.高碳的18%Cr鋼

3.低碳含鎳（約2%）的17%Cr鋼

馬氏體不鏽鋼具備高強度和耐蝕性，可以用來製造機器零件如蒸汽渦輪的葉片（1Cr13）、蒸汽裝備的軸和拉桿（2Cr13），以及在腐蝕介質中工作的零件如活門、螺栓等（4Cr13）。碳含量較高的鋼號（4Cr13、9Cr18）則適用於製造醫療器械、餐刀、測量用具、彈簧等。

與鐵素體不鏽鋼相似，在馬氏體不鏽鋼中也可以加入其它合金元素來改進其他性能：1.加入0.07%S或Se改善切削加工性能，例如1Cr13S或4Cr13Se；2.加入約1%Mo及0.1%V，可以增加9Cr18鋼的耐磨性及耐蝕性；3.加入約1Mo-1W-0.2V，可以提高1Cr13及2Cr13鋼的熱強性。

馬氏體不鏽鋼與調製鋼一樣，可以使用淬火、回火及退火處理。其力學性質與調製鋼也相似：當硬度升高時，抗拉強度及屈服強度升高，而伸長率、截面收縮率及衝擊功則隨着降低。

馬氏體不鏽鋼的耐蝕性主要取決於鉻含量，而鋼中的碳由於與鉻形成穩定的碳化鉻，又間接的影響了鋼的耐蝕性。因此在13%Cr鋼中，碳含量越低，則耐蝕性越高。而在1Cr13、2Cr13、3Cr13及4Cr13四種鋼中，其耐蝕性與強度的順序恰好相反。

在加工產品的時候，為了提高馬氏體不鏽鋼產品的強度和硬度，會增加碳含量，從而導致產品的塑性和耐蝕性下降。所以通常馬氏體不鏽鋼加工出來的產品的耐蝕性較差。 ^[1] 

馬氏體不鏽鋼根據化學成分不同可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類；根據組織和強化機理的不同則可分為馬氏體和半奧氏體沉澱硬化不鏽鋼以及馬氏體時效不鏽鋼等。

（1）馬氏體鉻鋼。鋼中除含鉻外還含一定量的碳。鉻含量決定鋼的耐蝕性，碳含量越高則強度、硬度和耐磨性越高。此類鋼的正常組織為馬氏體，有的還含有少量的奧氏體、鐵素體或珠光體。主要用於製造對強度、硬度要求高，而對耐腐蝕性能要求不太高的零件、部件以及工具、刀具等。典型鋼號有2Crl3、4Crl3、9Crl8等。

（2）馬氏體鉻鎳鋼。包括馬氏體沉澱硬化不鏽鋼、半奧氏體沉澱硬化不鏽鋼和馬氏體時效不鏽鋼等，都是高強度或超高強度不鏽鋼。此類鋼碳含量較低（低於0.10%），並含有鎳，有些牌號還含有較高的鉬、銅等元素，所以此種鋼在具有高強度的同時，強度與韌性的配合以及耐蝕性、焊接性等均優於馬氏體鉻鋼。Crl7Ni2是最常用的一種低鎳馬氏體不鏽鋼。馬氏體沉澱硬化不鏽鋼通常還含有Al、Ti、Cu等元素，它是在馬氏體基體上通過沉澱硬化作用析出Ni3A1、Ni3Ti等彌散強化相而進一步提高鋼的強度，如Crl7Ni4Cu4等牌號；而半奧氏體（或稱半馬氏體）沉澱硬化不鏽鋼，由於淬火狀態仍為奧氏體組織，所以淬火態仍可進行冷加工成型，然後通過中間處理、時效處理等工藝進行強化，這樣就可以避免馬氏體沉澱硬化不鏽鋼中的奧氏體淬火後直接轉變為馬氏體，導致隨後加工成型困難的缺點。常用的鋼種有0Crl7Ni7AI、0Crl5Ni7M02A1等。此類鋼強度較高，一般達1200～1400MPa，常用於製作對耐蝕性能要求不太高但需要高強度的結構件，如飛機蒙皮等。

馬氏體時效不鏽鋼，是在超低碳馬氏體時效鋼的基礎上加入高於10%的鉻製成的，既保有馬氏體時效鋼的良好綜合性能，又提高了耐蝕性。此類鋼碳含量低於0.03%，鉻含量為10%～15%，鎳含量為6%～1 1%（或鈷含量為10%～20%），並加入Mo、Ti、Cu等強化元素。 ^[2] 

不鏽鋼的型號，按成分可分為Cr系（400系列）、Cr－Ni系（300系列）、Cr－Mn－Ni（200系列）及析出硬化系（600系列）。

200 系列—鉻-鎳-錳 奧氏體不鏽鋼（能否用於食品存在爭議）

300 系列—鉻-鎳 奧氏體不鏽鋼

型號301—延展性好，用於成型產品。也可通過機械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲勞強度優於304不鏽鋼。

型號302—耐腐蝕性同304，由於含碳相對要高因而強度更好。

型號303—通過添加少量的硫、磷使其較304更易切削加工。

型號304—通用型號；即18/8不鏽鋼。GB牌號為0Cr18Ni9。

型號309—較之304有更好的耐温性。

型號316—繼304之後，第二個得到最廣泛應用的鋼種，主要用於食品工業和外科手術器材，添加鉬元素使其獲得一種抗腐蝕的特殊結構。由於較之304其具有更好的抗氯化物腐蝕能力因而也作“船用鋼”來使用。SS316則通常用於核燃料回收裝置。18/10級不鏽鋼通常也符合這個應用級別。

型號321—除了因為添加了鈦元素降低了材料焊縫鏽蝕的風險之外其他性能類似304。

400 系列—鐵素體和馬氏體不鏽鋼

型號408—耐熱性好，弱抗腐蝕性，11%的Cr，8%的Ni。

型號410—馬氏體（高強度鉻鋼），耐磨性好，抗腐蝕性較差。

型號416—添加了硫改善了材料的加工性能。

型號420—“刃具級”馬氏體鋼，類似布氏高鉻鋼這種最早的不鏽鋼。也用於外科手術刀具，可以做的非常光亮。

型號430—鐵素體不鏽鋼，裝飾用，例如用於汽車飾品。良好的成型性，但耐温性和抗腐蝕性要差。

型號440—高強度刃具鋼，含碳稍高，經過適當的熱處理後可以獲得較高屈服強度，硬度可以達到58HRC，屬於最硬的不鏽鋼之列。最常見的應用例子就是“剃鬚刀片”。常用型號有三種：440A、440B、440C，另外還有440F（易加工型）。

500 系列—耐熱鉻合金鋼。

600 系列—馬氏體沉澱硬化不鏽鋼。

型號630—最常用的沉澱硬化不鏽鋼型號，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。