牢固、坚硬和强韧——含镍合金钢的多种属性-2

发布时间:2019年7月9日 来源:国际镍协会
新闻导读:含镍量较高(一般大于3%)的铁素体钢在0℃~-196℃温度范围内广泛使用。这类应用包括液化烃气储罐以及在寒冷地区使用的结构和机械。这些钢材利用镍成分的作用降低冲击转变温度来提高低温韧性。

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镍钢

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含镍量较高(一般大于3%)的铁素体钢在0℃~-196℃温度范围内广泛使用。这类应用包括液化烃气储罐以及在寒冷地区使用的结构和机械。这些钢材利用镍成分的作用降低冲击转变温度来提高低温韧性。

在碳钢和大多数低合金钢中,温度降到24℃(75℉)以下时,强度和硬度会增加,而拉伸延性和韧性会下降。镍可以提高低温韧性,如图1夏比冲击结果所示。

9%镍钢于1952年首次应用于液氧容器,从那时起主要用于制作液化天然气罐的内壳。选择它而不选择奥氏体不锈钢是因为它在最低-196℃的极低温下同时具备高强度和可靠的断裂韧性。

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▲镍对正火型和回火型半英寸低碳钢板冲击韧性的影响

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马氏体时效钢

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▲马氏体时效钢是一种高性能材料,高级高尔夫球杆的正面或整个头部采用了此材料。

马氏体时效钢属于低碳铁镍合金,含镍量约为18%,还能与钴、钼、钛及其他元素铸成合金。这些合金经过淬火形成马氏体,然后在480-500℃温度下进行沉淀硬化热处理,以便促进Ni3Mo和Ni3Ti等金属间化合物的沉淀。这些钢材具有很高的断裂韧性,而其抗冲击疲劳强度表明它们能够有效地应对反复冲击载荷,例如机电零件中的这类载荷。较低的热处理温度使其变形远小于可淬硬低合金钢的淬火变形,因此非常适合长薄零件。

马氏体时效钢的理想特性总结如下:

· 室温下具有超高强度

· 经过简单的热处理就能保证极小变形

· 与类似强度水平的淬火钢和回火钢相比具有优良的断裂韧性

· 可焊性上佳,容易制作

虽然这些合金钢中镍的使用量不如不锈钢生产那么显著,但它们应用非常广泛,因此是工业上重要的促成因素。

为了帮助工程师和规范制定者确定适合某种应用的最佳材料,国际镍协会提供了免费的技术建议。

术语表

奥氏体是指727℃以上温度下存在的钢材原子结构,也是一种非磁性铁碳固溶体。

渗碳体是分子式为Fe3C的铁碳化合物。随着钢材含碳量的增加,渗碳体和珠光体的数量随之增加,而且强度也会增加。提高含碳量是提高机械强度和硬度最简单的方式,但随着强度的增加,韧性会随之降低。

注:减小粒径(变得更细)也可以提高机械强度但韧性不会随之降低。

夏比冲击是一项标准化试验,衡量一块标准尺寸的金属片断裂时吸收的能量。

铁氧体是指727℃以下温度下存在的钢材原子结构。铁氧体的碳溶解度低于奥氏体,因此钢材经冷却后温度低于727℃时,过量的碳将以渗碳体的形式被固定,并与铁氧体层叠形成珠光体。因此,室温下的钢材微观结构由铁氧体内的珠光体岛组成。

可淬硬性是指钢材经过快速冷却(淬火)后能在特定深度达到特定硬度的能力。

马氏体是以较高速度对奥氏体进行淬火形成的钢材磁性结构,其中由于速度太快,碳原子没有时间以足够大的数量扩散到晶体结构之外以形成渗碳体。经过淬火后,奥氏体转变成一种碳过饱和的强应变结构,从而提高机械强度和硬度。

珠光体是由铁氧体层和渗碳体层交替组成的一种层状结构。

沉淀硬化是一种热处理技术,可以促进使金属晶体结构变硬的金属化合物(金属间化合物)分散的细粒沉淀,从而提高可锻金属的机械强度或硬度。

韧性是指材料吸收能量并发生塑性变形,从而在受压时抵抗断裂的能力。

责任编辑:付宇