作为含铬的马氏体时效钢,马氏体时效不锈钢管的强韧化机理与途径与马氏体时效钢相同的。因此,有必要了解一下马氏体时效钢的强韧化机理。

强化机理

马氏体时效不锈钢管的强化方式效果主要分为三种:固溶强化、相变强化和时效强化。固溶强化是利用置换溶质原子或是间隙溶质原子来提高固溶体屈服强度的方法,在时效处理过程中,由于合金元素会有沉淀析出,这就导致了固溶在马氏体中的含量大大减少,因此,马氏体时效不锈钢管中的固溶强化对强度的贡献不大,仅为100-200MPa马氏体相变强化也就是位错强化,位错在马氏体逆转变过程中可以遗传给新相,从而达到强化马氏体的目的,产生相变冷作硬化,对于不含有C的马氏体时效钢,这种硬化强度增量可达500MPa.

马氏体时效不锈钢管的时效强化强度增量达到1000MPa是马氏体时效不锈钢管主要的强化方式。时效强化主要是指时效过程中产生位错强化和第二相强化,此外还有时效导致的基体有序强化和晶粒细化强化等。第二相强化是时效强化的主要原因,时效过程也会导致机体的有序强化、晶粒细化强化等也归为时效强化,但强化效果都不明显,晶粒比较粗大时,晶粒细化对强度的增量较小,品粒越细小,品粒细化的强化影响越大马氏体时效不锈钢管在时效初期首先发生调幅分解,溶质原子通过上坡扩散形成Ni-Mo-Ti富集区,进而原位析出细小沉淀相,当析出金属间化合物时,析出相粒子的尺寸不同,其强化机制也不同,位错切过还是绕过析出相粒子决定于粒子半径R和位错的布氏矢量模b,当R/b<15时,位错切过析出相粒子;当R/b215时,位错绕过析出相粒子。强化效果与位错切过共格区和沉淀相所需应力密切相关,此时共格应力和沉淀相内部有序化应力起主要作用,随着沉淀相长大并与基体保持半共格关系,位错切过它们所需应力逐步增加,因此屈服强度上升,当沉淀相进一步长大,其半径达到临界尺寸15b时,位错会绕过沉淀相儿无法切过,当沉淀相颗粒间距达到某一临界值时,强度达到最高值。

韧化机理

在超高强度水平下仍然具有较高的韧性是马氏体时效不锈钢管的一个重要的特点,目前其原因尚不清楚,多数研究者认为,马氏体时效钢含有大量的CoNi,这两种元素均降低位错与杂质原子间的相互作用。另外,出于马氏体时效钢中C.N的浓度比较低,使得被钉扎的位错数量减少,这样就在马氏体时效钢中存在大量可滑移的位错,在产生应力集中时可以通过局部的塑性变形使应力松地,因此这种具有良好塑性的基体可以抵抗较大的应力集中。另一方面,时效时弥散析出的析出相粒子虽然阻碍了位错的长程运动,但可动位错仍可作短程运动,所以时效后的马氏体时效钢仍具有较高的韧性。