摘要：马氏体时效钢是钢中强度最高的钢类，其具有高韧性、良好的焊接性、冷热加工性和耐应力腐蚀性。本文详细介绍了马氏体时效钢的力学性能、焊接性能和腐蚀性能等性能，以及热处理、成分配比、加工工艺对这些性能的影响，并介绍了国内外对其研究的近况。最后，介绍了马氏体时效钢的应用概况，并提出其今后的发展方向。 关键词：马氏体时效钢; 机械性能; 发展; 应用，趋势
Research Status and Applications of Maraging Steels
Abstract:Maraging steels has the best intensity in the whole steels with well toughness, good welding property, mechanical working properties and stress corrosion resistance. Research and applications of maraging steels were introduced in many respects, especially the mechanical properties such as the mechanical properties, welding properties and corrosion properties. The influences of heat treatment, ratio of constituents and processing technology to the properties were discussed. Finally, the applications and further development direction were put forward.
Keywords:maraging steel; mechanical properties; develop; application， tendency
一 、概述
马氏体时效钢是国际镍公司（INCO）于60年代初研制的，它是在超低碳铁镍马氏体基体上利用合金元素产生时效强化的一种超高强度钢。马氏体时效钢具有强度高、韧性好、热处理简单、焊接性能好及良好的冷热加工性能，因而被广泛地应用于工业、军事等各种领域。进入80年代以来，无钴马氏体时效钢的研发大大降低了马氏体时效钢的成本。同时，其性能也有了进一步的提高。
马氏体时效钢的热处理是通过Co，武汉科技大学职业技术学院Mo，Ti等强化合金元素(表1列出了几种典型的18Ni马氏体时效钢的成分)在回火或时效时从过饱和固溶体(马氏体)中析出合金化合物作为第二相质点来实现强韧化，马氏体时效钢的显著特点是在超高强度下仍具有良好的塑性和优异的断裂韧性；同时它还具有优良的加工性能和焊接性能。这些优良的特性使马氏体时效钢可以取代传统的高强度钢，广泛用于许多领域中。
表1 几种典型的18Ni马氏体时效钢化学 单位：% （质量分数）
钢种 | C | Ni | Co | Mo | Ti | Al |
18Ni(200) | ≤0.03 | 17.5～18.5 | 8.0～9.0 | 3.0～3.5 | 0.15～0.25 | 0.05～0.15 |
18Ni(250) | ≤0.03 | 17.5～18.5 | 8.5～9.5 | 4.6～5.2 | 但愿人长久教学设计0.30～0.50 | 0.05～0.15 |
18Ni(300) | ≤0.03 | 17.5～18.5 | 8.0～9.0 | 4.6～5.2 | 0.55～0.80 | 0.05～0.15 |
18Ni(350) | ≤0.01 | 17.5～18.5 | 12.0～13.0 | 4.0～4.5 | 1.4～1.8 | 0.05～0.15 |
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二、马氏体时效钢发展简史
具有工业应用价值的马氏体时效钢，是20世纪60年代初由国际镍公司(INCO)首先开发出来的。1961～1962年间该公司B0.F0.Decker等人，在铁镍马氏体合金中加入不同含量的钴、钼、钛，通过时效硬化得到屈服强度分别达到1400、1700、1900MPa的18Ni(200)、18Ni(250)和18Ni(300)钢，并首先将18Ni(200)和18Ni(250)应用于火箭发动机壳体。这类钢种的出现，立即引起了各国冶金工作者的高度重视。60年代的中、后期是马氏体时效钢研究和开发的黄金时代。这期间，国际镍公司和钒合金钢公司(VasCo)又研制出了屈服强度达到2400MPa的18Ni(350)。研究工作者们还对马氏体时效钢的加工工艺、各种性能和强韧化机理进行了大量工作，同时还探索了屈服强度高达2800和3500MPa的所谓北京高校对超期学生发逾期警告400级和500级马氏体时效钢。不过这两个级别的钢种由于韧性太低，而且生产工艺过于复杂，没有得到实际应用。在此期间，马氏体时效钢在工模具领域也有了一定市场。与此同时，前苏联和联邦德国等国也开始了马氏体时效钢的研究。到了70年代，日本因开发浓缩铀离心机，对马氏体时效钢进行了系统、深入的研究。进入80年代以来，由于钴价不断上涨，无钴马氏体时效钢的开发取得了很大进展，如美国的T一250(18Ni一3Mo一10.4Ti—0.1A1)、日本的14Ni一3Cr一3Mo一10.5Ti合金、韩国的w一250(18Ni一40.5w一10.4Ti—0.1A1)和前苏联
的H161~6M6(16Ni一6V一6Mo)均相继问世。这些钢不仅使生产成本降低了
20％～30％，而且性能也十分接近相应强度水平的含钴马氏体时效钢。
为改善马氏体时效钢的耐腐蚀性能，在20世纪60年代后期又开发了马氏体时效不锈钢，它具有马氏体时效钢的全部优势，又具备马氏体时效钢所不具备的耐蚀性，同时还对沉淀硬化型不锈钢的某些性能进行了改进，因此用马氏体时效不锈钢逐步代替沉淀硬化型不锈钢是超高强度不锈钢一个重要的发展方向，是超高强度不锈钢最有潜力的钢种。
中国的发展
中国从20世纪60年代中期就开始研制马氏体时效钢。最初以仿制18Ni(250)和18Ni(300)为主。到70年代中期又开始研究强度级别更高的钢种和无钴或节镍钴马氏体时效钢，还开发出用于高速旋转体的超高纯、高强高韧的马氏体时效钢(cM一1钢)，研制出高弹性的马氏体时效钢(TM210等)和低镍无钴马氏体时效钢(12Ni一3Mn3Mo—TiAlV)。
三、 马氏体时效钢的性能特点
3.1 高强韧性和强疲劳强度
马氏体时效钢是钢中强度最高的钢类。其强度虽高，但比同强度级的其它种超高强度钢的韧性都高, 是现有材料中具有最高强韧性的钢种。
马氏体时效钢的抗拉强度远远高于一般传统钢种，其抗拉强度在1000Mpa至2500Mpa范围内，并随加工参数的变化而有所不同。这些钢的断裂韧性很高，在90～200Mpa√m范围内。
马氏体时效钢的疲劳性能极好，其疲劳强度值可与其它高强度钢的相媲美。通过喷丸韧化处理和氮化处理，还可进一步提高马氏体时效钢的疲劳强度。表2是 标准18Ni马氏体时效钢的典型力学性能。
表 2 典型18Ni马氏体时效钢的典型力学性能
钢种 | 热处理工艺 | Rm/Mpa | Rel/Mpa | A5/% | Z/% | KIC/Mpa.m1/2 |
18Ni(200) | 820℃固溶， 480℃时效 | 1480 | 1430 | 9.0 | 51.0 | 155～200 |
18Ni(250) | 1785 | 1725 | 12.0 | 50.0 | 120 |
18Ni(300) | 2050sia001 | 1970 | 12.0 | 35.0 | 80 |
18Ni(350)两棵树的守望 | 2410 | 2355 | 12.0 | 25.0 | 35～50 |
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3.2 热处理工艺简单
通常，马氏体时效钢是按其截面尺寸每25mm保温1h计算的时间于820℃固溶退火的。退火处理后的冷却速度对于钢的显微组织和性能几乎没有影响。但是，在时效处理之前，马氏体时效钢必须冷却到室温。通常在480℃经3至6h时效热处理。
对Fe-Ni合金来说，当Ni含量高时，在通常的冷却速度下，由奥氏体只生成马氏体（18Ni的Ms点约290℃），但这种情况的马氏体转变不受冷却速度的影响。因此，在马氏体时效钢中不会出现像淬火回火钢中常出现的淬透性问题，认为奥氏体马氏体的转变是可逆的，这是Fe—Ni合金的基本特征。所以这也是马氏体时效钢热处理非常简单的主要因素。
马氏体时效钢一般是以固溶处理状态交货，用户进行机加工后进行时效处理而直接采用的。伴随时效处理尺寸变化非常小（18Ni—170级为0.06～0.07%的收缩），因此，完全可省略最终的冷加工。
3.3 焊接性能好，焊接时不需要预热
优良的焊接性是马氏体时效钢的重要优点之一，惰性气体保护焊是它最常用的焊接方法。马氏体时效钢的焊接性能与以往的马氏体超高强度钢不同，无需预热和后热，也不用担心焊接裂纹。不仅具有好的焊接性能，由于热影响区的硬化也小，焊后的时效温度低，制品的尺寸变化小，因此是很好用的材料。马氏体时效钢，由于含有易与氧、氮结合的Ti、Al元素，焊接时希望采用这些元素的烧损尽量小的焊接方法，可以用TIG法、MIG法、电子束焊接法，在惰性气体保护粘合液的激光焊接。
3.4 良好的冷、热加工性能
热加工较容易，加工性与SU304大体相同。对于马氏体时效钢可以采取最常用的热加工技术，如锻造、轧制等。含钛较高的钢种，需要采取较高的热加工负载和较高的加工温度，但不宜在1260℃以上的温度加工。Ti和Mo含量较高的钢种，在加工时容易形成这些合金元素的显微偏析，只有通过调整钢锭的尺寸和热加工制度，才能避免这种显微偏析。
冷加工性能非常好，拉拔，冷轧，弯曲，深冲加工都非常容易。加工过程中无需软化退火即可进行90%以上的加工。其加工硬化指数为0.02～0.03, 与普通钢相比降低一个数量级。随之冷加工率的增加，强度提高，但延伸率及韧性仅稍有降低。因此，冷加工是一种
有效的强化手段。冷变形后直接时效，强度明显提高，而韧性下降不多。任何传统的加工工艺都可以用于固溶退火状态的这类钢的冷加工。这类钢具有很低的加工硬化速率，可以承受很大的压缩量，其硬度仅稍有提高。马氏体时效钢的应变硬化指数和拉伸率都比较小。因此，其冷成形加工量取决于在产生缩颈之前的均匀拉伸应变（例如深冲加工），通常只限于中等程度的变形。通过过时效处理，可以大大改善钢的均匀延伸。对于大变形量的冷加工组织，可以通过在高于815℃的温度下奥氏体化热处理来软化。大变形量预冷加工会降低直接时效处理后的韧性；在单向加工组织中可能存在显著的弹性模量和韧性的各向异性。
3.5 在相同强度下，与其它钢种相比，耐应力腐蚀性能好
Fe-Ni低碳马氏体能抵制流动海水的应力腐蚀，与淬火，回火钢相比，马氏体时效钢显示出优越的抗应力腐蚀性能。马氏体时效钢在大气中的腐蚀约每年0.0125～0.025mm, 是普通合金钢的一半，在腐蚀性溶液中耐蚀性也比低合金钢稍好些。因此，在腐蚀水环境下使用必须进行表面保护。
马氏体时效钢较之高强度低合金钢具有更好的耐蚀性能。在工业大气中和在海洋大气中，
马氏体时效钢的腐蚀速率大约为普通钢的一半左右。在静止的和流动的海水中，马氏体时效钢和普通钢大致具有同等的腐蚀速率。马氏体时效钢在含盐水溶液中和在酸溶液中具有比较好的耐蚀性；而且耐高温氧化性要比低合金钢好得多。
春兰集团公司 马氏体时效钢在大多数水介质中容易发生应力腐蚀破裂。当屈服强度较低时，其抗应力腐蚀破裂性能显著提高。能改善韧性的一些处理工艺参数（例如采取真空熔炼、热加工以及减少钢中杂质含量等）也能够提高钢的抗应力腐蚀破裂性。涂漆、喷丸硬化等表面处理，均已成功地用来提高钢的抗应力腐蚀性。阴极保护措施也能有效的提高钢的抗应力腐蚀破裂性，但是必须慎重地使用以免导致裂纹的渗氢。马氏体时效钢通常可以用于水环境中；但是，像使用所有的高强度钢一样，也必须注意采取适当措施来避免应力腐蚀破裂。
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