马氏体不锈钢材料的性能参数

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前两篇我们分别介绍了奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的性能及特性，感兴趣的同学可以直接点击蓝字回顾阅读。本文将介绍不锈钢家族中的另一个类别：马氏体不锈钢

图1 不锈钢五大分类

本文分7个部分，正文字数约1600，阅读时长约3分钟。

图2 本文结构

一、马氏体不锈钢的起源

1976年，在加利利北部出土的一把公元前12或13世纪的矿工镐，其成分类似于马氏体不锈钢合金，因此被人们认为是最早使用马氏体钢的例证。

对于学材料的同学来说可能知道。马氏体不锈钢是以德国冶金学家Adolf Martens的名字命名的。今天我们就来说说马氏体不锈钢材料背后的故事。

图3 德国的冶金学家Adolf Martens

Adolf Martens早年是一名工程师从事铁路桥梁的建设工作，偶然间接触到了正在兴起的材料检验方法，并对此深感兴趣。于是在自制的显微镜下观察铁的金相组织，发现生铁在冷却和结晶过程中的组织排列非常有规律。

图4 柏林皇家材料试验所

Adolf Martens在1878年发表了《铁的显微镜研究》一文，阐述了金属断口形态以及其抛光和酸浸后的金相组织。自此，马氏体不锈钢便正式出现在世人面前。

Adolf Martens随后担任了柏林皇家大学附属机械工艺研究所所长，也就是柏林皇家材料试验所的前身。1895年国际材料试验学会成立，Adolf Martens担任副主席一职。

二、什么是马氏体不锈钢？

马氏体不锈钢是指含铬量在11.5%~18%之间，且含碳量小于1.2%，在常态下组织结构为体心四方晶体，可通过热处理进行硬化和强化，且具有磁性的不锈钢种类。

图5 马氏体显微结构

马氏体不锈钢具有明显的相变点，就是从高温奥氏体状态快冷转变成马氏体组织。而且其含铬高，淬透性好，回火时可以在较大范围内调整其强度和韧性，因此， 马氏体不锈钢既可以作结构钢用，也可以作工具钢用，在船舶、工业和医疗等行业用途广泛。

三、马氏体不锈钢的分类

马氏体不锈钢可根据化学成分不同分为马氏体铬钢和铬镍钢两类。

图6 马氏体不锈钢的分类

马氏体格钢含铬量一般小于18%，且含有一定量的碳。铬含量的高低决定钢的耐蚀性。正常情况下马氏体铬钢的组织结构为马氏体，但有些牌号中含有少量的奥氏体，铁素体或珠光体。

马氏体铬镍钢碳含量低于0.1%，并含有镍，有些牌号中还加入了钼、铜等元素，因此马氏体铬镍钢在强度、韧性、耐蚀性及焊接性等性能上均优于马氏体铬钢。

四、马氏体不锈钢牌号在各国间的转换

我国不锈钢牌号的命名方法是用通用性的化学符号来表示化学成分，用阿拉伯数字表示化学成分的含量。因为每个国家间的标准界定不同，在不同国家间的名称也不同，例如，我国牌号为12Cr13，美国牌号为410但总体来说表示的是相同的材料。

各国牌号名字转换对照表如图7所示。

图7 马氏体不锈钢的牌号

五、马氏体的化学成分组成

不锈钢的耐腐蚀性主要原因是含铬，铬与空气或水接触后会在表面形成钝化膜，使其不再与空气和水继续反应。

马氏体铬含量在11.5%~18%之间，为确保在热处理期间的马氏体组织形成，通常情况下含铬量越高的马氏体钢，其含碳量也越高。马氏体不锈钢常用牌号的化学成分图8所示。

图8 马氏体不锈钢的化学成分

六、马氏体的物理及力学性能

马氏体不锈钢的密度略高于铁素体不锈钢，低于奥氏体不锈钢，即奥氏体不锈钢＞马氏体不锈钢＞铁素体不锈钢。

同铁素体不锈钢一样，马氏体不锈钢具有磁性。但电阻率与热膨胀系数略低于铁素体不锈钢。马氏体不锈钢常用牌号的物理性能如图9所示。

图9 马氏体不锈钢的物理性能

马氏体不锈钢经过淬火后具有较高的硬度、强度和耐磨性，但内应力大且脆，经低温回火后可消除其应力，提高塑性。

根据马氏体不锈钢的碳含量的高低取决其加工的性能。马氏体不锈钢经调质处理后，可获得较好的力学性能，使其切削加工性有很大改善。马氏体不锈钢常用牌号的力学性能如图10所示。

图10 马氏体不锈钢的力学性能

七、马氏体不锈钢应用领域

马氏体不锈钢凭借其良好的耐蚀性和力学性能，被广泛的运用在航天航空、模具制造、机械零件生产、石油化工、船舶、工业和医疗应用等领域。

图11 医疗应用、机械加工零件、弹簧

图12 航天航空、机械加工零件、轴承

随着对不锈钢研发理论的不断深入，冶炼技术的进一步改进，马氏体不锈钢的应用范围也会越来越广泛。