17-4PH 钢的合金化及强化机制

    17-4PH 钢（0Cr17Ni4Cu4Nb)是一种以 Cr13 型马氏体不锈钢发展起来的低碳马氏体沉淀
硬化超高强度不锈钢，它具有高强度、较高韧性、高耐蚀性、高耐氧化性以及优良的成型性、
可焊性等综合性能，被广泛用于航空、航天、核能、军工和民用工业。而该材料各元素能否有
效实现合金化及强化，以获得优良性能，与该材料的化学成分设计、热加工、热处理及其所
形成的金相显微组织等影响因素有密切联系。

    为保证获得良好的耐蚀性和可焊性，钢中碳含量要控制在 0.07%以内，铬元素作为钢中
主要加入元素之一可显著增加钢的抗腐蚀能力，改善钢的抗氧化作用。它与铁形成连续固溶
体，与碳形成多种碳化物，这是因为铬与碳的亲和力在形成碳化物的诸多元素中大于铁和
锰，因而形成一系列稳定的铬碳化物，如

Cr23C6、Cr7C3 和 Cr3C2 等，这对于钢的性能有

显著影响，特别是提高钢的强度和耐磨性。同时，铬增加钢的淬透性，提高钢的回火稳定性，
降低钢的

Ms 点，当然这取决于固溶时铬在奥氏体中实际存在的浓度。

Ni 的适量加入主要是改善钢的耐蚀性，同时固溶强化基体，另外 Ni 有减少 δ 相的作用，但
Ni 降低 Ms 点，过多加入是不利的，一般应控制在 4%左右，与 Nb 元素形成具有斜方点阵
的（

η 相）金属间化合物沉淀析出，产生强化现象。

铜加入钢中虽不和碳形成碳化物，但它对临界温度和淬透性的影响以及固溶强化的作用等
与

Ni 相似，经适当的热处理后将出现导致钢沉淀析出强化的 ε 相质点。因此，钢中铜含量

超过

4%时要获得更好的效果就要加热到较高的温度使钢奥氏体化，因为铜在奥氏体中的溶

解度比在铁素体中更高，使钢奥氏体化后就能使更多的铜进入固溶体，这样，固溶时效后
富铜的

ε 相呈弥散状析出，沉淀硬化的效果也更显著。

铌与碳、氮、氧都有极强的亲和力，通常用于提高奥氏体型不锈钢的抗晶间腐蚀能力，同时
铌在钢中还有细化晶粒，提高晶粒粗化温度，降低钢的过热敏感性和回火脆性等。在

17-

4PH 钢中，通过加入铌将出现特殊稳定的碳化物和金属间化合物，如 NbFe2、Nb4C3，，它
与

α-Fe 点阵之间有一定的相位关系，其强化作用更为显著，抗过时效稳定性更好。它们经

过一定的热处理工艺弥散析出于钢中产生沉淀强化，有助于提高强度、韧性及蠕变抗力等。
    综上所述，17-4PH 钢的化学成分是影响其性能的主要因素，钢中诸元素的合理搭配及其
作用是该钢获得优良综合性能的基本条件，也是该钢强化机制的基本保证。

17-4PH 钢的热

加工和热处理是该钢获得优良性能的重要手段。固溶时效热处理使其产生热力学和动力学反
应，合金元素有效合金化，形成合适的金相组织，实现固溶强化和第二相沉淀强化，从而
获得较高的强度和韧性，赋予该钢优良的综合性能。