Z20C13不銹鋼高碳含量賦予高硬度和強(qiáng)度但降低耐腐蝕性需通過(guò)熱處理
Z20C13 馬氏體不銹鋼
基本信息
標(biāo)準(zhǔn):NF A35-573(法國(guó)),對(duì)應(yīng)中國(guó) GB/T 20878 標(biāo)準(zhǔn)中的420 不銹鋼(舊牌號(hào) 2Cr13),屬于馬氏體不銹鋼,具有較高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性,耐腐蝕性中等。
化學(xué)成分(%)
元素 含量范圍 作用說(shuō)明
碳(C) 0.16~0.25 高碳含量賦予高硬度和強(qiáng)度,但降低耐腐蝕性;需通過(guò)熱處理(淬火 + 回火)強(qiáng)化。
硅(Si) ≤1.00 脫氧劑,少量提高強(qiáng)度和硬度。
錳(Mn) ≤1.00 改善加工性能,增強(qiáng)奧氏體穩(wěn)定性。
磷(P) ≤0.040 控制冷脆性,需嚴(yán)格限制。
硫(S) ≤0.030 減少熱脆性,提高切削性能(若含硫量更高則為易切削鋼,如 420F)。
鉻(Cr) 12.0~14.0 形成 Cr?O?鈍化膜,提供基本耐腐蝕性(耐大氣、水蒸氣腐蝕),但低于奧氏體不銹鋼。
性能特點(diǎn)
力學(xué)性能(經(jīng)淬火 + 回火處理后)
硬度:退火態(tài)≤223HBW,淬火回火后可達(dá) 21~28HRC(隨回火溫度調(diào)整),最高可通過(guò)低溫回火達(dá) 35HRC 以上。
抗拉強(qiáng)度(σb):≥635 MPa(退火態(tài));淬火回火后≥735 MPa(具體取決于回火溫度)。
伸長(zhǎng)率(δ5):≥12%(退火態(tài)),韌性隨硬度升高而下降。
耐腐蝕性
優(yōu)于碳素鋼,可耐大氣、水及弱腐蝕性介質(zhì)(如稀硝酸),但在鹽溶液、海水或強(qiáng)腐蝕環(huán)境中易生銹,需配合表面處理(如鍍鉻、鈍化)提升耐蝕性。
熱處理工藝
退火:800~900℃緩冷,軟化材料以利于加工,硬度≤223HBW。
淬火:920~980℃油冷或空冷,獲得馬氏體組織,硬度顯著提高。
回火:
低溫回火(150~200℃):保留高硬度(如刀具、軸承),韌性較低。
高溫回火(600~700℃):降低硬度,提高韌性和尺寸穩(wěn)定性(如軸類、汽輪機(jī)部件)。
加工與焊接
切削加工:退火態(tài)切削性能良好,淬火后硬度高,需使用硬質(zhì)合金刀具。
焊接:焊接性較差,易產(chǎn)生冷裂紋,需焊前預(yù)熱(200~300℃)和焊后回火處理,通常不推薦用于焊接結(jié)構(gòu),優(yōu)先采用螺栓連接或鉚接。
應(yīng)用領(lǐng)域
機(jī)械零部件:
耐磨損且需一定耐蝕性的場(chǎng)景,如軸類、活塞桿、齒輪、閥門零件(如水壓閥門、蒸汽閥門)。
醫(yī)療器械中的手術(shù)刀(需表面硬化處理,但現(xiàn)代更多采用更高等級(jí)不銹鋼如 440C)。
工具與模具:
低負(fù)荷切削工具(如手動(dòng)刀具、木工工具)、塑料模具(需表面處理防腐蝕)。
耐蝕結(jié)構(gòu)件:
低腐蝕環(huán)境中的彈簧、餐具(如勺子、叉子,但不及 304 不銹鋼美觀耐用)。
典型用途案例
汽輪機(jī)葉片:利用其高溫強(qiáng)度和耐蒸汽腐蝕能力(需定期防腐處理)。
化工設(shè)備中的軸和緊固件:用于非強(qiáng)腐蝕介質(zhì)(如乙醇、丙酮)的攪拌軸、螺栓。
廚房用剪刀:通過(guò)淬火提高刃口硬度,適合剪切非腐蝕性材料。
注意事項(xiàng)
腐蝕風(fēng)險(xiǎn):
避免接觸鹽、酸、堿等強(qiáng)腐蝕介質(zhì),否則需頻繁清潔或采用鍍層保護(hù)。
在潮濕環(huán)境中長(zhǎng)期使用可能生銹,需定期涂油維護(hù)。
熱處理關(guān)鍵:
淬火溫度不足或冷卻速度慢會(huì)導(dǎo)致硬度不足;回火溫度過(guò)高會(huì)使硬度顯著下降,需嚴(yán)格控制工藝參數(shù)。
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