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Z20C13不銹鋼高碳含量賦予高硬度和強度但降低耐腐蝕性需通過熱處理

來源:上海飛釩特鋼集團有限公司   2025年07月10日 09:18  

Z20C13 馬氏體不銹鋼

基本信息

標準:NF A35-573(法國),對應中國 GB/T 20878 標準中的420 不銹鋼(舊牌號 2Cr13),屬于馬氏體不銹鋼,具有較高的強度、硬度和耐磨性,耐腐蝕性中等。

化學成分(%)

元素 含量范圍 作用說明

碳(C) 0.16~0.25 高碳含量賦予高硬度和強度,但降低耐腐蝕性;需通過熱處理(淬火 + 回火)強化。

硅(Si) ≤1.00 脫氧劑,少量提高強度和硬度。

錳(Mn) ≤1.00 改善加工性能,增強奧氏體穩(wěn)定性。

磷(P) ≤0.040 控制冷脆性,需嚴格限制。

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

力學性能(經(jīng)淬火 + 回火處理后)

硬度:退火態(tài)≤223HBW,淬火回火后可達 21~28HRC(隨回火溫度調(diào)整),最高可通過低溫回火達 35HRC 以上。

抗拉強度(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。

應用領(lǐng)域

機械零部件:

耐磨損且需一定耐蝕性的場景,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不銹鋼如 440C)。

工具與模具:

低負荷切削工具(如手動刀具、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

汽輪機葉片:利用其高溫強度和耐蒸汽腐蝕能力(需定期防腐處理)。

化工設備中的軸和緊固件:用于非強腐蝕介質(zhì)(如乙醇、丙酮)的攪拌軸、螺栓。

廚房用剪刀:通過淬火提高刃口硬度,適合剪切非腐蝕性材料。

注意事項

腐蝕風險:

避免接觸鹽、酸、堿等強腐蝕介質(zhì),否則需頻繁清潔或采用鍍層保護。

在潮濕環(huán)境中長期使用可能生銹,需定期涂油維護。

熱處理關(guān)鍵:

淬火溫度不足或冷卻速度慢會導致硬度不足;回火溫度過高會使硬度顯著下降,需嚴格控制工藝參數(shù)。



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