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鎳鋼

含鎳量較高（一般大于3％）的鐵素體鋼在0℃～-196℃溫度范圍內(nèi)廣泛使用。這類應(yīng)用包括液化烴氣儲(chǔ)罐以及在寒冷地區(qū)使用的結(jié)構(gòu)和機(jī)械。這些鋼材利用鎳成分的作用降低沖擊轉(zhuǎn)變溫度來提高低溫韌性。

在碳鋼和大多數(shù)低合金鋼中，溫度降到24℃（75℉）以下時(shí)，強(qiáng)度和硬度會(huì)增加，而拉伸延性和韌性會(huì)下降。鎳可以提高低溫韌性，如圖1夏比沖擊結(jié)果所示。

9％鎳鋼于1952年首次應(yīng)用于液氧容器，從那時(shí)起主要用于制作液化天然氣罐的內(nèi)殼。選擇它而不選擇奧氏體不銹鋼是因?yàn)樗谧畹?196℃的極低溫下同時(shí)具備高強(qiáng)度和可靠的斷裂韌性。

▲鎳對(duì)正火型和回火型半英寸低碳鋼板沖擊韌性的影響

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馬氏體時(shí)效鋼

▲馬氏體時(shí)效鋼是一種高性能材料，高級(jí)高爾夫球桿的正面或整個(gè)頭部采用了此材料。

馬氏體時(shí)效鋼屬于低碳鐵鎳合金，含鎳量約為18％，還能與鈷、鉬、鈦及其他元素鑄成合金。這些合金經(jīng)過淬火形成馬氏體，然后在480-500℃溫度下進(jìn)行沉淀硬化熱處理，以便促進(jìn)Ni3Mo和Ni3Ti等金屬間化合物的沉淀。這些鋼材具有很高的斷裂韌性，而其抗沖擊疲勞強(qiáng)度表明它們能夠有效地應(yīng)對(duì)反復(fù)沖擊載荷，例如機(jī)電零件中的這類載荷。較低的熱處理溫度使其變形遠(yuǎn)小于可淬硬低合金鋼的淬火變形，因此非常適合長薄零件。

馬氏體時(shí)效鋼的理想特性總結(jié)如下：

· 室溫下具有超高強(qiáng)度

· 經(jīng)過簡單的熱處理就能保證極小變形

· 與類似強(qiáng)度水平的淬火鋼和回火鋼相比具有優(yōu)良的斷裂韌性

· 可焊性上佳，容易制作

雖然這些合金鋼中鎳的使用量不如不銹鋼生產(chǎn)那么顯著，但它們應(yīng)用非常廣泛，因此是工業(yè)上重要的促成因素。

為了幫助工程師和規(guī)范制定者確定適合某種應(yīng)用的最佳材料，國際鎳協(xié)會(huì)提供了免費(fèi)的技術(shù)建議。

術(shù)語表

奧氏體是指727℃以上溫度下存在的鋼材原子結(jié)構(gòu)，也是一種非磁性鐵碳固溶體。

滲碳體是分子式為Fe3C的鐵碳化合物。隨著鋼材含碳量的增加，滲碳體和珠光體的數(shù)量隨之增加，而且強(qiáng)度也會(huì)增加。提高含碳量是提高機(jī)械強(qiáng)度和硬度最簡單的方式，但隨著強(qiáng)度的增加，韌性會(huì)隨之降低。

注：減小粒徑（變得更細(xì)）也可以提高機(jī)械強(qiáng)度但韌性不會(huì)隨之降低。

夏比沖擊是一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)，衡量一塊標(biāo)準(zhǔn)尺寸的金屬片斷裂時(shí)吸收的能量。

鐵氧體是指727℃以下溫度下存在的鋼材原子結(jié)構(gòu)。鐵氧體的碳溶解度低于奧氏體，因此鋼材經(jīng)冷卻后溫度低于727℃時(shí)，過量的碳將以滲碳體的形式被固定，并與鐵氧體層疊形成珠光體。因此，室溫下的鋼材微觀結(jié)構(gòu)由鐵氧體內(nèi)的珠光體島組成。

可淬硬性是指鋼材經(jīng)過快速冷卻（淬火）后能在特定深度達(dá)到特定硬度的能力。

馬氏體是以較高速度對(duì)奧氏體進(jìn)行淬火形成的鋼材磁性結(jié)構(gòu)，其中由于速度太快，碳原子沒有時(shí)間以足夠大的數(shù)量擴(kuò)散到晶體結(jié)構(gòu)之外以形成滲碳體。經(jīng)過淬火后，奧氏體轉(zhuǎn)變成一種碳過飽和的強(qiáng)應(yīng)變結(jié)構(gòu)，從而提高機(jī)械強(qiáng)度和硬度。

珠光體是由鐵氧體層和滲碳體層交替組成的一種層狀結(jié)構(gòu)。

沉淀硬化是一種熱處理技術(shù)，可以促進(jìn)使金屬晶體結(jié)構(gòu)變硬的金屬化合物（金屬間化合物）分散的細(xì)粒沉淀，從而提高可鍛金屬的機(jī)械強(qiáng)度或硬度。

韌性是指材料吸收能量并發(fā)生塑性變形，從而在受壓時(shí)抵抗斷裂的能力。