马氏體(tǐ)不锈钢是根据使用(yòng)需求不断发展和完善起来的，以满足不同条件对材料在耐蚀性能(néng)、力學(xué)性能(néng)及其他(tā)性能(néng)方面的要求。从现在常用(yòng)的和近些年发展起来的马氏體(tǐ)不锈钢来看，可(kě)以大致将其分(fēn)為(wèi)四种类型，即Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢、1Cr17Ni2马氏體(tǐ)不锈钢、高碳－高铬马氏體(tǐ)不锈钢、低碳－镍－铬强韧马氏體(tǐ)不锈钢。
一、Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢
Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢是指含铬量在13%左右，含碳较低（一般含C≤0.45%)的不锈钢。也包括為(wèi)改善某些性能(néng)另加一些其他(tā)合金元素而发展起来的马氏體(tǐ)不锈钢。
这类不锈钢依含碳量不同或镍、钼合金元素添加量的不同，又(yòu)各自具有(yǒu)一些特点和用(yòng)途。
1. 基本Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢
基本Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢是指含C≤0.45%,只含13%左右铬，不含其他(tā)添加元素的钢，代表性的牌号有(yǒu)锻轧材的1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13及铸材ZG1Cr13、ZG2Cr13等。其中，1Cr13、ZG1G13等较低含碳量的钢，在淬火和淬火再回火后，组织中会含有(yǒu)少量的8铁素體(tǐ)，因此，也有(yǒu)把它们列入铁素體(tǐ)－马氏體(tǐ)不锈钢的，根据本书的不锈钢的分(fēn)类原则，仍列人马氏體(tǐ)不锈钢系列。在这类钢中，含铬量基本相同，在13%左右，主要成分(fēn)差别是碳的含量。由于碳含量的差别，使钢热处理(lǐ)后在组织上有(yǒu)差别，反映在耐腐蚀性能(néng)和力學(xué)性能(néng)上也有(yǒu)一定的差别。
a. 耐腐蚀性
Cr13型不锈钢中含有(yǒu)保证耐腐蚀性的基本含铬量，具有(yǒu)一定的耐腐蚀性能(néng)，不同含碳量的Cr13型不锈钢在耐腐蚀性上显示出差别，含碳量低的耐腐蚀性优于含碳量高的钢号，见图4-1。
含碳量高的Cr13型钢耐腐蚀性差的原因是随着含碳量的增加，形成的含铬碳化物(wù)会增加，这不仅会降低钢基體(tǐ)中的含铬浓度，还会使析出的含铬碳化物(wù)周围形成的贫铬區(qū)更多(duō)，从而降低了钢的耐腐蚀性能(néng)。所以，一般选材时，在保证力學(xué)性能(néng)的使用(yòng)要求前提下，為(wèi)保证有(yǒu)好的耐腐蚀性，尽量选用(yòng)含碳低的钢号。
Cr13型不锈钢的耐腐蚀性还与热处理(lǐ)状态有(yǒu)关。见图4-2
Cr13型不锈钢退火状态的耐腐蚀性比淬火状态低的原因是因為(wèi)在退火状态下，钢中的碳可(kě)以更充分(fēn)地形成含铬碳化物(wù)，从而降低了基體(tǐ)中的含铬量和在碳化物(wù)周围形成更多(duō)贫铬區(qū)的结果。所以，為(wèi)充分(fēn)发挥Cr13型不锈钢的耐腐蚀性能(néng)和力學(xué)性能(néng)，最好在淬火回火后使用(yòng)。
b. 力學(xué)性能(néng)
Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢的力學(xué)性能(néng)主要是碳的作用(yòng)和影响。见图1-5。当碳较低，如含碳≤0.15%时，淬火组织中会含有(yǒu)一定量的8铁素體(tǐ)，回火后的组织中仍存在这种组织，使钢的力學(xué)性能(néng)偏低，含碳量＞0.15%~0.45%时，淬火后一般不会存在8铁素體(tǐ)，并且，随着含碳量的增加，淬火马氏體(tǐ)钢中的固溶含碳量也增加，从而使淬火回火后的钢的硬度和强度提高，塑性和韧性下降。特别是铬的存在使共析点左移，即共析碳量降低，当含铬达12%左右时，含碳量在0.4%左右的钢已属过共析钢。见图4-3。
这时，热处理(lǐ)后的钢组织中还会有(yǒu)残余碳化物(wù)，从而会进一步提高钢的硬度和强度，降低塑性和韧性。不同含碳量的Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢淬火并经650~660℃回火后的性能(néng)对比见表4-1。
c. Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢的应用(yòng)
①. 1Cr13钢具有(yǒu)较高的韧性和冷变形性，在常温的弱腐蚀介质中，如盐水溶液、浓度不高的有(yǒu)机酸等溶液中，有(yǒu)良好的耐腐蚀性能(néng)，在淡水、水蒸气、潮湿大气中有(yǒu)足够的耐腐蚀性能(néng)。锻轧材、铸材经调质热处理(lǐ)后所具有(yǒu)的强度、塑性、韧性配合较好。适用(yòng)于制造有(yǒu)中等强度、较高韧性要求的承受冲击载荷的零部件。
②. 2Cr13钢的含碳量高于1Cr13.所以，可(kě)得到的硬度和强度也较高，韧性略低，耐腐蚀性也不如1Cr13.所以，可(kě)用(yòng)于制造有(yǒu)较高强度要求，承受较高应力和一定耐腐蚀性能(néng)要求的零部件。
③. 3Cr13钢相对于1Cr13和2Cr13可(kě)有(yǒu)更高的硬度和强度、更好的淬透性能(néng)，但耐腐蚀性更低一些，所以，可(kě)用(yòng)其制造对耐腐蚀性要求不高，而要求较高硬度、强度和一定耐磨性能(néng)的零部件和易磨损件。
④. 4Cr13钢由于热处理(lǐ)后有(yǒu)很(hěn)高的硬度、强度，但耐腐蚀性则较低；所以，可(kě)用(yòng)于制造有(yǒu)高强度要求的、对耐腐蚀性要求不高的零部件和耐磨损件。
2. 易切削的Cr13型不锈钢
不锈钢的切削性能(néng)较差，為(wèi)了改善切削加工性能(néng)，特别是為(wèi)适应要求表面较高光洁度的自动机床加工生产的标准件的需要，在某些牌号的不锈钢中，采用(yòng)提高磷、硫、锰等元素含量的做法。加硫后，由于硫化物(wù)的存在，使切屑易断开，既可(kě)改善工件切削表面的光洁度，又(yòu)可(kě)节省切削动力。
加硫的同时提高锰的含量，MnS在加工中可(kě)减小(xiǎo)工件表面与刀(dāo)具之间的摩擦，起到润滑作用(yòng)，增加了切削刀(dāo)具的使用(yòng)寿命。加磷可(kě)以提高 α 铁和 δ 铁的硬度和强度，同样起到易于即削的作用(yòng)。
当然，提高钢中硫、磷含量后，对某些性能(néng)会稍有(yǒu)影响。
在我國(guó)的不锈钢系列中，為(wèi)提高切削性能(néng)而提高硫、磷、锰含量的易切削不锈钢钢牌号前加“Y”字头，马氏體(tǐ)易切削不锈钢有(yǒu)Y1Gr-13、Y3Cr13等。此外，在奥化體(tǐ)不锈钢和铁素體(tǐ)不锈钢中，也有(yǒu)易切削钢号，如Y1Cr18Ni9、Y1Cr17等。
此外，我國(guó)还有(yǒu)加硒的易切削不锈钢，如Y1Cr18Ni9Se.國(guó)外还有(yǒu)加铅等元素的易切削不锈钢。
3. 在Cr13型钢基础上发展起来的马氏體(tǐ)不锈钢
这里是指含铬量仍控制在13%左右，為(wèi)提高某些性能(néng)另外有(yǒu)目的的添加一些合金元素而构成的马氏體(tǐ)不锈钢。
a. 高硫马氏體(tǐ)不锈钢
马氏體(tǐ)不锈钢中提高硫、锰含量，除改善切削加工性能(néng)的目的外，还有(yǒu)的在1Cr13不锈钢基础上进一步提高锰含量（上限含量达1.5%)、硫含量（0.23%~0.32%),用(yòng)做摩擦副材料。
经研究可(kě)知，由硫、锰形成的较多(duō)含量的MnS以纺锤状或点状分(fēn)布于材料表面，当以这种材料制成的零件与另一种马氏體(tǐ)不锈钢制成的零件组成摩擦副高速运转时，较软的MnS会改变两零件接触应力的分(fēn)布状态，减小(xiǎo)接触应力集中，较好地改善了两零件之间的摩擦状况，减小(xiǎo)磨损，提高抗咬合能(néng)力。这种材料一般作為(wèi)摩擦副的高硬度件，通过热处理(lǐ)调质后保证硬度在325~375HB之间。
b. 加钼的Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢
在Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢中，有(yǒu)的有(yǒu)意地添加一定含量的钼，一般不大于1%.应用(yòng)于工程上的含钼的Cr13型不锈钢牌号有(yǒu)1Cr13Mo、3Cr13Mo、4Cr13Mo等。
加钼的Cr13型不锈钢与同样含碳、铬量的不加钼不锈钢相比，除有(yǒu)更好的耐腐蚀性能(néng)外，还由于钼是较强的碳化物(wù)形成元素，含钼的碳化物(wù)加热时不易溶解，从而使钢保持细晶粒，在回火时，可(kě)提高抗回火稳定性，与不含钼马氏體(tǐ)不锈钢相比，在要求相同的硬度和强度时，可(kě)提高回火温度，使其有(yǒu)更好一些的性和韧性。钼还可(kě)降低Cr13型不锈钢的回火脆性倾向。
含钼的Cr13型不锈钢可(kě)以用(yòng)来制作对强韧性有(yǒu)更高要求的结构件。
c. 加镍的Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢。
目前，将含C≤0.25%的C-13型不锈钢中加入0.5%~1.0%的镍用(yòng)于复杂铸件的生产已被广泛应用(yòng)，如ZG1Cr13Ni、ZG2Cr13Ni等。
因為(wèi)不含镍的铸造Cr13型不锈钢中，易存在8铁素體(tǐ)，特别当其沿晶界分(fēn)布时，对韧性极為(wèi)不利，对于形状复杂的铸造零件，极易产生铸造裂纹和热处理(lǐ)裂纹。当加入0.5%~1.0%的镍元素后，这种情况将得到改善，在保证强度的条件下，塑韧性提高，并改善焊接性能(néng)。加镍的Cr13型不锈钢可(kě)用(yòng)于生产形状复杂的铸件，在调质状态下使用(yòng)。
d. 低碳高镍的Cr13型强韧马氏體(tǐ)不锈钢。
这也是在Cr13型不锈钢基础上发展起来的型马氏體(tǐ)不锈钢。
低碳是指含碳量不大于0.07%,高镍指含镍量在4%~7%,另外加一定量的钼元素。这种合金成分(fēn)的配合使得钢在热处理(lǐ)后获得的组织具有(yǒu)新(xīn)的特点，也具有(yǒu)更优良的性能(néng)。
由于较低的含碳量（≤0.07%),淬火后可(kě)获得板条状马氏體(tǐ)，这种马氏體(tǐ)具有(yǒu)以位错型结构為(wèi)主的亚结构，位错亚结构使零件承受外力时，有(yǒu)缓和应力集中作用(yòng)，延缓裂纹的形核，提高材料的韧性。
4%~7%的镍含量对改善组织和性能(néng)也发挥出重要的作用(yòng)。镍元素的加入首先对相变点产生影响，有(yǒu)资料介绍，每加入1%镍，Ac1点大约下降30℃,Ms点下降17~30℃,所以，这种钢的Ac1点可(kě)下降至560~630℃,Ac3可(kě)下降至800~820℃,镍含量超过5%时，Mf点可(kě)下降至室温以下。钢经淬火和高温回火后的组织為(wèi)具有(yǒu)板条状马氏體(tǐ)位向的索氏體(tǐ)并含有(yǒu)一定量的诱导类氏體(tǐ)，这种组织保证了钢有(yǒu)较高强度的同时具有(yǒu)良好的韧性。镍加入还增加了钢中奥氏體(tǐ)的稳定性，保证钢在较缓慢的冷却条件下仍可(kě)获得足够量的马氏體(tǐ)，明显增加了钢的淬透性，使大截面的铸件也能(néng)获得良好的淬火效果。
钼元素的加入量虽不多(duō)，但其与较高含量镍的配合作用(yòng)，延缓了钢的奥氏體(tǐ)分(fēn)解过程，使钢在加热时能(néng)保证细晶粒。含钼碳化物(wù)的存在又(yòu)提高了钢的抗回火稳定性，使钢在回火后，获得较好韧性的同时保持较高的强度。
这种含镍、钼的低碳Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢以其较高的强韧性為(wèi)特点。在工程上获得了广泛的应用(yòng)。锻件可(kě)用(yòng)来制造重要的工程结构件，铸件用(yòng)于制造泵轮，水轮机叶片等，如0Cr13Ni4Mo、0Cr13Ni6Mo、ZG0Cr13Ni4MoRE、ZG0Cr13Ni6MoRE等。
二、1Cr17Ni2马氏體(tǐ)不锈钢
1Cr17Ni2是马氏體(tǐ)不锈钢中较特殊的一种。1Cr17Ni2马氏體(tǐ)不锈钢是在含铬17%左右的铁素體(tǐ)不锈钢基础上，加入2%左右的镍元素形成的。当碳、镍成分(fēn)比例变化时，这种钢的淬火组织中会含有(yǒu)一定量的δ铁素體(tǐ)，在铸态下更明显一些，因此，有(yǒu)的书中也把它称马氏體(tǐ)－铁素體(tǐ)不锈钢。
由于含有(yǒu)17%左右的铬，使其具有(yǒu)较高的耐腐蚀性。又(yòu)因含有(yǒu)2%左右的镍，扩大了相图中的γ相區(qū)，使钢在加热和冷却过程中发生α≤γ转变，见图4-4,所以，可(kě)以通过热处理(lǐ)方法调整组织和机械性能(néng)，可(kě)获得与Cr13型马氏體(tǐ)不锈钢相当的力學(xué)性能(néng)。
1Cr17Ni2马氏體(tǐ)不锈钢成分(fēn)中，碳、铬的变化对组织中δ铁素體(tǐ)量的影响较大，从而对力學(xué)性能(néng)，尤其是冲击韧性影响较大，所以，实际使用(yòng)中，应根据应用(yòng)条件和对其各方面的要求，合理(lǐ)控制调整成分(fēn)。此外，该钢热处理(lǐ)条件对组织和性能(néng)也有(yǒu)较明显的影响。
在我國(guó)的标准中，对1Cr17Ni2只规定了较低回火温度下的高强度、较低韧性的指标，见表4-3,又(yòu)因成分(fēn)波动，热处理(lǐ)条件对性能(néng)影响较明显，使其在实际应用(yòng)上受到限制。
试验研究和经验证明，严格、合理(lǐ)地控制成分(fēn)比例含量，采用(yòng)正确的热处理(lǐ)制度，该材料也可(kě)以获得满意的强韧性配合，同时又(yòu)具有(yǒu)比Cr13型不锈钢更好的耐腐蚀性能(néng)，可(kě)以获得更广泛的应用(yòng)。
1Cr17Ni2马氏體(tǐ)不锈钢可(kě)以在锻态、轧态和铸态下使用(yòng)。
三、高碳高铬马氏體(tǐ)不锈钢
高碳高铬马氏體(tǐ)不锈钢是指含碳超过0.7%以上，含铬量在16%~19%的马氏體(tǐ)不锈钢。有(yǒu)的还加入钼、钒等合金元素。
由于较高的含铬量，使共析点S左移，当含铬在18%左右时，共析含碳量在0.3%左右，见图4-5。可(kě)见，高碳高铬马氏體(tǐ)不锈钢已属于过共析钢。加热奥氏體(tǐ)化后，组织中仍会保留一定量的过剩的含铬碳化物(wù)。经过淬火回火后，这些碳化物(wù)会保留下来。这类钢常在淬火后再低温回火处理(lǐ)的状态下使用(yòng)，组织為(wèi)回火马氏體(tǐ)和合金碳化物(wù)，具有(yǒu)很(hěn)高的硬度。
这类钢常用(yòng)来制造刀(dāo)具、手术器械、轴承等。如9Cr18、9Cr18MoV等。
我國(guó)常见马氏體(tǐ)不锈钢化學(xué)成分(fēn)见 图4-5、表4-2,热处理(lǐ)制度及力學(xué)性能(néng)见表4-3。
