17-4PH 不锈钢属于典型的低碳马氏体沉淀硬化型不锈钢，该钢镍含量较低，Ms 点高于室温。17-4PH 不锈钢耐蚀性和高温抗氧化性均良好，在400℃以下具有优良的高温力学性能，但该钢固溶后为板条马氏体组织，即使在过时效状态下，延展性仍不能满足冷作深变形的要求，且在400℃以下长期使用时有脆化倾向。薄膜透射电镜观察板条内有大量位错、极少量孪晶、在板条马氏体上分布有大量较粗大和精细的析出相，并且在时效后的组织中含有部分残余奥氏体和少量的δ 铁素体。高强度状态下，在某些介质中有可能产生应力腐蚀，在硫酸中耐蚀性良好。该钢因时效析出富铜相，故在氧化性酸中，时效态比固溶态的耐蚀性差，在海水中有较高的疲劳强度。17-4PH 不锈钢通过高温正火进行组织预调整，消除粗大树枝晶及铸造应力，细化晶粒[1]。

1 17-4PH马氏体沉淀硬化型不锈钢

通过固溶处理得到板条马氏体并在时效过程中析出细小弥散的富铜相、NbC、合金碳化物等第二相硬质点。此不锈钢在高温时组织为γ+δ，淬火后为板条马氏体+δ 铁素体+少量残余奥氏体的复相组织。国内外常用17-4 不锈钢标准规定如下。

（1）GB/T2100-2002 中一般用耐蚀钢铸件牌号为ZG05Cr17Ni4Cu4Nb。

其化学成分如下表1 所示。力学性能要求如下表2 所示。

表1 试验17-4PH 钢的化学成分（%）Si Mn P S Cr Ni Cu Nb N≤0.07 ≤1.00 ≤1.00 ≤0.035 ≤0.03 15.5 ～17.5 3.0 ～5.0 2.60 ～4.60 0.15 ～0.45 ≤0.05 C

表2 17-4PH 钢的力学性能要求抗拉强度（MPa） 屈服强度（MPa） 伸长率（%） 硬度（HBW）≥930 ≥760 ≥9 ≥269

（2）ASTM A747/A747M 不锈钢铸件牌号为CB7Cu-1H1100。化学成分如下表3 所示。

力学性能要求如下表4 所示。

2 17-4PH钢化学成分分析

2.1 Ni、Cr、Cu、Nb、C、N、Si、Ti、Mn

Cu 作为较弱奥氏体形成元素，增加少量铜不会引起组织变化，铜的主要作用是在时效时析出富铜相且弥散分布于基体上，对基体产生二次硬化，提高材料强度和硬度。17-4PH 含铜不锈钢经过固溶形成含有高密度位错亚结构的板条马氏体，由于大量缠结位错形成位错胞可供位错运动，板条马氏体中的局部形变区域既可以为铜的扩散提供通道，又能为析出相的形核提供能量，铜可提高此类不锈钢的耐蚀性。但铜含量过高也会产生晶界偏析，弱化晶界，从而降低塑性、韧性，它是17-4PH 钢开裂原因之一。Nb 作为强碳化物形成元素，所形成的碳化物具有极强的高温稳定性，有助于细化晶粒并且提高不锈钢耐蚀性。但是铌元素是铁素体形成元素且有偏析倾向容易使17-4PH 钢开裂。故铌含量也不宜过高。C 溶于奥氏体并保留在板条马氏体基体中，引起晶格畸变产生固溶强化，故碳含量增加，强度、硬度增加。N 作为强奥氏体形成元素，有效扩大γ 相区，随氮含量升高，17-4PH 钢中的铁素体含量减少，氮以间隙方式固溶于晶格并形成间隙固溶体，可以细化合金碳化物质点尺寸改善其在基体上的分布状态。Si 能提高不锈钢在酸性环境下的耐蚀性，17-4PH 钢中加入3%～4%的硅，可以有效提高钢的抗应力腐蚀能力。Cr、Mo、Nb 等是缩小γ 相区的元素，这些元素本身是体心立方点阵结构，使得α 铁体心立方点阵结构相对稳定。Ni、Mn、Cu 等合金元素是扩大γ 相区元素，这些元素本身为面心立方点阵结构，加入钢中使得γ 铁面心立方点阵结构相对稳定。Mn 扩大γ 相区的能力比镍小，由于含锰奥氏体有足够的稳定性，在冷至室温的过程中不发生相变。C 和N 是扩大γ 相区的元素，当加入17-4PH钢中的C 和N 含量较多，奥氏体在冷却时容易发生共析分解。另外，C 与Cr 形成Cr23C6，产生晶间腐蚀，可以采取高温固溶处理，将含铬碳化物全部溶解在奥氏体中，然后水冷，得到细小的M+AR+少量铁素体，尽可能使C%≤0.07%，从而使Cr23C6 碳化物无法析出。加铌或钛改变析出碳化物类型，由于铌或钛与碳的结合能力大于铬，这些元素含量足够时只会形成NbC 或TiC等稳定型碳化物。改变晶界上Cr23C6 碳化物析出的数量及分布状态也能消除晶间腐蚀，有两种方法：①调整钢化学成分，先使得钢是A+F 复相组织。②预冷变形[2]。

表3 试验17-4PH 钢的化学成分（%）Si Mn P S Cr Ni Cu Nb N≤0.07 ≤1.00 ≤0.70 ≤0.035 ≤0.03 15.5 ～17.5 3.6 ～4.6 2.50 ～3.20 0.15 ～0.35 ≤0.05 C

表4 17-4PH 钢的力学性能要求抗拉强度（MPa） 屈服强度（MPa） 伸长率（%） 硬度（HBW）≥930 ≥760 ≥9 ≥269

表5 试验17-4PH 钢的最终化学成分（%）Si Mn P S Cr Ni Cu 0.05%～0.06% ≤8.00 0.8%～1.0% ≤0.025 ≤0.02 15.5 ～16.5 3.5 ～4.0 3.00 ～3.50 Al Sn Nb N≤0.05% ≤0.02% 0.15%～0.45% ≤0.05%C