不銹鋼 630（17-4PH 不銹鋼）
不銹鋼 630，也稱為 17-4PH（17% 鉻，4% 鎳，析出硬化），是一種 沉澱硬化（PH, Precipitation Hardening）型馬氏體不銹鋼。
這種合金兼具高強度、良好的耐腐蝕性與優異的機械性能，並且可以通過熱處理來調整硬度和強度，因此被廣泛應用於航空航太、醫療器械、化工設備與軍工領域。
1. 化學成分（重量百分比）
| 元素 | 含量範圍 |
|---|---|
| 碳（C） | ≤ 0.07% |
| 矽（Si） | ≤ 1.00% |
| 錳（Mn） | ≤ 1.00% |
| 磷（P） | ≤ 0.040% |
| 硫（S） | ≤ 0.030% |
| 鉻（Cr） | 15.0% – 17.5% |
| 鎳（Ni） | 3.0% – 5.0% |
| 銅（Cu） | 3.0% – 5.0% |
| 鉬（Mo） | ≤ 0.50% |
| 鈮（Nb） | 0.15% – 0.45% |
✅ 特點：
- 高鉻（Cr, 15-17.5%），提供良好的耐腐蝕性。
- 含銅（Cu, 3-5%）與鎳（Ni, 3-5%），提高強度與析出硬化能力。
- 鈮（Nb）作為穩定化元素，可防止晶界腐蝕並提高熱處理穩定性。
- 與奧氏體不銹鋼（如 304、316）不同，630 屬於馬氏體型，可通過熱處理顯著提高強度。
2. 主要特性
(1) 高強度與可熱處理性
- 通過沉澱硬化（析出硬化，PH）處理，硬度可達 HRC 40 以上。
- 可調節強度：透過不同的時效處理（H900、H1025、H1100、H1150），可改變機械性能，使其適應不同應用需求。
(2) 良好的耐腐蝕性
- 比普通馬氏體不銹鋼（如 410、420）更耐蝕，但略遜於 304、316 等奧氏體不銹鋼。
- 耐應力腐蝕與裂紋腐蝕，適用於潮濕、鹽霧、輕度酸鹼環境。
- 不適用於極端酸性或高氯離子（如海水）環境，在這些條件下 316 更佳。
(3) 良好的焊接性
- 可使用常規焊接方法（MIG、TIG、電弧焊），但需要焊後時效處理以恢復強度。
- 不建議進行焊接後的退火處理，因為會降低其強度與硬度。
(4) 良好的機械性能
- 高強度（屈服強度 1000 MPa 以上），適用於高負荷結構。
- 高耐磨性，適合長期運作的機械零件。
3. 熱處理與機械性能
(1) 不同時效處理（Aging Treatment）對機械性能的影響
| 狀態 | 抗拉強度 (MPa) | 屈服強度 (MPa) | 伸長率 (%) | 硬度 (HRC) |
|---|---|---|---|---|
| 退火（固溶處理） | 1030 | 960 | 20 | 35 |
| H900（482°C，1 小時） | 1310 | 1185 | 10 | 40 |
| H1025（552°C，4 小時） | 1170 | 1070 | 12 | 38 |
| H1100（593°C，4 小時） | 1100 | 1000 | 13 | 35 |
| H1150（621°C，4 小時） | 1035 | 965 | 14 | 33 |
✅ 關鍵點：
- H900 提供最高強度（抗拉強度 1310 MPa，HRC 40），但延展性較低。
- H1150 提供最佳韌性與耐腐蝕性，但強度稍低。
- 可根據不同應用需求選擇適當的時效處理。
4. 主要應用
(1) 航空航太
- 渦輪機零件
- 飛機結構件
- 高強度螺栓與緊固件
(2) 石油與天然氣
- 閥門、泵體、管道配件（耐壓、耐腐蝕）
- 渦輪壓縮機葉片
(3) 醫療器械
- 手術刀片、手術工具
- 骨科植入物（如骨釘、骨板）
(4) 工業設備
- 高強度軸承、傳動裝置
- 模具、機械齒輪
5. 630 不銹鋼 vs. 其他不銹鋼比較
| 類型 | 630（17-4PH） | 304 | 316 | 410 |
|---|---|---|---|---|
| 主要組織 | 馬氏體 + 沉澱硬化 | 奧氏體 | 奧氏體 | 馬氏體 |
| 耐腐蝕性 | 優秀（略低於 316） | 優秀 | 極優 | 一般 |
| 強度（MPa） | 1035 – 1310 | 515 | 550 | 480 |
| 可熱處理性 | 可熱處理，強度可調 | ❌ | ❌ | 可熱處理 |
| 硬度（HRC） | 33 – 40（高） | ≤ 20（低） | ≤ 20（低） | ≤ 30 |
| 焊接性 | 良好（需時效處理） | 極佳 | 極佳 | 一般 |
✅ 關鍵點：
- 630 比 304、316 更強，且可熱處理，適合高負載應用。
- 316 比 630 更耐腐蝕（尤其是鹽水環境），但強度較低。
- 410 也是馬氏體不銹鋼，但強度與耐蝕性都低於 630。
6. 總結
✅ 優點：
- 超高強度，可調整機械性能。
- 良好的耐腐蝕性（高於 410，不及 316）。
- 可焊性良好，但需焊後時效處理。
- 適合高負荷、高耐磨、高精度應用（如航空、醫療、工業設備）。
❌ 缺點：
- 比 304、316 更貴，且加工難度較高。
- 焊接後需進行時效處理，否則強度會降低。
適用場景
- 航太、軍工、精密機械、醫療設備
- 高強度零件（軸承、齒輪、螺栓）
- 耐壓耐腐蝕設備（閥門、渦輪機、泵體）