不鏽鋼 15-5PH(17-4PH 加強版)

15-5 PH 不鏽鋼（UNS S15500）是一種馬氏體沉澱硬化不鏽鋼（Martensitic Precipitation-Hardening Stainless Steel）。

它是著名的 17-4 PH 不鏽鋼的改良版本。開發 15-5 PH 的主要目的是為了改善 17-4 PH 在某些應用中出現的橫向韌性（Transverse Toughness）不足的問題，並提供更均勻的材料結構。

以下將針對其性質、加工特性及用途進行詳述：

一、化學成分與結構特點

命名由來： 含有約 15% 的鉻 (Chromium) 和 5% 的鎳 (Nickel)。
其他關鍵成分： 含有銅 (Copper, 約 3.5%) 以及鈮 (Niobium) 和鉭 (Tantalum)。
微觀結構：
- 15-5 PH 透過特殊的重熔製程（通常是 VAR，真空電弧重熔）製造。
- 這種製程消除了材料中的「鐵素體（Delta Ferrite）」，使其擁有無鐵素體的馬氏體結構。這就是它比 17-4 PH 韌性更好的關鍵原因。

二、主要性質 (Properties)

1. 機械性質 (Mechanical Properties)

高強度與高硬度： 這是其最核心的特性。透過熱處理（時效處理），其抗拉強度可達到極高水準（可達 1300 MPa 以上）。
優異的韌性： 與 17-4 PH 相比，15-5 PH 在橫向方向（垂直於軋製方向）展現出更優異的韌性和延展性。
可調整性： 透過不同的熱處理溫度（如 H900, H1025, H1150 等狀態），可以在「極高強度」與「較佳韌性」之間取得平衡。

2. 耐腐蝕性 (Corrosion Resistance)

優於 400 系列： 其耐蝕性遠優於一般的 410、420 等馬氏體不鏽鋼。
接近 304： 在大多數環境下，其耐蝕性與 304 不鏽鋼相當，但在某些化學介質中甚至更佳。
抗應力腐蝕： 具有良好的抗應力腐蝕龜裂（SCC）能力，特別是在 H1000 以上的熱處理狀態下。

3. 物理性質

磁性： 15-5 PH 在所有熱處理狀態下都具有磁性（這點與無磁性的 304/316 不同）。
尺寸穩定性： 在熱處理過程中，尺寸變化極小，這使得它非常適合用於精密零件。

4. 加工特性

切削性： 雖然硬度高，但可以在固溶退火狀態（Condition A）下進行加工，隨後再進行硬化處理。加工特性與 17-4 PH 相似。
焊接性： 焊接性能良好，可使用傳統的融合與阻力焊接法。通常焊後需要進行熱處理以獲得均勻的性質。

三、與 17-4 PH 的比較 (關鍵差異)

特性	17-4 PH	15-5 PH
結構	可能含有少量鐵素體	無鐵素體 (Ferrite-free)
韌性	縱向好，但橫向較差	各方向均勻，橫向韌性佳
製程	一般熔煉	通常經過 VAR (真空重熔)
用途	一般高強度軸心、零件	高階航太、高壓閥門、要求更嚴格的零件

四、主要用途 (Applications)

由於 15-5 PH 結合了高強度、良好的耐蝕性以及均勻的韌性，它主要被應用於對安全性與可靠性要求極高的領域：

1. 航空航太 (Aerospace)

這是 15-5 PH 最主要的應用領域，因為飛機零件不能有方向性的弱點。

結構件： 機翼襟翼軌道、機身結構支架。
起落架： 承受巨大衝擊的起落架組件。
致動器： 飛行控制系統的連桿與齒輪。

2. 石化與化學工業 (Petrochemical & Chemical)

閥門與泵浦： 高壓閥桿、泵軸、壓縮機零件（需同時抵抗腐蝕與高壓）。
緊固件： 需在腐蝕環境下承受高負載的螺栓與螺帽。

3. 能源與核能 (Energy & Nuclear)

渦輪機葉片： 蒸汽渦輪機的零件。
核反應爐組件： 需高度可靠性的結構件。

4. 一般工業與海洋工程

傳動軸： 船用螺旋槳軸（Propeller shafts）。
齒輪： 工業用重型齒輪。
食品加工設備： 需要高硬度且不生鏽的刀具或模具。

總結

15-5 PH 不鏽鋼可以被視為 「更完美、更均勻的 17-4 PH」。

當工程師需要一種材料，既要有不鏽鋼的耐蝕性，又要像工具鋼一樣堅硬，且不能在橫向受力時斷裂（例如複雜的航太零件），15-5 PH 就是首選材料。