貴龍閥門-不銹鋼的金相組織
一．不銹鋼金相組織檢測標(biāo)準(zhǔn)
1. 各類不銹鋼的金相組織
1.1 鐵素體不銹鋼
基體以體心立方晶體結(jié)構(gòu)的鐵素體組織（α相）為主，有磁性，一般不能通過熱處理硬化，但冷加工使其輕微強(qiáng)化的不銹鋼。含Cr：11~30%，尚可含少量的Mo、Nb、Ti，基本上不含Ni，強(qiáng)度較高，耐氯化物應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕等性能優(yōu)良，但對(duì)晶界腐蝕敏感，低溫韌性較差。主要鋼號(hào)有06Cr13Al、10Cr17、10Cr17Mo、008Cr27Mo、008Cr30Mo2等。這類鋼經(jīng)900℃保溫并空冷后顯微組織為：鐵素體級(jí)沿軋制方向分布的碳化物；經(jīng)1200℃加熱并水淬后的顯微組織為δ鐵素體+低碳馬氏體。
圖1. 1Cr17鋼加熱到900℃后空冷的組織為鐵素體＋沿軋制方向分布碳化物
圖2. 1Cr17鋼淬火后組織為鐵素體＋低碳馬氏體
1.2 馬氏體不銹鋼
基體為馬氏體組織，有磁性，通過熱處理可調(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼。馬氏體不銹鋼在高溫狀態(tài)的組織為奧氏體，經(jīng)過淬火后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，故稱其為馬氏體不銹鋼。馬氏體不銹鋼最常見的鋼號(hào)有12Cr12，20Cr13，30Cr13，40Cr13等，它們含碳量較高，淬火后得到馬氏體組織；有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性；通過熱處理可得到所要求的性能；切削加工性能較好。焊接性能差。
圖3. 10Cr13淬火溫度：1000℃ ～1050℃，組織為馬氏體＋少量δ鐵素體
圖4. 10Cr13，650 ℃回火，組織為回火索氏體＋鐵素體
1.3 奧氏體不銹鋼
基體以面心立方晶體結(jié)構(gòu)的奧氏體組織（γ相）為主，無磁性，主要通過冷加工使其強(qiáng)化的不銹鋼。奧氏體不銹鋼一般含Cr 16%~25%含Ni 7%~20%適當(dāng)熱處理后，室溫下為單一的A組織。常見的鋼號(hào)有12Cr18Ni9，06Cr18Ni11Ti，06Cr19Ni10，304(18-8)，316等有良好的塑性、韌性和耐蝕性，應(yīng)用很廣泛。
圖5. 304，組織為單一的奧氏體
1.4 奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼
基體兼有奧氏體和鐵素體兩相組織，有磁性，可通過冷加工使其強(qiáng)化的不銹鋼。典型鋼種有022Cr22Ni5Mo3N，022Cr26Ni7Mo3N等。國家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)其金相含量檢驗(yàn)的方法有GB/T 13305-2008[2]《不銹鋼中α－相面積含量金相測定法》。
圖6. 鐵氰化鉀、氫氧化鉀水溶液侵蝕，組織為白色的奧氏體和灰黑色(實(shí)為棕色)的鐵素體，鐵素體的體積分?jǐn)?shù)約占50%
1.5 沉淀硬化不銹鋼
基體為奧氏體或馬氏體組織，并能通過沉淀硬化（又稱時(shí)效硬化）使其強(qiáng)化的不銹鋼。沉淀硬化不銹鋼固溶后為馬氏體或半奧氏體組織，最終沉淀析出馬氏體組織；有很高的強(qiáng)度；耐均勻腐蝕能力優(yōu)于馬氏體型鋼；成型和焊接性能良好。典型的鋼種有05Cr17Ni4Cu4Nb、07Cr17Ni7Al、05Cr15Ni7Mo2Al等。
圖7. 基本成分為Cr：14～17％，Ni≤7％及少量鉬、鋁、銅等， 固溶處理后組織為奧氏體＋少量鐵素體
2. 不銹鋼的金相檢驗(yàn)
2.1 不銹鋼的低倍組織及缺陷的試驗(yàn)方法
可以根據(jù)GB/T 226-1991[3]《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕試驗(yàn)法》進(jìn)行。浸濕一般用熱蝕法，即將試樣在HCl水溶液中浸泡，然后在流水中用刷子洗刷干凈表面的腐蝕產(chǎn)物。此外還可采用HNO3和HF水溶液或HCl和HNO3水溶液中熱蝕。
低倍組織的評(píng)定可以參照GB/T 1979-2001[4] 《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。另外標(biāo)準(zhǔn)GB/T1220-2007《不銹鋼棒》中規(guī)定，鋼棒的橫截面酸浸低倍或斷口試樣上不得有肉眼可見的縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮及白點(diǎn)。對(duì)較高級(jí)鋼棒，其一般疏松、中心疏松、偏析均不得超過二級(jí)；對(duì)普通鋼棒，其上述級(jí)別均不得超過三級(jí)。
2.2 不銹鋼中的非金屬夾雜物的評(píng)級(jí)
可按照GB/T 10561-2005[5]《鋼中非金屬夾雜物含量的測定方法》進(jìn)行檢驗(yàn)。
2.3 奧氏體鋼的晶粒度檢驗(yàn)
可按照GB/T 6394-2002[6]《金屬平均晶粒度測定方法》 進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)級(jí)。
2.4 不銹鋼的耐腐蝕性能
可按照GB/T4334-2008[7]《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)和評(píng)級(jí)。
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圖8. 12Cr18Ni9鋼1050℃固溶;王水甘油溶液侵蝕;均勻等軸的A組織,晶內(nèi)有孿晶 | 圖9. 12Cr18Ni9鋼1050℃固溶+650℃敏化;10%草酸水溶液電解,硫酸硫酸銅腐蝕傾向試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沿晶腐蝕 |
隨著不銹鋼的應(yīng)用越來越廣泛，通過金相檢驗(yàn)等手段，來判定不銹鋼的工藝性能、力學(xué)性能、耐腐蝕性能等能否滿足應(yīng)用要求已經(jīng)變得越來越重要。
二、不銹鋼的金相組織及相及相變
（一）不同元素對(duì)不銹鋼組織和相的影響
對(duì)于馬氏體型豁不銹鋼來說，對(duì)組織產(chǎn)生主要影響的元素有鉻、碳和鋁；對(duì)馬氏體型豁銀不銹鋼來說，產(chǎn)生主要彩響的元素有鎳、鉬、鋁、鈷、氮和鈦等。
馬氏體型鉻鎳銀不銹鋼中由于所含的鑄與碳發(fā)生交互的作用，使其在高溫下形成穩(wěn)定的工相區(qū)和穩(wěn)定的r相區(qū)。碳量的増加可使工相區(qū)得到擴(kuò)大，但是隨看豁含量的増加碳的溶解極限下降。馬氏體型鑄銀不銹鋼中添加銀解決了馬氏體型不銹鋼為提高其耐蝕性以犧牲鋼的硬度為代價(jià)的問題。但是其中的謀含量不易過高，否則由于鎳擴(kuò)大奧氏體相區(qū)和降低恥溫度而使不銹鋼變成奧氏體型不銹鋼，從而完全喪失淬火能力。
影響鐵素體型不銹鋼組織的元素主要有錯(cuò)、鋁、碳、氮和漂另外有一些鐵素體型不銹鋼中還添加有鈦、規(guī)和銅等元素，對(duì)組織也有一走的影響。其中添加豁和鋁的主要的目的是加速和促進(jìn)Q'相和Q相的形成和沉淀，使鐵素體晶粒更加粗犬。
影響奧氏體型不銹鋼組織的主要元素有碳' 豁、銀、鋁、氮、銅、硅和猛等，有時(shí)在生產(chǎn)易切削不銹鋼時(shí)，也將硫作為添加元素。碳在奧氏體型不銹鋼中是形成、穩(wěn)定和擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素。碳在奧氏體型不銹鋼中是形成、穩(wěn)定和擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，其形成奧氏體的能力遠(yuǎn)高于鐐許多倍。碳在奧氏體型不銹鋼中是有用元素，但同時(shí)也是有害元素，一方面由于碳作為一種間隙元素可通過固滾強(qiáng)化顯著提高奧氏體型不銹鋼的強(qiáng)度，同時(shí)也可提高高濃度氯化物隔蝕介質(zhì)中的耐蝕能力；但另一方面由于碳在某些條件下生成S23C6,使得耐腐蝕性能顯著下降。豁在奧氏體型不銹鋼中的作用與其在鐵素體型不銹鋼中作用基本相同。
影響比相不銹鋼組織的主要元素有銀、氮、猛、鏈、鋁、硅和鈣等。銀在a燈雙相不銹鋼中能擴(kuò)大工相區(qū)。有關(guān)資料指出，銀的添加還能促成形成o (x)相，増加脆化敏感性并有使脆化敏感溫度向高溫方向移動(dòng)的傾向，也將使勻氏體相變溫度降低，改善雙相不銹鋼的冷力口工性能。
(二) 相及相變
熱處理是不銹鋼生產(chǎn)和加工過程中以及最終產(chǎn)品加工過程中重要的工序。對(duì)于曰氏體型不銹鋼，通常進(jìn)行淬火一回火熱處理。對(duì)于鐵素體型不銹鋼，需進(jìn)行恢復(fù)由于加工引起的應(yīng)硬化和焊接部位回火后恢復(fù)韌性的熱處理，通常是高溫加熱后進(jìn)行空冷的退火熱處理。對(duì)于奧氏體型不銹鋼，根據(jù)使用目的需要進(jìn)行固滾處理' 穩(wěn)定化處理、消除應(yīng)力退火和時(shí)效處理等。
通過進(jìn)行熱處理來控制不銹鋼的金相組織時(shí)，可采用相變和恢復(fù)、再結(jié)晶等形式來實(shí)現(xiàn)。
相變的內(nèi)涵可以說有以下3種情況，即結(jié)構(gòu)的變化、組成的變化和其規(guī)律性的變化告示。在不銹鋼發(fā)生的相變中最常見的曰氏體相變就是其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的一種形式，而所發(fā)生的其他的相變均為擴(kuò)散相變。
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