不銹鋼金相組織及尺度先容

2016-03-14 278

不銹鋼金相組織及尺度先容

 

 

 


前言
不銹鋼通常是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液或其他侵蝕介質中具有良好的化學不亂性的高合金鋼。根據GB/T 13304.2-2008[1]《鋼的分類》以及國際上通用方法,按金相組織劃分將不銹鋼劃分為5類,即鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼等。不銹鋼不僅具有良好的耐侵蝕性、氧化機能、通常還具有優異的力學機能(如強度、韌性)、物理機能(磁機能、彈性)和工藝機能(鍛造、壓力加工、熱處理、焊接),因而在化工、能源、機械、輕工等行業得到廣泛應用。
 
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構的鐵素體組織(α相)為主,有磁性,一般不能通過熱處理硬化,但冷加工使其稍微強化的不銹鋼。含Cr:11~30%,尚可含少量的Mo、Nb、Ti,基本上不含Ni,強度較高,耐氯化物應力侵蝕、點蝕、縫隙侵蝕等機能優良,但對晶界侵蝕敏感,低溫韌性較差。主要鋼號有06Cr13Al、10Cr17、10Cr17Mo、008Cr27Mo、008Cr30Mo2等。這類鋼經900℃保溫并空冷后顯微組織為:鐵素體級沿軋制方向分布的碳化物;經1200℃加熱并水淬后的顯微組織為δ鐵素體+低碳馬氏體。

 

 
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,通過熱處理可調整其力學機能的不銹鋼。馬氏體不銹鋼在高溫狀態的組織為奧氏體,經由淬火后,奧氏體轉變為馬氏體,故稱其為馬氏體不銹鋼。馬氏體不銹鋼最常見的鋼號有12Cr12,20Cr13,30Cr13,40Cr13等,它們含碳量較高,淬火后得到馬氏體組織;有較高的強度、硬度、耐磨性;通過熱處理可得到所要求的機能;切削加工機能較好。焊接機能差。

 


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構的奧氏體組織(γ相)為主,無磁性,主要通過冷加工使其強化的不銹鋼。奧氏體不銹鋼一般含Cr 16%~25%含Ni 7%~20%適當熱處理后,室溫下為單一的A組織。常見的鋼號有12Cr18Ni9,06Cr18Ni11Ti,06Cr19Ni10,304(18-8),316等有良好的塑性、韌性和耐蝕性,應用很廣泛。

 

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化的不銹鋼。典型鋼種有022Cr22Ni5Mo3N,022Cr26Ni7Mo3N等。國家尺度中對其金相含量檢修的方法有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、氫氧化鉀水溶液腐蝕,組織為白色的奧氏體和灰玄色(實為棕色)的鐵素體,鐵素體的體積分數約占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(又稱時效硬化)使其強化的不銹鋼。沉淀硬化不銹鋼固溶后為馬氏體或半奧氏體組織,終極沉淀析出馬氏體組織;有很高的強度;耐平均侵蝕能力優于馬氏體型鋼;成型和焊接機能良好。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. 不銹鋼的金相檢修
2.1 不銹鋼的低倍組織及缺陷的試驗方法
可以根據GB/T 226-1991[3]《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕試驗法》進行。浸濕一般用熱蝕法,即將試樣在HCl水溶液中浸泡,然后在流水頂用刷子洗刷干凈表面的侵蝕產物。此外還可采用HNO3和HF水溶液或HCl和HNO3水溶液中熱蝕。
低倍組織的評定可以參照GB/T 1979-2001[4] 《結構鋼低倍組織缺陷評級圖》尺度進行。另外尺度GB/T1220-2007《不銹鋼棒》中劃定,鋼棒的橫截面酸浸低倍或斷面試樣上不得有肉眼可見的縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮及白點。對較高級鋼棒,其一般松散、中央松散、偏析均不得超過二級;對普通鋼棒,其上述級別均不得超過三級。

 

 
圖8. 12Cr18Ni9鋼1050℃固溶;王水甘油溶液腐蝕;平均等軸的A組織,晶內有孿晶 圖9. 12Cr18Ni9鋼1050℃固溶+650℃敏化;10%草酸水溶液電解,硫酸硫酸銅侵蝕傾向試驗發現沿晶侵蝕
 
結束語
跟著不銹鋼的應用越來越廣泛,通過金相檢修等手段,來判斷不銹鋼的工藝機能、力學機能、耐侵蝕機能等能否知足應用要求已經變得越來越重要。

 

 

 


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