貴龍閥門-不銹鋼的金相組織
一．不銹鋼金相組織檢測標準
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，但冷加工使其輕微強化的不銹鋼。含Cr：11~30%，尚可含少量的Mo、Nb、Ti，基本上不含Ni，強度較高，耐氯化物應力腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕等性能優良，但對晶界腐蝕敏感，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，通過熱處理可調整其力學性能的不銹鋼。馬氏體不銹鋼在高溫狀態的組織為奧氏體，經過淬火后，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。國家標準中對其金相含量檢驗的方法有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，最終沉淀析出馬氏體組織；有很高的強度；耐均勻腐蝕能力優于馬氏體型鋼；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
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，然后在流水中用刷子洗刷干凈表面的腐蝕產物。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》標準進行。另外標準GB/T1220-2007《不銹鋼棒》中規定，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。對較高級鋼棒，其一般疏松、中心疏松、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。
2.2 不銹鋼中的非金屬夾雜物的評級
可按照GB/T 10561-2005[5]《鋼中非金屬夾雜物含量的測定方法》進行檢驗。
2.3 奧氏體鋼的晶粒度檢驗
可按照GB/T 6394-2002[6]《金屬平均晶粒度測定方法》 進行檢驗和評級。
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方法》進行試驗和評級。
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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發現沿晶腐蝕 |
隨著不銹鋼的應用越來越廣泛，通過金相檢驗等手段，來判定不銹鋼的工藝性能、力學性能、耐腐蝕性能等能否滿足應用要求已經變得越來越重要。
二、不銹鋼的金相組織及相及相變
（一）不同元素對不銹鋼組織和相的影響
對于馬氏體型豁不銹鋼來說，對組織產生主要影響的元素有鉻、碳和鋁；對馬氏體型豁銀不銹鋼來說，產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生交互的作用，使其在高溫下形成穩定的工相區和穩定的r相區。碳量的増加可使工相區得到擴大，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的問題。但是其中的謀含量不易過高，否則由于鎳擴大奧氏體相區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、鋁、碳、氮和漂另外有一些鐵素體型不銹鋼中還添加有鈦、規和銅等元素，對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，有時在生產易切削不銹鋼時，也將硫作為添加元素。碳在奧氏體型不銹鋼中是形成、穩定和擴大奧氏體區的元素。碳在奧氏體型不銹鋼中是形成、穩定和擴大奧氏體區的元素，其形成奧氏體的能力遠高于鐐許多倍。碳在奧氏體型不銹鋼中是有用元素，但同時也是有害元素，一方面由于碳作為一種間隙元素可通過固滾強化顯著提高奧氏體型不銹鋼的強度，同時也可提高高濃度氯化物隔蝕介質中的耐蝕能力；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大工相區。有關資料指出，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和加工過程中以及最終產品加工過程中重要的工序。對于曰氏體型不銹鋼，通常進行淬火一回火熱處理。對于鐵素體型不銹鋼，需進行恢復由于加工引起的應硬化和焊接部位回火后恢復韌性的熱處理，通常是高溫加熱后進行空冷的退火熱處理。對于奧氏體型不銹鋼，根據使用目的需要進行固滾處理' 穩定化處理、消除應力退火和時效處理等。
通過進行熱處理來控制不銹鋼的金相組織時，可采用相變和恢復、再結晶等形式來實現。
相變的內涵可以說有以下3種情況，即結構的變化、組成的變化和其規律性的變化告示。在不銹鋼發生的相變中最常見的曰氏體相變就是其結構發生變化的一種形式，而所發生的其他的相變均為擴散相變。
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