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            不銹鋼知識

            不銹鋼金相組織及標準介紹

            摘要:不銹鋼金相組織分鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼.不銹鋼應用日益廣泛,通過金相檢驗等,判定不銹鋼工藝性能、力學性能、耐腐蝕

            不銹鋼通常是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液或其他腐蝕介質中,具有良好化學穩定性的合金鋼。

            根據行業通用方法,按金相組織劃分,可將不銹鋼分為5類: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、沉淀硬化不銹鋼。

            不銹鋼不僅具有良好的耐腐蝕性、氧化性能,通常還具有優異的力學性能(如強度、韌性)、物理性能(磁性能、彈性)和工藝性能(鑄造、壓力加工、熱處理、焊接),因而在能源化工、機械、輕工等行業得到廣泛應用。力順不銹鋼分別就不同金相組織的特征及表現整理如下。

            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%(了解:不銹鋼材質中的字母符號含義),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。

            鐵素體及加熱后碳化物分布

            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

            淬火后鐵素體低碳馬氏體

            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。

            馬氏體不銹鋼常見鋼號有12Cr12,20Cr13,30Cr13,40Cr13等(了解:1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13有什么區別?),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。

            1000度淬火10Cr13馬氏體組織

            圖3. 10Cr13淬火溫度:1000℃ ~1050℃,組織為馬氏體+少量δ鐵素體

            10Cr13 650度回火索氏體鐵素體組織

            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%)、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304(18-8),316、06Cr19Ni10、06Cr18Ni11Ti等(了解:06Cr19Ni10中的數字含義是什么?),有良好的塑性、韌性和耐蝕性,應用廣泛。

            304奧氏體組織

            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。(了解:雙相不銹鋼特性、發展歷史

            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》。

            奧氏體(白色)鐵素體(棕色)雙相組織

            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。

            典型鋼種有05Cr17Ni4Cu4Nb、07Cr17Ni7Al、05Cr15Ni7Mo2Al等。

            沉淀硬化不銹鋼

            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。

            12Cr18Ni9在1050度固溶 有孿晶

            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

            不銹鋼耐腐蝕測試
            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(查看:不銹鋼力學性能國家標準),已經變得越來越重要。

            參考文獻:

            [1] GB/T 13304.2-2008《鋼的分類》

            [2] GB/T 13305-2008《不銹鋼中α-相面積含量金相測定法》

            [3] GB/T 226-1991《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕試驗法》

            [4] GB/T 1979-2001 《結構鋼低倍組織缺陷評級圖》

            [5] GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定方法》

            [6] GB/T 6394-2002《金屬平均晶粒度測定方法》

            [7] GB/T4334-2008《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗方法》


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