【金属材料学实验】4-不锈钢及耐热钢的显微组织观察

2.耐热钢
• 在650℃~1100℃使用，且在高温环境中保持较高持久 强度、抗蠕变性和和良好化学稳定性的合金钢。可分 为抗氧化钢和热强钢两类。
2.1抗氧化钢
• 分为铁素体型、奥氏体型。
铁素体型特点：具有单相铁素体，无相变，韧性较低，抗氧化 性强。如Cr13（800~850℃）、Cr25（1000℃ ） 奥氏体型特点：使用温度800~1000℃显微组织为奥氏体，或有 少量铁素体。使用状态为铸件或锻轧件。如Cr20Mn9Ni2Si2N
1.1铁素体不锈钢：
• 在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢，含铬量在 11%~30%。铁素体不锈钢一般不含镍，这类钢存在脆性大 塑性差、焊后塑性和耐蚀性明显降低等缺点，因而限制 了它的应用。
• 典型铁素体不锈钢有0Cr13、Cr16~19型（如Cr17）、 Cr25~28型（如Cr25）。
• 铁素体不锈钢的热处理比较简单，一般在750℃~850℃范 围内退火。
双相钢
00Cr18Ni5 Mo3Si2
C≤0.03,Si:1.30~2.00, Mn:1.00~2.00, Ni:4.50~5.50, Cr:18.00~19.50, Mo:2.50~3.00
热强钢
• 15CrMo 热轧正火 F+P
• C:0.12-0.18%； Mn:0.40-0.70%； Si:0.15-0.40%； Mo:0.45-0.60%； Cr:0.80-1.20%
不锈钢及耐热钢的显微组织观察
实验目的
• 1.了解不锈钢及耐热钢的分类方法的显微组织特点 • 2.掌握几种常见的不锈钢及耐热钢的显微组织
1.不锈钢分类
• 在大气和酸、碱、盐等腐蚀性介质中具有一定耐蚀 性的高铬(一般为12%~30%)合金。
• 按成分分为：铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈 钢等 • 按组织状态分为：铁素体钢、马氏体钢、奥氏体钢、 奥氏体-铁素体（双相）
• 从组织结构分析，引起脆性的主要原因有以下三个方面： 1）晶粒粗大；2）475 ℃脆性；3）σ相析出。
1.2 马氏体不锈钢：
• 铬含量不低于12%(一般在12%~18%)，碳含量较高，使用 组织为马氏体的不锈钢。马氏体不锈钢具备高强度和耐 蚀性，常用的是Cr13型不锈钢，1Cr13~4Cr13。含铬量都 是12~14%，只是含碳量（0.1~0.4%）不同。
• 这类钢淬透性好，最终热处理一般是淬火加回火：1Cr13、 2Cr13采用淬火+高温回火；3Cr13、4Cr13采用淬火+低温 回火。
• 1Cr17Ni2是马氏体不锈钢中耐蚀性最好的，强度最高的 钢之一。9Cr18钢为高碳高铬的马氏体不锈钢。
1.3 奥氏体不锈钢：
• 在使用状态基体组织为稳定的奥氏体的不锈钢。具有很 高的耐蚀性，良好的冷加工性和良好的韧性、塑性、焊 接性和无磁性，但一般强度较低。
奥氏体不锈钢
• 1Cr18Ni9Ti 1050℃固溶处理 A
• C:≤0.15;Mn:≤2.00;Si:≤1.00;Cr:17.00-19.00; Ni:8.00-10.00; S: ≤0.030;P: ≤0.035
奥氏体不锈钢
• 1Cr18Ni9Ti 热轧空冷 A+δ
奥氏体不锈钢
• 1Cr18Ni9Ti 裂纹呈树枝状
马氏体不锈钢
• 4Cr13 淬火后400℃回火 M回+T+K
• C:0.36～0.45;Si:≤0.60;Mn:≤0.80 ;S: ≤0.030;P: ≤0.035;Cr:12.0~14.0
铁素体不锈钢
• Cr17Ti 退火 F+Cr23C6
• C: ≤ 0.08;Si:≤0.80;Mn:≤0.70 ;S: ≤0.030;P: ≤0.035;Cr:16.0~18.0;Ti:5×C~0.8
• 马氏体热强钢：使用温度可达1000~1100℃ 1）叶片马氏体钢：15Cr11MoV，1050~1100℃淬， 720~740℃回火 2）阀门马氏体钢：4Cr10Si2Mo ，1010~1040℃淬，750℃回火
马氏体不锈钢
• 1Cr13
1000℃空冷 M+ δ
• C: ≤0.15;Mn: ＜ 0.60; Si:＜1.0;S: ≤0.030;P: ≤0.035;Cr:12.0~14.0
马氏体不锈钢
• 1Cr13
1000℃空冷 M+ δ
• C: ≤0.15;Mn: ＜ 0.60; Si:＜1.0;S: ≤0.030;P: ≤0.035;Cr:12.0~14.0
马氏体不锈钢
• 2Cr13 980℃淬火 700 ℃回火 S回
• C: 0.16~0.25;Mn: ≤ 1.00; Si: ≤ 1.00;S: ≤0.030;P: ≤0.035;Cr:12.0~14.0
• HK-40（4Cr25Ni20）1150℃时效（晶界：共晶碳化物，
晶内：A+碳化物）晶界K变成链状
实验内容
• 画出所观察的5种金相试样的显微组织，并标出各种组织组成物的 名称。
• 热处理必须进行固溶处理：加热到1050℃~1150℃，使碳 化物全部溶解。
• 典型奥氏体不锈钢有1Cr18Ni9 （302）、 0Cr18Ni9
（304）、 00Cr19Ni10 （304L）、 0Cr17Ni12Mo2 （316）、 00Cr17Ni14Mo2 （316L）
S
•。
1.4 双相钢：
热强钢
• 15CrMo 运行5万h F+P球
热强钢
• HK-40（4Cr25Ni20）铸态 A+骨架状共晶体 （r+Cr7C3）
热强钢
• HK-40（4Crr+Cr7C3）
热强钢
• HK-40（4Cr25Ni20）950℃时效（晶界：共晶碳化物，
晶内：A+碳化物）
• 热强钢分为珠光体型、奥氏体型、马氏体型。
• 珠光体热强钢：使用温度低于600 ℃ 1）低碳珠光体型：C：0.08~0.2%，典型钢：15CrMo，热处
理：正火（Ac3+50 ℃）+回火（回火温度高于使用温度100 ℃） 2）中碳珠光体热强钢：C：0.25~0.5%，典型钢：35CrMo
• 奥氏体热强钢：使用温度可达850 ℃ 1）固溶强化型：1Cr18Ni9Mo、1Cr18Ni11Nb 2）沉淀强化型：HK-40（4Cr25Ni20）
热强钢
❖ HK-40（4Cr25Ni20）950℃时效（晶界：共晶碳化
物，晶内：A+碳化物）
热强钢
• HK-40（4Cr25Ni20）1050℃时效（晶界：共晶碳化 物，晶内：A+碳化物）
热强钢
❖ HK-40（4Cr25Ni20）1050℃时效（晶界：共晶碳 化物，晶内：A+碳化物）
热强钢
• 基体组织主要由奥氏体、铁素体或马氏体中任何两相所 组成的不锈钢。但通常特指奥氏体-铁素体型双相不锈钢。 指铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也
需要达到30%的不锈钢。常用钢种有：022Cr23Ni5Mo3N （2205）
• 热处理：通常采用1000-1100℃水淬。
• 组织特点：铁素体的存在提高了奥氏体的屈服强度和抗 晶间腐蚀行；而奥氏体的存在，降低了高铬铁素体的脆 性，提高韧性，降低晶粒长大的倾向。