金相检验6-不锈钢的金相检验

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F、M、A、A-F、PH

按合金元素种类划分 Cr、Cr-Ni、Cr-Ni-Mo、 Cr-Mn-Ni
特点及用途

良好耐腐蚀性、氧化性、
优异的力学性能、物理性能、工艺性能
化工、能源、机械、轻工等行业得到广泛的应用。
合金元素
不锈钢中常见的合金元素：C、Cr、Ni、Mn、 Si、N、Nb、Ti、Mo

奥氏体形成元素：C、Ni、Mn 、N、Cu等 铁素体形成元素：Cr、Si、Ti、Nb、Al、Mo等
合金元素的作用

提高基体金属的电极电位


在室温下获得单相固溶体组织
表面形成结构致密、不溶于腐蚀介质、电阻高的 保护膜。
单合金元素的作用
C :稳定A元素，强化M钢的重要元素，极易与其他合 金元素形成合金碳化物，导致不锈钢的晶界腐蚀。
马氏体不锈钢

10Cr13，650 ℃回火，组 织为回火索 氏体＋铁素 体
奥氏体不锈钢源自文库
成分、牌号、特点 成分：含Cr：16～25%，含Ni：7～20%，基本成分18%Cr，8%Ni，通常称为18-8 型不锈钢。 常用牌号：304（18Cr-8Ni）、321 （18Cr-9Ni-Ti） 、347 （18Cr-9Ni-Nb） 316（18Cr-12Ni-2.5Mo）等 特点：不能热处理强化；无磁性，具有优异的的耐腐蚀性；有良好的冷热成型 性和焊接性能；切削加工较困难。 热处理及金相组织 固溶处理：1050～1100℃， 组织：奥氏体（过热：晶粒长大，δ铁素体形成）。 敏化：500～850℃，组织：晶界析出 低碳马氏体 晶界贫铬 稳定化： 850～900℃，组织：A+MC（TiC、NbC）抑制晶间腐蚀 消除应力：低温处理：300~350℃，高温处理800℃以上； 消除σ相：通过820℃以上的加热或固溶处理消除
不锈钢的金相检验
主讲：王文科
特殊性能钢的定义




特殊性能钢简称特殊钢,是指具有特殊的物理 和化学性能的钢。根据它们的性能特点可分为： 1.不锈钢：是不锈钢和耐酸钢的总称。 2.耐热钢：具有较好的抗高温氧化性能（和高 温强度）的不锈钢。 3.耐磨钢：ZGMn13是古老的高耐磨钢。 4.磁钢

不锈钢中的组织和相
用20g铁氰化钾、 20g氢氧化钾， 100ml水溶液， 1.5V，电解
1Crl8Ni9Ti锻后缓冷后
不锈钢中的组织和相
σ相的危害

σ相沿晶界分布，钢的塑性显著下降，分散分布对韧性危 害较小，并有一定的强化作用。 σ相增加钢的缺口敏感性，对强度、硬度影响不大，对冲 击韧性影响显著。 σ相显著地降低钢的塑性、韧性、抗氧化性、耐晶界腐蚀 性能，助长热疲劳的产生。σ相形成后，使基体贫铬（或 钼、钨）因此降低了基体抗蚀性，并削弱了固溶强化的效 果。总之σ相的危害性较大，应尽力避免该相的出现。
耐热钢
马氏体耐热钢 合金元素：Cr：12%，加入W、Mo、V、Si。 典型牌号：12Cr13、14Cr11MoV、15Cr12NiWMoV、40Cr10Si2Mo等 用途：工作温度475~540℃，气轮机的叶片、螺栓、内燃机的进、排 汽阀等 组织：淬火+高温回火，回火索氏体 奥氏体耐热钢 合金元素：含有较多扩大和稳定奥氏体的元素，由 18-8型钢演变。 典型牌号：022Cr19Ni10、07Cr18Ni11Ti、45Cr14Ni14W2Mo、 20Cr25Ni20等 用途：工作温度600℃以上，强度要求不高的耐热受力件，高温炉中 部件、汽阀等 组织：固溶，奥氏体+M23C6


不锈钢金相检验项目及方法
高倍检验：

非金属夹杂物：GB/T10561-2005 《钢中非金属夹杂物显微评定方 法》、ASTM E45 -2005 奥氏体晶粒度：GB/T6394-2002《金属平均晶粒度测定方法》ASTM E112 铁素体含量 ：GB/T13305-1991《奥氏体不锈钢中α相面积含量金相 检验法》、 GB/T6401-1986《铁素体奥氏体双相不锈钢中α-相面积 含量金相测定法》 GB 4234-2003《外科植入物用不锈钢》标准中规定铁素体含量、夹杂 物级别、晶粒度级别。


用途：燃烧室、喷嘴等
组织：铁素体
珠光体-铁素体耐热钢

合金元素：合金元素含量不超过5~7%，属低合金钢
典型牌号：15CrMo、12Cr1MoV、17CrMo1V等 用途：工作温度350~670℃，锅炉管、汽包和气轮机的紧固件、主轴、 叶轮等 组织：正火+高温回火，铁素体+珠光体或贝氏体

Cr :F形成元素，提高基体金属的电极电位，易与C 生成M7C3、M23C6，钝化能力很强，形成Cr2O3
Ni :稳定A元素，提高基体金属的电极电位，减少δ 铁素体的含量 Mn :与Ni作用相似，稳定A元素，减少δ铁素体的含 量，可以代替Ni。
单合金元素的作用
Ti、Nb :F形成元素，强化铁素体，优先于Cr与C结 合生成TiC、NbC Al、Si :F形成元素，强化铁素体，和O结合生成致 密的Al2O3 、SiO2氧化膜，过量降低钢的塑性。 Mo :F形成元素，强化铁素体，提高耐腐蚀性能
奥氏体不锈钢

固溶化处理：加 热至1000℃～ 1100 ℃，使碳 化物全部溶于奥 氏体中，然后快 冷至室温，可得 均以奥氏体组织， 称为固溶处理。
奥氏体不锈钢

基本成分为Cr： 14～17％， Ni≤7％及少量 钼、铝、铜等。 固溶处理后组织 为奥氏体＋少量 铁素体。
不锈钢中的组织和相



不锈钢中的组织和相
碳化物相

碳化物相是不锈钢中的一个基本组成相，可分为 MC 、 M6C 、 M23C6、M7C3几种类型，它与钢中的含碳量与合金元素有关。
不锈钢金相检验项目及方法
低倍检验：

试验方法：GB/T226-1991 钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验 方法 组织评定：参照GB/T1979-2001《结构钢低倍组织缺陷评 级图》。 GB/T1220-2007《不锈钢棒》标准中规定不得有肉眼可见 得缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮及白点。
热处理及金相组织
退火或高温回火 ：铁素体+ 低碳马氏体
淬火： 马氏体+少量δ铁素体
淬火+高温回火：保留马氏体位向索氏体（过热：晶粒粗大，大量 δ铁素体形 成；欠热：未溶解碳化物存在）。 淬火+低温回火 ：回火马氏体
马氏体不锈钢

10Cr13淬火温 度：1000℃ ～1050℃，组 织为马氏体＋ 少量δ铁素体，
铁素体不锈钢
成分、牌号、特点 成分：含Cr：11~30%，尚可含少量的Mo、Nb、Ti，基本上不含Ni。Cr17型 和Cr25型 常用牌号：06Cr13Al、10Cr17、 10Cr17Mo、 008Cr27Mo、 008Cr30Mo2等 特点：加热不发生相变不能采用热处理来强化；有强磁；冷加工成型和焊 接工艺较差；具有三种脆性倾向：475℃、相析出脆、高温脆性 热处理及金相组织 退火 ：（Cr17≈ 850 ℃ ）、（Cr25≈ 1050 ℃ ） 组织：δ铁素体+ 低碳马氏体。
不锈钢定义的广义性和狭义性
不锈钢——在空气和弱腐蚀介质中抵抗腐蚀的钢
耐酸钢——在酸、盐溶液等强腐蚀介质中抵抗腐 蚀的钢 由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐 化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。统 称不锈耐酸钢，简称不锈钢。不锈钢的耐蚀性取 决于钢中所含的合金元素。
分类

按金相组织划分(GB/T13304-1991)
耐热钢金相检验内容

耐热钢的工作温度较高，在使用过程中会发生钢内部的显 微组织的变化，如碳化物的析出、聚集和球化和新相的析 出。

金相组织（原始态）的检验， 经高温长期使用后钢的显微组织（服役后）的变化，以 便为判断零件是否失效提供依据。
耐热钢
铁素体耐热钢

合金元素： Cr：12~28%，少量的Si、Al、Ti。 典型牌号：0C6r13Al、10Cr17、16Cr25N
不锈钢中的组织和相
1Crl3钢1100℃淬油 300℃回火组织
铸态1Cr18Ni9Ti
不锈钢中的组织和相
σ相

σ相是一种Fe 、Cr 原子比例相等的 Fe-Cr金属间化合物， 其分子式近似可用FeCr表示，晶体结构为正方晶系，在室 温下有磁性，硬而脆（68HRC）

σ相一般在500℃~900℃温度范围内长时间时效时析出， 较高的含铬量的质量分数（25%~76%）及δ铁素体的存在 均会促进σ相的析出。
铁素体 奥氏体 马氏体 δ铁素体 σ相 碳化物相（K相）
不锈钢中的组织和相
δ铁素体 δ相是在高温区域形成的相，一般称为δ铁素体或高温铁 素体。 以区别于低温α铁素体。δ铁素体是体心立方晶 格，但晶格常数与α铁素体不同，并表现出较高的脆性。

这种相主要是由于加热温度过高、高温中停留过久、化学 成分的波动或形成铁素体与奥氏体的元素达不到平衡等原 因形成的。
耐热钢金相检验
1、原始组织的检验：

内燃机部件金相检验在行业标准中有特殊规定（NJ354-1985、 NJ309-1983）

高压锅炉用无缝钢管的GB5310-1995
珠光体球化
2、运行金相检验：


石墨化：碳钢和钼钢在高温长时间作用下，渗碳体分解并析出石 墨状自由碳的现象。
轻度石墨化的管材可以通过热处理（加热到AC3以上保温）使组织 恢复



耐热钢的金相检验
耐热钢
定义：向钢中加入合金元素提高其热强性和抗氧化性能。 使用温度：400～650℃ 分类： 按金相组织：铁素体耐热钢、珠光体-铁素体耐热钢、马氏体耐热钢、 奥氏体耐热钢 按钢的特性： 抗氧化钢：高温下 550～1200℃，具有较好的抗氧化性能及抗高温 腐蚀性能，并有一定的高温强度； 热强钢：在高温下 450 ～ 900℃既能承受相当的附加应力又具有优 异的抗氧化及抗高温腐蚀性能，还要承受周期性的可变应力。 按用途：航空涡轮发动机用耐热钢、航天火箭发动机用耐热钢、核 反应堆用耐热钢、燃气轮机用耐热钢、内燃机用耐热钢、锅炉和 汽轮机用耐热钢、石化装臵用耐热钢、工业炉用耐热钢等。
铁素体不锈钢
1Cr17钢 淬火后组织 为铁素体＋ 低碳马氏体
马氏体不锈钢
成分、牌号、特点 成分：含Cr12～14%，含C：0.1～0.4%，Cr13型。 常用牌号：12Cr13、20Cr13、30Cr13、40Cr13等。
特点：含碳量较高，淬火后得到马氏体组织；有较高的强度、硬度、耐磨性； 通过热处理得到所要求的性能；切削加工性能较好。焊接性能差；有回火脆 性。