不锈钢金相组织及尺度先容

前言
不锈钢通常是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液或其他侵蚀介质中具有良好的化学不乱性的高合金钢。根据GB/T 13304.2-2008[1]《钢的分类》以及国际上通用方法，按金相组织划分将不锈钢划分为5类，即铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体双相不锈钢和沉淀硬化不锈钢等。不锈钢不仅具有良好的耐侵蚀性、氧化机能、通常还具有优异的力学机能（如强度、韧性）、物理机能（磁机能、弹性）和工艺机能（锻造、压力加工、热处理、焊接），因而在化工、能源、机械、轻工等行业得到广泛应用。
 
1. 各类不锈钢的金相组织
1.1 铁素体不锈钢
基体以体心立方晶体结构的铁素体组织（α相）为主，有磁性，一般不能通过热处理硬化，但冷加工使其稍微强化的不锈钢。含Cr：11~30%，尚可含少量的Mo、Nb、Ti，基本上不含Ni，强度较高，耐氯化物应力侵蚀、点蚀、缝隙侵蚀等机能优良，但对晶界侵蚀敏感，低温韧性较差。主要钢号有06Cr13Al、10Cr17、10Cr17Mo、008Cr27Mo、008Cr30Mo2等。这类钢经900℃保温并空冷后显微组织为：铁素体级沿轧制方向分布的碳化物；经1200℃加热并水淬后的显微组织为δ铁素体+低碳马氏体。

 
图2. 1Cr17钢淬火后组织为铁素体＋低碳马氏体
1.2 马氏体不锈钢
基体为马氏体组织，有磁性，通过热处理可调整其力学机能的不锈钢。马氏体不锈钢在高温状态的组织为奥氏体，经由淬火后，奥氏体转变为马氏体，故称其为马氏体不锈钢。马氏体不锈钢最常见的钢号有12Cr12，20Cr13，30Cr13，40Cr13等，它们含碳量较高，淬火后得到马氏体组织；有较高的强度、硬度、耐磨性；通过热处理可得到所要求的机能；切削加工机能较好。焊接机能差。

图4. 10Cr13，650 ℃回火，组织为回火索氏体＋铁素体
1.3 奥氏体不锈钢
基体以面心立方晶体结构的奥氏体组织（γ相）为主，无磁性，主要通过冷加工使其强化的不锈钢。奥氏体不锈钢一般含Cr 16%~25%含Ni 7%~20%适当热处理后，室温下为单一的A组织。常见的钢号有12Cr18Ni9，06Cr18Ni11Ti，06Cr19Ni10，304(18-8)，316等有良好的塑性、韧性和耐蚀性，应用很广泛。

图5. 304，组织为单一的奥氏体
1.4 奥氏体-铁素体双相不锈钢
基体兼有奥氏体和铁素体两相组织，有磁性，可通过冷加工使其强化的不锈钢。典型钢种有022Cr22Ni5Mo3N，022Cr26Ni7Mo3N等。国家尺度中对其金相含量检修的方法有GB/T 13305-2008[2]《不锈钢中α－相面积含量金相测定法》。

图6. 铁氰化钾、氢氧化钾水溶液腐蚀，组织为白色的奥氏体和灰玄色(实为棕色)的铁素体，铁素体的体积分数约占50%
1.5 沉淀硬化不锈钢
基体为奥氏体或马氏体组织，并能通过沉淀硬化（又称时效硬化）使其强化的不锈钢。沉淀硬化不锈钢固溶后为马氏体或半奥氏体组织，终极沉淀析出马氏体组织；有很高的强度；耐平均侵蚀能力优于马氏体型钢；成型和焊接机能良好。典型的钢种有05Cr17Ni4Cu4Nb、07Cr17Ni7Al、05Cr15Ni7Mo2Al等。

 
图7. 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
2. 不锈钢的金相检修
2.1 不锈钢的低倍组织及缺陷的试验方法
可以根据GB/T 226-1991[3]《钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验法》进行。浸湿一般用热蚀法，即将试样在HCl水溶液中浸泡，然后在流水顶用刷子洗刷干净表面的侵蚀产物。此外还可采用HNO3和HF水溶液或HCl和HNO3水溶液中热蚀。
低倍组织的评定可以参照GB/T 1979-2001[4] 《结构钢低倍组织缺陷评级图》尺度进行。另外尺度GB/T1220-2007《不锈钢棒》中划定，钢棒的横截面酸浸低倍或断面试样上不得有肉眼可见的缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮及白点。对较高级钢棒，其一般松散、中央松散、偏析均不得超过二级；对普通钢棒，其上述级别均不得超过三级。

 
图8. 12Cr18Ni9钢1050℃固溶;王水甘油溶液腐蚀;平均等轴的A组织,晶内有孪晶 图9. 12Cr18Ni9钢1050℃固溶+650℃敏化;10%草酸水溶液电解,硫酸硫酸铜侵蚀倾向试验发现沿晶侵蚀
 
结束语
跟着不锈钢的应用越来越广泛，通过金相检修等手段，来判断不锈钢的工艺机能、力学机能、耐侵蚀机能等能否知足应用要求已经变得越来越重要。

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