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不锈钢与耐热钢的金相检验 杨力 一、概述 1、不锈钢的定义： 2、不锈钢的分类： 按金相组织划分(GB/T13304-1991) 按合金元素种类划分 按钢的性能分类 3、不锈钢的特点及用途： 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。 按钢的金相组织分类 按照国家标准GB/T13304-1991《钢的分类》以及国际上通用的分类方法将不锈钢划分为5类。 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 沉淀硬化不锈钢等。 按钢中合金元素分类 铬系不锈钢、铬镍系不锈钢、铬镍钼系不锈钢、铬锰镍（氮）系不锈钢等数种。 近些年来，又开发出了高纯铁素体不锈钢、超低碳奥氏体不锈钢等新钢种。 按钢的性能分类 耐硝酸不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、低温不锈钢、高强度不锈钢、易切削不锈钢等。 按不锈钢的制造工艺 铸造不锈钢和形变不锈钢。对相似牌号的铸造和形变不锈钢，两者在化学成分，工艺性能，金相组织，及使用性能方面也略有区别。 二、金属学基础 不锈钢具有良好耐腐蚀（氧化）性能的根本原因是在铁碳合金中加入了铬、铝、硅等主要合金元素，以及镍、钼、铌、钛、钴等其他元素。 不锈钢的耐腐蚀性的基本原因是钝化膜理论 不锈钢合金元素 不锈钢中常见的合金元素 C、Cr、Ni、Mn、Si、Al、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。 Fe-Ni、Fe-Cr二元合金相图 18Cr-8Ni不锈钢中C在γ相中极限溶解度与温度的关系 高温快冷形成的固溶有过饱和碳的奥氏体固溶体，当在400℃~850℃温度下加热时，会析出碳化物沉淀相。在适当条件下生成的沿晶界分布的碳化物是造成奥氏体不锈钢晶界腐蚀的主要原因。  Schaeffler组织图 Schaeffler在研究焊缝金属的组织时总结出了合金元素与焊缝金属组织之间的关系，即所谓的Schaeffler组织图，这一组织图后来被推广到形变不锈钢中，用于不锈钢组织的预测与合金的设计。  Schaeffler组织图 Creq=Cr%+Mo%+1.5Si%+0.5Nb% Nieq=Ni%+30C%+0.5Mn% WRC-92组织图 三 、不锈钢中的组织和相 铁素体 奥氏体 马氏体 δ铁素体 σ相 碳化物相（K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。 δ铁素体 测定δ铁素体含量的测定方法 金相法：可根据标准的图片进行比较，还可用图像分析软件进行测定，注意侵蚀时不要显示奥氏体晶界，否则定量结果可能偏高； 图表计算法：在化学成分已知时，可以根据Schaeffler组织图、DeLong 组织图和WRC-92组织图，查出δ铁素体的含量； 磁性法：有两种，一是磁称法，二是铁素体指示仪，用已知δ铁素体含量的一系列标准样品与待测试样同时进行对比测定。 X光法等。 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，在室温下无磁性，硬而脆（68HRC） σ相一般在600℃~800℃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。 σ相形成的条件 1Crl8Ni9Ti锻后缓冷后析后析出σ相 用20g铁氰化钾、20g氢氧化钾，100ml水溶液，1.5V，电解 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。 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。 MC型碳化物 钢在凝固过程中，碳与亲和力较大的 钽、铌、钛、钒结合，形成TaC、NbC、TiC、VC碳化物。该类碳化物分布在晶界上起到强化作用，阻止晶粒长大，抑制（Cr、Fe）23C6碳化物的形成，提高不锈钢的抗