金相检验6-不锈钢的金相检验)

1、不锈钢的金相检验主讲：王文科特殊性能钢的定义n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：n1.不锈钢：是不锈钢和耐酸钢的总称。n2.耐热钢：具有较好的抗高温氧化性能（和高 温强度）的不锈钢。n3.耐磨钢：ZGMn13是古老的高耐磨钢。n4.磁钢n不锈钢定义的广义性和狭义性不锈钢定义的广义性和狭义性n不锈钢不锈钢在空气和弱腐蚀介质中抵抗腐蚀的钢在空气和弱腐蚀介质中抵抗腐蚀的钢n耐酸钢耐酸钢在酸、盐溶液等强腐蚀介质中抵抗腐在酸、盐溶液等强腐蚀介质中抵抗腐蚀的钢蚀的钢 由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐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

2、，而后者则一般均具有不锈性。统化学介质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。统称称不锈耐酸钢不锈耐酸钢，简称，简称不锈钢。不锈钢。不锈钢的耐蚀性取不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。决于钢中所含的合金元素。分类n按金相组织划分按金相组织划分(GB/T13304-1991)(GB/T13304-1991)F F、M M、A A、A-FA-F、PHPHn按合金元素种类划分按合金元素种类划分 CrCr、Cr-NiCr-Ni、Cr-Ni-MoCr-Ni-Mo、 Cr-Mn-NiCr-Mn-Ni特点及用途n良好耐腐蚀性、氧化性、良好耐腐蚀性、氧化性、n优异的力学性能、物理性能、工艺性能优异的力学性能、物理

3、性能、工艺性能n化工、能源、机械、轻工等行业得到广泛的应用。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：不锈钢中常见的合金元素：C C、CrCr、NiNi、MnMn、SiSi、N N、NbNb、TiTi、MoMon奥氏体形成元素：奥氏体形成元素：C C、NiNi、Mn Mn 、N N、CuCu等等n铁素体形成元素：铁素体形成元素：CrCr、SiSi、TiTi、NbNb、AlAl、MoMo等等合金元素的作用n提高基体金属的电极电位提高基体金属的电极电位n在室温下获得单相固溶体组织在室温下获得单相固溶体组织n表面形成结构致密、不溶于腐蚀介质、电阻高的表面形成结构致

4、密、不溶于腐蚀介质、电阻高的保护膜。保护膜。单合金元素的作用C :C :稳定稳定A A元素，强化元素，强化M M钢的重要元素，极易与其他钢的重要元素，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合金元素形成合金碳化物，导致不锈钢的晶界腐蚀。蚀。Cr :Cr :F F形成元素，提高基体金属的电极电位，易与形成元素，提高基体金属的电极电位，易与C C生成生成M7C3M7C3、M23C6M23C6，钝化能力很强，形成，钝化能力很强，形成Cr2O3Cr2O3NiNi : :稳定稳定A A元素，提高基体金属的电极电位，减少元素，提高基体金属的电极电位，减少铁素体的含量铁素体的含量MnMn : :

5、与与NiNi作用相似，稳定作用相似，稳定A A元素，减少元素，减少铁素体的铁素体的含量，可以代替含量，可以代替NiNi。单合金元素的作用TiTi、NbNb : :F F形成元素，强化铁素体，优先于形成元素，强化铁素体，优先于CrCr与与C C结结合生成合生成TiCTiC、NbCNbCAlAl、SiSi : :F F形成元素，强化铁素体，和形成元素，强化铁素体，和O O结合生成致结合生成致密的密的Al2O3 Al2O3 、SiO2SiO2氧化膜，过量降低钢的塑性。氧化膜，过量降低钢的塑性。MoMo : :F F形成元素，强化铁素体，提高耐腐蚀性能形成元素，强化铁素体，提高耐腐蚀性能铁素体不锈钢成

6、分、牌号、特点成分、牌号、特点成分：成分：含含CrCr：1130%1130%，尚可含少量的，尚可含少量的MoMo、NbNb、TiTi，基本上不含，基本上不含NiNi。Cr17Cr17型型和和Cr25Cr25型型常用牌号：常用牌号：06Cr13Al06Cr13Al、10Cr1710Cr17、 10Cr17Mo 10Cr17Mo、 008Cr27Mo 008Cr27Mo、 008Cr30Mo2 008Cr30Mo2等等特点：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：接工艺较差；具有三种脆性

7、倾向：475475、相析出脆、高温脆性、相析出脆、高温脆性热处理及金相组织热处理及金相组织退火退火 ：（Cr17 850 Cr17 850 ）、（）、（Cr25 1050 Cr25 1050 ）组织：组织：铁素体铁素体+ + 低碳马氏体。低碳马氏体。铁素体不锈钢1Cr171Cr17钢钢n淬火后组织淬火后组织为铁素体为铁素体低碳马氏体低碳马氏体马氏体不锈钢成分、牌号、特点成分、牌号、特点成分：成分：含含Cr12Cr1214%14%，含，含C C：0.10.10.4%0.4%，Cr13Cr13型。型。常用牌号：常用牌号：12Cr1312Cr13、20Cr1320Cr13、30Cr1330Cr13、

8、40Cr1340Cr13等。等。特点：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。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。热处理及金相组织热处理及金相组织退火或高温回火退火或高温回火 ：铁素体铁素体+ + 低碳马氏体低碳马氏体 淬火：淬火： 马氏体马氏体+ +少量少量铁素体铁素体淬火淬火+ +高温回火：高温回火：保留马氏体位向索氏体（保留马氏体位向索氏体（过热：过热：晶粒粗大，大量晶粒粗大，大量 铁素体形成；铁

9、素体形成；欠热：欠热：未溶解碳化物存在）。未溶解碳化物存在）。淬火淬火+ +低温回火低温回火 ：回火马氏体回火马氏体马氏体不锈钢n10Cr1310Cr13淬火温淬火温度：度：1000 1000 10501050，组，组织为马氏体织为马氏体少量少量铁素体，铁素体，马氏体不锈钢n10Cr1310Cr13，650 650 回火，组回火，组织为回火索织为回火索氏体铁素氏体铁素体体奥氏体不锈钢成分、牌号、特点成分、牌号、特点成分：成分：含含CrCr：161625%25%，含，含NiNi：7 720%20%，基本成分，基本成分18%Cr18%Cr，8%Ni8%Ni，通常称为，通常称为18-818-8型不锈

10、钢。型不锈钢。常用牌号：常用牌号：304304（18Cr-8Ni18Cr-8Ni）、）、321 321 （18Cr-9Ni-Ti18Cr-9Ni-Ti） 、347 347 （18Cr-9Ni-Nb18Cr-9Ni-Nb） 316316（18Cr-12Ni-2.5Mo18Cr-12Ni-2.5Mo）等）等特点：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。和焊接性能；切削加工较困难。热处理及金相组织热处理及金相组织固溶处理：固溶处理：1050105011001100， 组织：奥氏体

11、（组织：奥氏体（过热：过热：晶粒长大，晶粒长大，铁素体形成）。铁素体形成）。敏化：敏化：500500850850，组织：晶界析出，组织：晶界析出 低碳马氏体低碳马氏体 晶界贫铬晶界贫铬稳定化：稳定化： 850 850900900，组织：，组织：A+MCA+MC（TiCTiC、NbCNbC）抑制晶间腐蚀）抑制晶间腐蚀消除应力：消除应力：低温处理：低温处理：300350300350，高温处理，高温处理800800以上；以上；消除消除相：相：通过通过820820以上的加热或固溶处理消除以上的加热或固溶处理消除 奥氏体不锈钢n固溶化处理：加固溶化处理：加热至热至100010001100 1100 ，使

12、碳，使碳化物全部溶于奥化物全部溶于奥氏体中，然后快氏体中，然后快冷至室温，可得冷至室温，可得均以奥氏体组织，均以奥氏体组织，称为称为固溶处理固溶处理。奥氏体不锈钢n基本成分为基本成分为CrCr：14141717，Ni7Ni7及少量及少量钼、铝、铜等。钼、铝、铜等。 固溶处理后组织固溶处理后组织为奥氏体少量为奥氏体少量铁素体。铁素体。不锈钢中的组织和相n铁素体铁素体n奥氏体奥氏体n马氏体马氏体n 铁素体铁素体n相相n碳化物相碳化物相（K K相）相）不锈钢中的组织和相铁素体铁素体 n相是在高温区域形成的相，一般称为相是在高温区域形成的相，一般称为铁素体或高温铁铁素体或高温铁素体。素体。 以区别于低

13、温以区别于低温铁素体。铁素体。铁素体是体心立方晶铁素体是体心立方晶格，但晶格常数与格，但晶格常数与铁素体不同，并表现出较高的脆性。铁素体不同，并表现出较高的脆性。n这种相主要是由于加热温度过高、高温中停留过久、化学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。因形成的。不锈钢中的组织和相1Crl31Crl3钢钢11001100淬油淬油 300300回火组织回火组织铸态铸态1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti不锈钢中的组织和相相相n相是一种相是一种FeFe、CrCr原子比例相等的

14、原子比例相等的Fe-CrFe-Cr金属间化合物，金属间化合物，其分子式近似可用其分子式近似可用FeCrFeCr表示，晶体结构为正方晶系，在室表示，晶体结构为正方晶系，在室温下有磁性，硬而脆（温下有磁性，硬而脆（68HRC68HRC）n相一般在相一般在500900500900温度范围内长时间时效时析出，温度范围内长时间时效时析出，较高的含铬量的质量分数（较高的含铬量的质量分数（25%76%25%76%）及）及铁素体的存在铁素体的存在均会促进均会促进相的析出。相的析出。不锈钢中的组织和相用用20g20g铁氰化钾、铁氰化钾、20g20g氢氧化钾，氢氧化钾，100ml100ml水溶液，水溶液，1.5V

15、1.5V，电解，电解 1Crl8Ni9Ti1Crl8Ni9Ti锻后缓冷后锻后缓冷后不锈钢中的组织和相相的危害相的危害n相沿晶界分布，钢的塑性显著下降，分散分布对韧性危相沿晶界分布，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。害较小，并有一定的强化作用。n相增加钢的缺口敏感性，对强度、硬度影响不大，对冲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。击韧性影响显著。n相显著地降低钢的塑性、韧性、抗氧化性、耐晶界腐蚀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。性能，助长热疲劳的产生。相形成后，使基体相形成后，使基体贫铬贫铬（或（或钼、钨

16、）因此降低了基体抗蚀性，并削弱了固溶强化的效钼、钨）因此降低了基体抗蚀性，并削弱了固溶强化的效果。总之果。总之相的危害性较大，应尽力避免该相的出现。相的危害性较大，应尽力避免该相的出现。不锈钢中的组织和相碳化物相碳化物相n碳化物相是不锈钢中的一个基本组成相，可分为碳化物相是不锈钢中的一个基本组成相，可分为MCMC、M M6 6C C、M M2323C C6 6、M M7 7C C3 3几种类型，它与钢中的含碳量与合金元素有关。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：低倍检验：n试验方法：试验方法：GB/T226-1991 GB/T226-1991 钢的低倍组

17、织及缺陷酸蚀试验钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验方法方法n组织评定：参照组织评定：参照GB/T1979-2001GB/T1979-2001结构钢低倍组织缺陷评结构钢低倍组织缺陷评级图。级图。n GB/T1220-2007 GB/T1220-2007不锈钢棒标准中规定不得有肉眼可见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。得缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮及白点。不锈钢金相检验项目及方法高倍检验：高倍检验：n非金属夹杂物：非金属夹杂物：GB/T10561-2005 GB/T10561-2005 钢中非金属夹杂物显微评定方钢中非金属夹杂物显微评定方法、法、ASTM E45 -20

18、05ASTM E45 -2005n奥氏体晶粒度：奥氏体晶粒度：GB/T6394-2002GB/T6394-2002金属平均晶粒度测定方法金属平均晶粒度测定方法ASTM ASTM E112E112n铁素体含量铁素体含量 ：GB/T13305-1991GB/T13305-1991奥氏体不锈钢中奥氏体不锈钢中相面积含量金相相面积含量金相检验法、检验法、 GB/T6401-1986 GB/T6401-1986铁素体奥氏体双相不锈钢中铁素体奥氏体双相不锈钢中-相面积相面积含量金相测定法含量金相测定法nGB 4234-2003GB 4234-2003外科植入物用不锈钢标准中规定铁素体含量、夹杂外科植入物用

19、不锈钢标准中规定铁素体含量、夹杂物级别、晶粒度级别。物级别、晶粒度级别。耐热钢的金相检验耐热钢定义：定义：向钢中加入合金元素提高其热强性和抗氧化性能。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：使用温度：400400650650分类：分类：按金相组织：按金相组织：铁素体耐热钢、珠光体铁素体耐热钢、珠光体- -铁素体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢、马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢奥氏体耐热钢按钢的特性：按钢的特性：n抗氧化钢：高温下抗氧化钢：高温下55055012001200，具有较好的抗氧化性能及抗高温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；腐蚀性能，并有一定的高温强

20、度；n热强钢热强钢：在高温下在高温下450450900900既能承受相当的附加应力又具有优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。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：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、石化装置用耐热钢、工业炉用耐热钢等。汽轮机用耐热钢、石化装置用耐热钢、工业炉用耐热钢等。耐热钢金相检验内容n耐热钢的工作温度较高

21、，在使用过程中会发生钢内部的显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微组织的变化，如碳化物的析出、聚集和球化和新相的析出。出。q金相组织（原始态）的检验，金相组织（原始态）的检验，q经高温长期使用后钢的显微组织（服役后）的变化，以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。便为判断零件是否失效提供依据。耐热钢铁素体耐热钢铁素体耐热钢n合金元素：合金元素： Cr Cr：1228%1228%，少量的，少量的SiSi、AlAl、TiTi。n典型牌号：典型牌号：0C6r13Al0C6r13Al、10Cr17

22、10Cr17、16Cr25N16Cr25Nn用途：燃烧室、喷嘴等用途：燃烧室、喷嘴等n组织：铁素体组织：铁素体珠光体珠光体- -铁素体耐热钢铁素体耐热钢n合金元素：合金元素含量不超过合金元素：合金元素含量不超过57%57%，属低合金钢，属低合金钢n典型牌号：典型牌号：15CrMo15CrMo、12Cr1MoV12Cr1MoV、17CrMo1V17CrMo1V等等n用途：工作温度用途：工作温度350670350670，锅炉管、汽包和气轮机的紧固件、主轴、，锅炉管、汽包和气轮机的紧固件、主轴、叶轮等叶轮等n组织：正火组织：正火+ +高温回火，铁素体高温回火，铁素体+ +珠光体或贝氏体珠光体或贝氏体耐热钢马氏体耐热钢马氏体耐热钢n合金元素：合金元素：CrCr：12%12%，加入，加入W W、MoMo、V V、SiSi。n典型牌号：典型牌号：12Cr1312Cr13、14Cr11MoV14Cr11MoV、15Cr12NiWMoV15Cr12NiWMoV、