不锈钢与耐热钢的金相检验 第一节 不锈钢的金相检验一 概述 不锈钢和耐热钢，有一种分法，把它们划入特殊钢的范畴，还包括超高强度钢、高耐磨钢、磁钢。这些具有特殊使用功能的钢种称为特殊钢。 不锈钢又分 不锈钢 耐弱腐蚀介质 耐酸钢 耐强腐蚀介质 不锈耐热钢 较好抗高温氧化,高温强度 根据不锈钢金相组织的不同可分为F不锈钢M不锈钢A不锈钢A-F不锈钢沉淀硬化型不锈钢 在化学工业中及另外很多场合，不仅要求材料有一定的机械性能，而且更要求具有耐蚀不锈性能。例如化工设备往往是在各种化学介质（大气、酸、碱、盐、及活泼气体）中工作，它们的失效原因多是由于腐蚀所致，腐蚀产生孔洞、裂纹等。在另外场合如汽车摩托车的剎车盘，就是用Cr13系M不锈钢淬火回火后制造的，既要一定的强度韧性，又要求耐腐蚀。 耐热钢广泛应用于动力机械,石油化工,航空工业等领域。如锅炉,汽轮机,航空发动机等。耐热钢是通过向钢中加入合金元素如Cr,Si,Al,Ni,Nb,V,W等来提高其热强性和氧化性及组织稳定性。称热强钢。如柴油机汽缸排气阀门在约600的高温下工作,就用耐热钢如40Cr10Si2Mo,21-4N等制作,既要求在高温下不致氧化同时又要求高温下有一定强度。 还有一种在高温下不氧化、不起皮、称不起皮钢，用于各种高温1000下工作的炉罐、炉底板、炉栅ce 根据合金元素含量的不同，耐热钢可分为F耐热钢P+F耐热钢M耐热钢A耐热钢二 合金元素在钢中的作用C 是不锈钢中最主要的元素之一特别是马氏体不锈钢的重要强化元素，也广泛应用于耐热钢中。在含碳量较低时是扩大相区的，强烈促进奥氏体的形成。但C在钢中极易与其他碳化物形成元素生成合金碳化物如与Cr生成(Cr,Fe)23C6合金碳化物,这样含Cr量下降，特别在晶界造成贫Cr导致不锈钢的晶界腐蚀敏感性 合金元素在钢中的作用而且C对钢的抗氧化性有极不利的影响，这是因为C极易与Cr化合成碳化物，而使固溶体中贫Cr，从而促进晶间氧化。因此，要求在抗氧化钢中有较低的含C量，一般耐热钢中的含C量为0.1%0.2%左右 合金元素在钢中的作用 Cr 是不锈钢中最重要的合金元素，缩小封闭相区扩大相区，溶入铁素体，提高铁素体的电极电位。是碳化物形成元素。 Cr的碳化物具有很高的抗蚀性，但Cr钢中由于碳化物的析出会降低钢的抗蚀性 ,这是由于Cr的碳化物析出时引起钢基体局部地区Cr含量贫乏所致 合金元素在钢中的作用在耐热不起皮钢和热强钢中，Cr主要用来提高钢的高温抗氧化（不起皮）性能和改善钢的抗回火稳定和对蠕变的阻力等特性 合金元素在钢中的作用Mo 碳化物形成元素，缩小相区，封闭相区,强化铁素体。钢中加Mo能提高对有机酸的抗蚀性，是提高珠光体钢热强性最有效的元素，如广泛用于石油动力等的15CrMo,12CrMo4,12Cr1MoV,25Cr2Mo1V等提高马氏体钢和奥氏体钢的热强性,制作燃气轮机叶片等,如Cr12WMoVNbB马氏体钢和Mn18Cr10MoVB奥氏体钢 合金元素在钢中的作用提高马氏体钢和奥氏体钢的热强性,制作燃气轮机叶片等,如Cr12WMoVNbB马氏体钢和Mn18Cr10MoVB奥氏体钢 合金元素在钢中的作用W 碳化物形成元素。对钢的抗氧化性无益。新的不锈耐酸钢15Al3MoWTi，在炼油厂含硫油的腐蚀条件运用，效果比0Cr13好含W耐热钢18Cr3MoWVA碳化物1Cr14Ni14W2MoTi奥氏体型耐热钢4Cr14Ni14W2Mo奥氏体型耐热钢 阀门用钢Cr15Ni36W3Ti奥氏体型耐热钢 叶片用钢 合金元素在钢中的作用V 碳化物形成元素。在耐热钢中应用：由于高度弥散分布的碳化物和氮化物，较高温度聚合长大也极缓慢,因而增加钢的强度和对蠕变的抗力,如耐热钢12Cr1MoV等新的珠光体耐热钢12Cr3MoVSiTiB等马氏体耐热钢Cr12WMoVNbB等无Ni奥氏体耐热钢Mn18Cr10MoVB等 合金元素在钢中的作用Ti ,Nb 强碳化物形成元素,都缩小相区,封闭相区,强化铁素体。 由于Ti ,Nb 碳化物的结合力极强，远大于C与Cr的亲和力，在不锈钢中常用来固定其中的C来消除Cr在晶界处的贫化，从而消除或减轻钢的晶间腐蚀现象 合金元素在钢中的作用Mn 扩大相区，稳定奥氏体，在低C高Mn不锈钢中，主要是促成和稳定钢的奥氏体组织,其不锈抗蚀的性能仍依靠Cr的作用。如CrMnN钢如Cr18Mn13N高Mn耐热钢以Mn代Ni的耐热不起皮钢如奥氏体耐热钢如6Mn18Al5MoVCrMnN不起皮钢Cr20Mn9Ni2Si2N 合金元素在钢中的作用Si 缩小相区，封闭相区，和氧化合致密SiO2氧化膜,提高抗氧化能力，和其它元素如Mo,W,Cr等结合，有提高钢抗腐蚀和抗高温氧化的作用 合金元素在钢中的作用Al 缩小相区，封闭相区，与O,N有很大的亲和力，和氧化合致密Al2O3氧化膜，提高抗氧化能力。 Al提高钢在氧化性酸中的耐蚀性，和Cr配合并用时其抗氧化性可得到更大提高，和Si,Cr复合应用可显著提高钢的高温不起皮性 合金元素在钢中的作用Ni 非碳化物形成元素,扩大相区缩小和(+)相区，增大A稳定性，是形成和稳定A的主要合金元素；能提高钢对大气腐蚀的抗力；在高合金奥氏体不锈钢中，还普遍用Ni作为奥氏体化元素，加入适量的Ni可得到单一组织的奥氏体不锈钢；三 不锈钢金相分析的金属学 基础 Fe-Cr-C系相图 看一下图7-1含13%Cr的Fe-Cr-C系的垂直截面相图 相区和+ +(Cr,Fe)23C6相区交点的温度大约在950,含碳量大约在0.2%,相当于共析点,发生 +(Cr,Fe)23C6+ 转变,在800 左右发生+(Cr,Fe)23C6 +(Cr,Fe)7C3700 以下为+(Cr,Fe)7C3 +(Cr,Fe)23C6区域 不锈钢金相分析的金属学基础在图中，按0.06%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%的含碳量，在1000的淬火加热温度下，分别处在、+、相，当快冷下来后，分别得到F不锈钢、F+M不锈钢、M不锈钢 不锈钢金相分析的金属学基础 Fe-Cr-Ni系相图看图7-2，Ni是扩大相区、稳定相的元素当含Ni量增加时,相扩大,相是封闭的,在1000时,含Ni量不到5%,就以相存在.看图7-3，Cr相反,它是封闭缩小相区的.在1000时,含Ni 8%时,含Cr在18%附近,即虚线附近,即为相区,呈奥氏体状态.四 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 不锈钢金相试样的制备与侵蚀 不锈钢(包括耐热钢)金相试样的制备、磨抛、侵蚀和一般的高合金钢基本相同。但由于不锈钢基体较软，又韧，又容易加工硬化，特别是A不锈钢A耐热钢，切削取样加工的难度较大，制备金相试样时易产生机械滑移，会产生组织假象。因此，试样的制备 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷应以不引起组织变化为前提。 对于强度低塑性大的金属如奥氏体不锈钢等用机械抛光的方法，很难避免金属的流动和形成扰乱金属，在检验中容易造成假象而作出错误的判断。最好最理想的抛光方法是电解抛光。 介绍几个电解抛光的条件 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 高氯酸15%20% 酒精85%80% 电流密度0.10.3A/cm2 高氯酸15%20% 醋酸85%80% 电流密度0.71A/cm2 电压2040V 不易出麻点 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 不锈钢、耐热钢具有较高的耐腐蚀性能，所以侵蚀其显微组织的侵蚀剂必须有强烈的侵蚀性，才能使组织清晰地显示。应根据钢的成分和热处理状态、欲显示的组织来选择合适的侵蚀剂。 除了2%4%硝酸酒精溶液作为通用的侵蚀剂外，还有常用的有 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 氯化铁盐酸水溶液：FeCl35g+HCl50ml+H2O100ml 适用于高镍奥氏体钢及铬不锈钢，能良好显示奥氏体和铁素体晶界 苦味酸盐酸酒精溶液： 苦味酸1g+盐酸5ml+酒精100ml 能侵蚀Fe-Cr、Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn等类型钢，能侵蚀Cr-Ni奥氏体钢等的晶界 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 此外，不锈钢中还会同时出现F、A、K、铁素体、相等，可以通过化学或电解侵蚀等方法予以区别。例如 赤血盐水溶液 ： K3Fe(CN)6 50g+KOH 50g+H2O 100ml浸蚀区别Fe-Cr、Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn类型钢中铁素体及相。铁素体黄色，相蓝色 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 NaOH水溶液电解腐蚀 NaOH剂40g+H2O 100ml 1V3V 60s 显示相。使 相及铁素体相继着色，碳化物最后显示。 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 铁素体不锈钢 铁素体不锈钢钢钢号有06Cr13Al,10Cr17,10Cr17Mo,008Cr27Mo,008Cr30Mo2,022Cr12等。铁素体不锈钢的特征是具有铁素体组织、有磁性、不能用淬火的方法使之硬化，热处理的目的主要是消除因变形加工或焊接所导致的内应力 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷而使之软化，提高加工性，其次是消除475脆性的影响，并使组织均匀化。退火温度的选择根据避开475脆性产生的温度范围避开相脆性产生的温度范围避开高温脆性产生的温度范围。 475脆性 铁素体不锈钢特别是高铬铁素体不锈钢在400550温度范围内 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷较长时间加热或者从较高温度缓慢冷却通过这一温度范围时会发生脆性，降低耐蚀性、硬度强度增加、延性冲击韧性显著降低。即所谓475脆性。高于出现475脆性的温度加热，可消除脆性，使钢的冲击韧性恢复。 相脆性 相是一种Fe、Cr原子比例大致相等的Fe-Cr金属间化合物，其分子式 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷近似表示为FeCr，晶体结构为正方晶系，非磁性，硬而脆。 相一般在铁素体不锈钢或奥氏体-铁素体不锈钢中在600900温度范围内长时间保温时析出。 相可用金相法检验出。 相的避免：避免在相的形成温度上长时间加热 相的消除：在高于相的稳定温度加热可消除相，而且还可以恢复475脆性所 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷带来的韧性的下降。高温脆性 铁素体型不锈钢在900 以上加热时，晶粒会显著长大，同时并可能有部分铁素体转变为奥氏体，而在冷却过程中又转变为低碳马氏体，这样会使钢变脆，降低钢的塑性。晶粒长大后是不能再细化的。这是由于高铬钢是以铁素体为基的，加热或冷却都没有 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷相变发生，无法以热处理方法重结晶细化。 所以，铁素体不锈钢的退火温度不应低于525和高于900，通常多控制在650 830 之间。10Cr17钢1100水冷淬火;硝酸盐酸水溶液侵蚀; 基体为铁素体(白色)和低碳马氏体(灰色块状)晶界明显;F硬度274HV,M硬度493HV10Cr17钢1200水冷淬火;硝酸盐酸水溶液侵蚀; 基体为铁素体(白色)和低碳马氏体(灰色块状);低碳马氏体比左图多 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 马氏体不锈钢 马氏体不锈钢最常见的钢号有12Cr12,06Cr13,12Cr13,30Cr13,9Cr18等，它们有良好的淬火性能，可以在空冷条件下实现淬火硬化。马氏体不锈钢淬火后还需进行回火处理。其中Cr13型不锈钢有回火脆性倾向，所以回火后应快冷。一般情况下推荐含碳较低 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷的Cr13型不锈钢采用600 750高温回火后快冷，改善韧性拉伸性能和耐应力腐蚀性能；较高含碳量的Cr13型不锈钢如40Cr13、95Cr18等淬火后低温回火，使工件具有较高的硬度强度耐磨性同时具有一定的耐腐蚀性能。 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 马氏体不锈钢的金相组织 M不锈钢的退火组织为F+K，K沿F晶界呈网状分布，使得强度和耐蚀性都很差。一种工艺为完全退火800900加热后缓冷，一种为低温退火750加热后快冷。可以使钢软化。以低温退火常用，方便、时间化得少。 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 Cr13型不锈钢淬火温度一般在10001050,为A状态。淬火后得M,其中12Cr13淬火后为M+少量铁素体,20Cr13为M。 30Cr13、40Cr13钢含碳量高，碳化物较多，能阻止A晶粒长大，所以淬火温度可以稍高一些到1050 1100，淬火后为M+K+少量残A 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 马氏体不锈钢淬火的目的是通过马氏体相变，提高合金的强度和硬度，同时提高抗蚀性。因为退火的M不锈钢中存在大量的铬碳化物，不仅降低了固溶体中的含铬量，而且由于碳化物和基体的电位差构成无数微电池，加剧钢的腐蚀，而淬火可使大量铬碳化物溶入固溶体中，减轻了腐蚀倾向。2Cr13钢球化退火;苦味酸盐酸酒精溶液浸蚀;左图为球粒状珠光体+沿晶界断续分布的颗粒状碳化物,右为颗粒较大且分布不甚均匀的球状珠光体、铁素体及少量片状珠光体,沿晶界有断续链状碳化物.球化组织优劣直接影响以后淬火回火质量,组织不均匀且有片状珠光体,则在加热淬火时容易发生变形或组织粗大3Cr13钢860退火;氯化高铁盐酸岁溶液浸蚀;点状和球状珠光体+沿晶界呈断续分布的二次碳化物1Cr13钢;氯化高铁盐酸水溶液浸蚀;左图为1000淬油300回火,马氏体+白色铁素体,铁素体呈带状分布,为正常淬火组织;右为1100淬油300回火,组织为马氏体+白色铁素体,铁素体呈带状分布,马氏体十分粗大,铁素体含量增加,为过热组织30Cr13钢1000淬火+600回火;氯化高铁盐酸水溶液侵蚀;保留马氏体位向的索氏体;硬度29HRC30Cr13钢1020油淬+200回火;氯化高铁盐酸水溶液侵蚀;基体为回火及少量颗粒状未溶K;硬度52HRC 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 马氏体不锈钢的组织缺陷 淬火温度过低：碳化物不能充分溶解或组织中将存在过多大块未溶碳化物，影响钢的耐腐蚀性，使钢的硬度强度下降。 淬火温度过高：晶粒粗大，而且还会因产生大量铁素体而使钢的冲击韧性大大降低，性能变脆。 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 马氏体不锈钢的金相检验铁素体含量 铁素体对钢的韧性塑性和强度产生不利影响，应该控制不锈钢工件中铁素体含量如汽轮机叶片的M不锈钢中规定铁素体必须低于5% 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷晶粒度 马氏体不锈钢常用于较重要的机构零件，对强度韧性等机械性能有较高要求，对晶粒度要严格控制。因为该种钢材淬火回火后的组织保留M的位向，所以可以根据M的粗细来判断A晶粒的大小。 介绍采用 35g(NH4)2S2O810mlHCl+100mlH2O在6 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷10V电压下短时间电解，能得到最好的结果。 其他的金相检验即检验过热、过烧、欠热的组织。2Cr13钢调质处理;三氯化铁盐酸水溶液侵蚀;回火索氏体,少量未溶铁素体和少量碳化物颗粒.欠热组织3Cr13钢淬火280回火;三氯化铁盐酸水溶液侵蚀;粗大马氏体,为淬火过热组织 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 奥氏体不锈钢 A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，有良好的塑韧性和耐蚀性，应用很广泛，缺点是晶界腐蚀和应力腐蚀倾向大、切削加工性能差 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 奥氏体不锈钢的热处理工艺和金相组织 18-8型A不锈钢常用的热处理工艺有 消除应力处理 低温除应力处理：300350，不应超过450以免析出Cr23C6造成基体贫铬引起晶界腐蚀。主要是消除冷加工应力和焊接应力 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 高温除应力处理： 800以上加热。对于像12Cr18Ni9钢，加热后快冷以免在碳化物析出温度范围内冷却慢了，碳化物析出而造成贫铬引起晶间腐蚀。对于含TI、Nb等A不锈钢，因含有稳定碳化物元素，高温除应力处理的温度范围和稳定化处理的温度范围相同，两者可合并进行。即高温除应力处理可 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷与稳定化处理一起进行 固溶处理： 18-8型不锈钢常用的热处理工艺。目的是恢复和保证其具有可能达到的最高的抗蚀性和最好的塑性韧性延展性。固溶处理也就是使所有的碳化物完全固溶入奥氏体基体内，以获得均匀的单相组织，然后快冷到室温仍保持为单相A组织。快冷是为防止碳化物重新沉淀析出。为使碳化物 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷充分溶解，固溶温度应高于1000一般在1050 1100，但也不能太高，会促使晶粒长大，恶化加工成型性能、冲击韧性、增加晶界腐蚀倾向还会析出高温铁素体，高温铁素体会增大局部腐蚀倾向、促成相的形成。 敏化处理 经固溶处理的不锈钢，在敏化温度(碳化物最易在晶界沉淀析出的温度, 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷500850)加热，Cr将从饱和的固溶体中以碳化物的形式析出，在碳化物的周围地区形成贫铬区，从而造成A不锈钢的晶界腐蚀敏感性。这种处理叫敏化处理。这种状态叫敏化。敏化处理的目的是为了评价A不锈钢的晶界腐蚀倾向。 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 GB/T4334-2008金属和合金的腐蚀 不锈钢晶间腐蚀试验方法10%草酸溶液电解浸蚀后，在显微镜下观察被浸蚀表面的金相组织。共分七类一类 阶梯组织二类 混合组织三类 沟状组织四类 游离F组织五类 连续沟状组织六类 凹坑组织七类 凹坑组织112Cr18Ni9钢1050固溶;王水甘油溶液侵蚀;均匀等轴的A组织,晶内有孪晶12Cr18Ni9钢1050固溶+650敏化;10%草酸水溶液电解,硫酸硫酸铜腐蚀倾向试验发现沿晶腐蚀GB/T4334-2008金属和合金的腐蚀 不锈钢晶间腐蚀试验方法10%草酸溶液电解浸蚀后，在显微镜下观察被浸蚀表面的金相组织GB/T4334-2008金属和合金的腐蚀 不锈钢晶间腐蚀试验方法10%草酸溶液电解浸蚀后，在显微镜下观察被浸蚀表面的金相组织 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 稳定化处理：对于一些含Ti,Nb,Mo等极强碳化物形成元素的A不锈钢，如06Cr18Ni11Ti,由于这些元素与C的化合能力比Cr与C的化合能力强，它们与C形成稳定的碳化物而将碳固定住，从而使碳不与铬生成Cr23C6，就不会再引起晶界贫铬，起到抑制晶界腐蚀的作用。但由于钢中Cr的含量比Ti,Mo,Nb等的含量高，Ti,Mo,Nb的扩散又很慢 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷所以一般固溶处理后总会有一些Cr23C6生成.为此，需要在850900加热进行稳定化处理。在此温度范围内，Cr23C6将溶解，而TiC,NbC仍然稳定，从而使钢中不再含有Cr23C6,含铬量不会下降，晶界处不会缺铬，从而提高抗晶界腐蚀的能力。 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 消除相处理 A不锈钢在制造或使用过程中，如长时间处于500900温度范围内，则也容易析出相。含Ti,Nb,Mo等元素的A不锈钢,还会促进铁素体的生成，也会促进生成相。 可以通过固溶处理来消除相所造成的脆性增加、耐蚀性下降的不良后果。 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 A不锈钢中的相 和在F不锈钢中的相一样 相的形成 a.化学成分的影响 高铬促进形成相，同样道理，Nb,Ti,Mo,Al,Si等缩小相区扩大相区的元素会形成相，而N,C等缩小相区扩大相区的元素能抑制相的生成。 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 b.温度的影响 长时间处于500 900范围，易生成相；温度再高相将会溶解。 c.铁素体的影响 A不锈钢中如存在铁素体将促进相的形成。这是因为F中含有大量形成相所需的铬，而且铬在F中的扩散和聚集比在A中容易，因此相的晶核易在铁素体中形成并长大。 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 d.冷变形的影响 冷变形促进钢形成相的倾向增大 相对A不锈钢性能的影响 降低钢的冲击韧性和塑性、延展性，降低抗蚀性。提高硬度和强度。 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 相的防止与消除 防止：避免在形成相的温度范围内长期加热。 消除：在高于形成相的温度加热或再固溶处理一次。 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 双相不锈钢 在18-8 A不锈钢的基础上，增加扩大相的元素如Cr,Mo,Al,Si,Nb等，减少扩大相的元素如Ni,N,Mn等，当不锈钢中铁素体含量很高而接近A含量时，即为A-F双相不锈钢。 组织性能上的特点： 双相不锈钢的晶间腐蚀倾向比A不锈钢小抗应力腐蚀能力也高于A不锈钢 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 双相不锈钢比F不锈钢韧性好， 双相不锈钢比A不锈钢强度高，塑性及冷变形性比A不锈钢差。 双相不锈钢的典型钢号有022Cr22Ni5Mo3N, 022Cr25Ni7Mo4N,0Cr21Ni7Mo2.5Cu1.5, 00Cr18Ni5Mo3Si2 双相不锈钢的组织也有不同点 相 产生475脆性。固溶处理后的 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷双相不锈钢具有(+)双相组织，再经400550长期加热后，在F内回发生转变，硬度增加，韧性显著降低。相可用透射电镜薄膜技术观察 相 具有(+)双相组织的不锈钢在650950范围内加热后，在F内回发生+反应，产生相 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 相 具有(+)双相组织的不锈钢在650950范围内加热后，在F内回发生+反应，产生相 ，相与相一样也是一种无磁性的脆性相，同样显著降低钢的塑性韧性和耐蚀性。 R相 化学式为Fe2Mo或Fe24Cr1.3MoSi也是一种脆性相，降低钢的韧性和耐点蚀性。 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 Fe3Cr3Mo2Si2相 固溶后在450750中 间时效时产生在晶界上。会导致18-5双相不锈钢550650区间的沿晶脆断。有点像475脆性。双相不锈钢因为有475脆性(相,Fe3Cr3Mo2Si2相)和脆性质相,相)其工艺和使用也受到了限制。固溶后要快冷；避免一些温度范围内长时间加热，使用温度应不要超过316 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 沉淀硬化型不锈钢 根据基体的金属组织情况，即根据铬当量和镍当量之间的平衡情况，可分为 M系沉淀硬化不锈钢 半A系沉淀硬化不锈钢 A系沉淀硬化不锈钢 F系沉淀硬化不锈钢 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 沉淀硬化型不锈钢按基体组织分 M型沉淀硬化不锈钢 如05Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH) 半A型沉淀硬化不锈钢 如07Cr17Ni7Al(17-7PH) 07Cr15Ni7Mo2Al(PH15-7Mo) 沉淀硬化不锈钢的热处理包括 均匀化处理(或扩散退火) 一般只对铸 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷锻件进行。根据钢种和需要，加热至10501200使钢中各元素扩散达到均匀分布状态而后空冷也可油冷或水冷，至室温或-70以下放置数小时 完全退火(或固溶处理) 目的是使钢完全软化。加热至106515 ，为A状态，简称A处理 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷 A调节及M转变处理 A调节处理的目的是用调节A固溶体的实际成分来控制其M转变温度Ms点和Mz点。使Ms点高于室温，采用T处理：A调节处理温度760附近，冷却至室温，其组织主要为M。使Ms点低于室温，采用R处理：A调节处理温度一般在950上下或更高，冷却至室温，仍为A，所以要冷至-70保持一定时间，大 不锈钢的热处理和金相组织及缺陷部分转变为M。由冷加工变形而转变为M的状态，称为C处理。 沉淀硬化时效处理，以H表示。它是使钢强化的必须途径。时效温度一般在400500 五.不锈钢金相检验标准 不锈钢金相检验主要针对如低倍组织、非金属夹杂物、晶粒度、铁素体含量、耐蚀性能等要求。应通过金相检验等手段予以确定。 不锈钢的低倍组织及缺陷的试验方法GB/T 1220-2007不锈钢棒规定不允许有肉眼可见的缺陷如气泡GB/T 226-91规定用热酸浸蚀法、热酸浸蚀 不锈钢金相检验标准法和电腐蚀法，仲裁时以热酸浸蚀法为准以目视可见为限，允许使用不大于10倍的放大镜。 不锈钢中非金属夹杂物的评级GB/T 1220-2007中规定供需双方可协议要求检验非金属夹杂物，按GB/T 10561-2005规定取样部位、纵向取样，对A,B,C,D,DS类夹杂物评级 不锈钢金相检验标准 晶粒度检验GB/T 1220-2007中规定供需双方可协议要求检验晶粒度。按GB/T 6394-2002，针对A钢及F不锈钢，用60%硝酸水溶液室温1V1.5V低压进行电解腐蚀显示晶界。 相面积含量按GB/T 13305-2008不锈钢中相面积含量金相测定法标准进行试样选取与制备， 不锈钢金相检验标准试样检验面与纵轴重合，并推荐腐蚀剂，有评级标准以比较法评定。 如图 不锈钢金相检验标准 不锈钢金相检验标准奥氏体不锈钢中相面积含量的测定奥氏体不锈钢中相按GB/T13305-2008 不锈钢金相检验标准双相不锈钢中相按GB/T13305-2008双相不锈钢中相按GB/T13305-2008 不锈钢金相检验标准 GB 4234-2003外科植入物用不锈钢为国家强制性标准。规定了外科植入物用不锈钢的技术条件，钢号有两种00Cr18Ni14Mo3, 00Cr18Ni15Mo3N,涉及到的金相检验要求包括 非金属夹杂物 纵向取样,按GB/T10561中ASTM评级图评定,钢材中的A,B,C,D四类夹杂物细系均不超过1.5级粗系均不超过1.0级 不锈钢金相检验标准 晶粒度 在最终固溶处理后的最终冷加工变形后要横向取样,检验A晶粒度,应不粗于4级 游离F 在固溶处理后的钢材上切取试样并在放大100倍的情况下，对试样横截面和纵截面进行铁素体检验，不得有残余铁素体存在。 不锈钢金相检验标准 F-A双相不锈钢中脆性相的析出的检验 ASTM A923标准中规定了22Cr型双相不锈钢的试验方法。但有研究表明该试验方法也适用于其它不锈钢中脆性相的析出的检验。标准中规定三种试验方法即金相法、冲击功法和失重法。 金相法是在氢氧化钠腐蚀试验后在金相 不锈钢金相检验标准显微镜下400倍或500倍观察腐蚀结构是否可接受，分不受影响的结构、可能受影响的结构、受影响的结构及中心线结构几种 失重法是在氯化铁腐蚀试验后得出1Cr13钢1000淬油680回火;氯化高铁盐酸水溶液侵蚀;保留M位向的回火索氏体和带状铁素体,正常调质组织. 铁素体带分布不均匀,铁素体带中黑色链状为硫化物夹杂1Cr13钢1100淬油680回火;氯化高铁盐酸水溶液侵蚀;保留M位向的回火索氏体和带状分布的铁素体,组织粗大,为淬火过热的调质组织3Cr13钢1000淬油280回火;氯化高铁盐酸水溶液侵蚀;粗大的马氏体,为淬火过热组织3Cr13锻后空冷;氯化高铁盐酸水溶液侵蚀;马氏体残余奥氏体极少量粒状碳化物及沿晶界分布有共析体1Cr18Ni9Ti固溶处理;硝酸盐酸苦味酸重铬酸钾酒精混合液侵蚀;晶粒较粗大的孪晶奥氏体1Cr18Ni9Ti固溶处理;王水侵蚀;基体孪晶奥氏体及少量铁素体,其上有成堆分布的灰色方块形TiN夹杂物00Cr25Ni6Mo2N(双相不锈钢)10501100固溶处理;铁氰化钾氢氧化钾水溶液侵蚀;灰色铁素体和白色奥氏体,铁素体约占55% 第二节 耐热钢的金相检验 一.概述 耐热钢的使用温度一般在400650，广泛使用在动力机械、石油化工、航空工业、电力设备，如锅炉、汽轮机、柴油机、航空发动机等。要求有高的热强性和抗氧化性、抗高温蠕变能力。这些都靠向钢中添加Cr,Ni,Si,Nb,W,V,Ti等合金元素来达到。 耐热钢的金相检验 根据加入的合金元素的种类和含量多少可分别得到： F 耐热钢 P+F 耐热钢 M 耐热钢 A 耐热钢 耐热钢的金相检验 二.耐热钢的金相检验 金相试样的制备 耐热钢金相试样的制样、磨抛、侵蚀和一般的合金钢基本相同，A耐热钢制样方法和A不锈钢相似，由于基体软，应注意防止机械滑移造成假象。抛光尽量采用电解抛光。 耐热钢的金相检验 铁素体耐热钢 主要合金元素为扩大相区的元素如Cr，其含量为12%28%，再加少量的Al,Ti,Si等，典型钢号06Cr13Al,10Cr17,16Cr25N等，这类钢冷却后得单相的铁素体组织。具有高的抗氧化性能。用作喷嘴、燃烧室等。 耐热钢的金相检验 珠光体+铁素体耐热钢 合金元素含量不超过5%7%，属低合金钢。合金元素组成有Cr-Mo,Cr-Mo-V,Cr-Mo-W-V。主要钢号有15CrMo,12CrMoV,12Cr1MoV, 17CrMo1V,12Cr2MoVB等。典型的热处理工艺为正火+高温回火。热处理后的组织为F+P或B。广泛用于工作温度为350670锅炉管、主蒸汽 耐热钢的金相检验管、高温紧固螺栓、叶轮等。 如长期在高温条件下工作，金相组织将发生变化，应进行安全评估，金相检查这些变化，发现老化要及时更换以免发生事故。 耐热钢的金相检验 马氏体耐热钢 主要钢号有15Cr12WMoV,42Cr9Si2,40Cr10Si2Mo,22Cr12NiMoWV等。在含Cr量12%的基础上开发的，淬透性好，在高温奥氏体状态空冷即可得到马氏体组织。这类钢的热处理工艺为淬火+高温回火，热处理后的组织为回火索氏体。 这类钢中使用最广泛的是40Cr10Si2Mo 耐热钢的金相检验气阀用钢。其含有较多的Cr,Si元素，所以抗氧化和耐燃气腐蚀性能良好。该钢退火组织为F+均匀分布的细颗粒K。淬火加热1020油淬得M+少量粒状K，700回火的显微组织为回火索氏体。 耐热钢的金相检验 奥氏体耐热钢 主要钢号有022Cr19Ni10,07Cr18Ni11Ti,含有大量的奥氏体稳定化元素如Ni,Mn,N等以及Cr,Mo,W等合金元素，所以可以在室温得到稳定的奥氏体组织，具有良好的抗氧化性、耐腐蚀性、热强性和热稳定性，工作温度可高至600以上。 热处理常用固溶处理+时效处理。 耐热钢的金相检验如1150 1175固溶处理空冷，再在750780时效处理3h，显微组织为A+K。如K沿晶界分布，会降低钢的性能。 耐热钢的金相检验标准 电力建设金相检验导则中规定了12Cr1MoV钢球化级别标准，15CrMo钢珠光体球化参考级别，碳钢石墨化金相标准评级 耐热钢的金相检验图。标准中规定了球化名称，球化级别和相应的力学性能，并附有对应金相照片。对长期使用的电力设施构件进行金相检查，监察段金相组织应符合火力发电厂金属技术监督规程的要求。 附12Cr1MoV钢球化级别标准(草案)球化级别 名称强度Kgf/mm2 组 织 特 征 1未球化56聚集形态的P,其中K并非全为片状,存在灰色的块状区域,晶粒度67级2轻度球化52 56聚集形态的P区域已开始分散,但其组成还是十分密集的,P仍保持原有区域形态,晶粒度45级3中度球化49 52P区域内K已显著分散,但仍保持原有区域形态, P内K已全部成小球状,晶粒度67级4完全球化45 49大部分K球已分布于F晶界上,仅有极少量的P区域D的痕迹,晶粒度67级5聚集式球化45P区域形态完全消失,K小球在F晶界上分布,出现了大量的”双重晶界”现象,晶粒度67级12Cr1MoV钢球化评级碳钢石墨化金相标准评级图级别石墨含量石墨链长度 组 织 特 征 12以下20以下石墨球小,间距大,石墨链短,为不明显石墨化 2262030石墨球较大,比较分散,石墨链稍长,为明显石墨化 39143060石墨球成链,石墨链较长,具有连续性,为严重石墨化 4172660以上石墨聚集成链状和块状,石墨链长,具有连续性,为非常严重石墨化碳钢石墨化评级左为1级，右为3级