不锈钢通常是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液或其他腐蚀介质中具有良好的化学稳定性的高合金钢。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腐蚀性、氧化性能、通常还具有优异的力学性能(如强度、韧性)、物理性能(磁性能、弹性)和工艺性能(铸造、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。本文将分别介绍这五类不锈钢的低倍组织、非金属夹杂物、晶粒度、耐腐蚀性能等金相。
1 不锈钢的分类及金相组织
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,但冷加工使其轻微强化的不锈钢。含Cr:11~30%,尚可含少量的Mo、Nb、Ti,基本上不含Ni,强度较高,耐氯化物应力腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等性能优良,但对晶界腐蚀敏感,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:铁素体及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。
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性能的不锈钢。马氏体不锈钢在高温状态的组织为奥氏体,经过淬火后,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性能;切削加工性能较好,焊接性能差。
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,06Cr19Ni10,304,316等有良好的塑性、韧性和耐蚀性,应用很广泛
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。国家标准中对其金相含量的方法有GB/T 13305-2008《不锈钢中α-相面积含量金相测定法》。
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,终沉淀析出马氏体组织;有很高的强度;耐均匀腐蚀能力优于马氏体型钢;成型和焊接性能良好。典型的钢种有05Cr17Ni4Cu4Nb、07Cr17Ni7Al、05Cr15Ni7Mo2Al等。
2不锈钢的金相
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,然后在流水中用刷子洗刷干净表面的腐蚀产物。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》标准进行。另外标准GB/T1220-2007《不锈钢棒》中规定,钢棒的横截面酸浸低倍或断口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,其一般疏松、中心疏松、偏析均不得**过二级;对普通钢棒,其上述级别均不得**过三级。
2.2 不锈钢中的非金属夹杂物的评级
可按照GB/T 10561-2005[5]《钢中非金属夹杂物含量的测定方法》进行取样,经研磨、抛光后观察整个抛光面的情况,取严重视场进行夹杂物评级。在标准GB/T 10561-2005中介绍了五类夹杂物,A类(硫化物),B类(氧化铝),C类(硅酸盐),D类(球状氧化物),DS类(单颗粒球状类)。
2.3 奥氏体钢的晶粒度
试样经研磨、抛光及腐蚀后,按照GB/T 6394-2002《金属平均晶粒度测定方法》 采用比较法,面积法,截距法进行晶粒度评级。
2.4 不锈钢的耐腐蚀性能
可按照GB/T4334-2008[7]《金属和合金的腐蚀 不锈钢晶间腐蚀试验方法》进行试验和评级。
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