不锈钢中铁素体的作用

铁 素 体 在 奥 氏 体 不 锈 钢 中 的 作 用吕 秀 乾 概 述作 用 与 控 制测 量 方 法 主 要 内 容磁 性 法金 相 法化 学 分 析 法 不 锈 钢v定 义 ： 不 锈 钢 是 指 在 空 气 、 水 、 酸 、 碱 等 腐 蚀 介 质 中 具 有高 的 化 学 稳 定 性 的 钢 。v性 能 ： 较 高 耐 腐 蚀 性 、 良 好 力 学 性 能 和 工 艺 性 能 。v分 类 ： 组 织 结 构 、 化 学 成 分 、 用 途 、 功 能 等 。 按 钢 的 组 织 结 构 分 类 ： 如 奥 氏 体 不 锈 钢 、 马 氏 体 不 锈 钢 、铁 素 体 不 锈 钢 、 双 相 不 锈 钢 等 。 按 钢 中 主 要 化 学 元 素 分 类 ： 如 铬 不 锈 钢 ， 铬 镍 不 锈 钢 、铬 镍 钼 不 锈 钢 、 超 低 碳 不 锈 钢 等 。 按 钢 的 性 能 特 点 和 用 途 分 类 ： 如 高 强 度 不 锈 钢 、 耐 应 力腐 蚀 不 锈 钢 ； 耐 硝 酸 不 锈 钢 等 。 按 钢 的 功 能 特 点 分 类 ： 如 低 温 不 锈 钢 、 易 切 削 不 锈 钢 等 不 锈 钢 在 实 际 应 用 中 ， 常 按 组 织 结 构 和 化 学 元 素 两 者 结 合的 分 类 方 法 。 1、 奥 氏 体 不 锈 钢 2、 铁 素 体 不 锈 钢 3、 奥 氏 体 -铁 素 体 双 相 不 锈 钢 4、 马 氏 体 不 锈 钢 5、 沉 淀 硬 化 型 不 锈 钢 术 语 解 释v奥 氏 体 ： C溶 解 在 铁 形 成 的 间 隙 固 溶 体 ， 具 有面 心 立 方 晶 体 结 构 ， 没 有 磁 性 。v铁 素 体 分 为 铁 素 体 和 铁 素 体 。 铁 素 体 ： C溶 解 在 铁 形 成 的 间 隙 固 溶 体 . 铁 素 体 ： C溶 解 在 铁 形 成 的 间 隙 固 溶 体 。 铁 素 体 具 有 体 心 立 方 晶 体 结 构 ， 有 磁 性 .v马 氏 体 ： C溶 解 在 铁 形 成 的 过 饱 和 间 隙 固 溶 体 。马 氏 体 具 有 磁 性 。 GB/T20878-2007 不 锈 钢 耐 热 钢 牌 号 及 化 学 成 分 v八 角 垫 S30403、 连 接 法 兰 S32168v凸 台 堆 焊 E347v焊 评 12Cr2Mo1R+堆 焊 316Lv法 兰 盖 连 接 法 兰 （ 0Cr18Ni9Ti）v容 器 内 壁 双 层 堆 焊 ： E309L+E347 不 同 牌 号 对 照v 铁 素 体 作 用 与 控 制v奥 氏 体 不 锈 钢 焊 缝 中 铁 素 体 起 着 极 其 重 要 的 作 用 。奥 氏 体 不 锈 钢 焊 缝 中 常 常 需 要 形 成 一 定 数 量 相 铁 素 体 （ 3FN 10FN）v优 点 ： 1、 防 止 热 裂 纹 。 铁 素 体 是 对 S、 P、 Si 和 Nb 等 元 素 溶 解 度 较 大 ， 能 防 止 这 些 元 素 的 偏 析 和 形成 低 熔 点 共 晶 ， 从 而 阻 止 凝 固 裂 纹 产 生 。 2、 提 高 焊 接 接 头 的 耐 腐 蚀 性 能 （ 晶 间 腐 蚀 和 应 力腐 蚀 ） 。v 缺 点 ：1、 铁 素 体 含 量 过 高 ， 将 造 成 堆 焊 层 材 料 脆 化 ， 降低 材 料 的 韧 性 ， 容 易 产 生 裂 纹 等 缺 陷 ， 造 成 脆性 破 坏 .2、 过 高 铁 素 体 将 造 成 奥 氏 体 抗 腐 蚀 性 能 下 降 。 铁素 体 与 奥 氏 体 的 电 极 电 位 不 同 ， 铁 素 体 数 量 超过 某 一 限 度 后 ， 会 使 点 蚀 倾 向 正 大 。 晶 界 腐 蚀 原 因v在 550 900 区 间 ， 易 使 E-347堆 焊 层 中 的 铁素 体 发 生 的 转 变 ， Cr Mn Ni的 存 在 将 使形 成 相 的 倾 向 增 大 ， 相 的 形 成 会 造 成 奥 氏 体贫 Cr， 因 而 使 金 属 脆 化 和 抗 腐 蚀 性 能 下 降 。 另 外 ，母 材 中 的 碳 通 过 熔 合 线 向 不 锈 钢 堆 焊 层 金 属 迁 移及 形 成 马 氏 体 区 ， 从 而 形 成 堆 焊 层 的 脆 化 。 如 何 控 制 手 工 电 弧 焊 焊 接 过 程 中 铁 素 体 含 量1、 熔 敷 金 属 中 铁 素 体 含 量 随 着 电 弧 电 压 的 升 高（ 拉 长 电 弧 ） 而 急 剧 下 降 。 焊 接 电 压 是 影 响 铁 素体 含 量 的 主 要 因 素 。 （ N和 Cr的 影 响 ）2、 熔 敷 金 属 中 铁 素 体 含 量 随 着 焊 接 电 流 的 提 高 而降 低 。3、 熔 敷 金 属 中 铁 素 体 含 量 随 着 冷 却 速 度 的 加 快 而有 所 提 高 ， 随 着 层 间 温 度 的 升 高 而 有 所 降 低 。4、 焊 接 角 度 对 熔 敷 金 属 中 铁 素 体 含 量 有 一 定 影 响 。 1808热 高 压 分 离 器 和 1800柴 油 加 氢v1808热 高 压 分 离 器 容 器 内 壁 耐 腐 层 堆 焊 前 应 作焊 评 ， 焊 评 试 板 在 热 处 理 前 ， 应 分 别 采 用 磁 性 法和 化 学 分 析 法 （ WRC-1992)测 铁 素 体 数 ， 两种 方 法 测 铁 素 体 数 应 有 较 好 的 一 致 性 。 如 果 铁 素体 含 量 达 到 10FN， 应 在 最 终 焊 后 热 处 理 后 用 金相 法 检 测 ， 无 连 续 的 铁 素 体 网 状 组 织 存 在 事 才 认为 合 格 。v1800柴 油 加 氢 应 按 化 学 分 析 法 （ WRC-1992) 磁 性 法v磁 性 法 ： 利 用 不 锈 钢 中 铁 素 体 含 量 与 铁 磁 性 成 正比 的 关 系 ， 采 用 专 门 的 磁 性 测 量 仪 直 接 测 量 。 德 国 菲 希 尔 FMP30铁 素 体 测 量 仪 技 术 规 格 工 作 原 理 FERITSCOPE FMP30 依 据 磁 感 应 方 法 进 行测 量 。 线 圈 产 生 的 磁 场 区 域 与 工 件 内 的 磁 性 部 件相 互 作 用 ， 磁 场 区 域 的 变 化 第 二 个 线 圈 内 产 生 感生 电 压 ， 该 电 压 与 铁 素 体 含 量 成 比 例 关 系 ， 然 后评 估 该 电 压 。 所 有 的 磁 性 部 件 ， 也 就 是 说 ， 除 了铁 素 体 ， 还 包 括 其 转 化 形 式 马 氏 体 都 能 被 识 别 。 注 意 的 问 题1、 现 场 检 测 铁 素 体 前 ， 需 按 照 说 明 书 对 铁 素 体 测定 仪 进 行 校 准 。 2、 测 量 前 被 测 物 表 面 必 须 干 净 ， 无 液 渍 、 油 渍 、腐 蚀 性 溶 液 等 ， 仪 器 使 用 温 度 为 5 45 。3、 在 测 量 过 程 中 ， 仪 器 的 探 头 应 垂 直 轻 触 待 测 物表 面 ， 避 免 用 力 撞 击 ， 严 禁 探 头 在 被 测 面 上 拖动 。 两 次 测 量 之 间 ， 探 头 必 须 离 开 被 测 面 50 mm以 上 ， 以 保 证 测 量 准 确 。4、 测 量 时 应 保 证 排 除 仪 器 附 近 强 磁 性 物 质 对 测 量结 果 的 影 响 ， 磁 性 物 质 距 离 侧 头 在 18mm以 外 。 标 准vGB/T 1954-2008 铬 镍 奥 氏 体 不 锈 钢 焊 缝 铁 素 体含 量 测 量 方 法 1、 本 标 准 适 用 于 奥 氏 体 型 、 奥 氏 体 -铁 素 体 型 铬镍 不 锈 钢 焊 缝 金 属 。 2、 本 标 准 规 定 的 磁 性 法 不 适 用 奥 氏 体 不 锈 钢 铸件 和 锻 件 。 铁 素 体 （ ） ： 直 接 由 液 态 金 属 凝 固 结 晶 而 形成 的 高 温 铁 素 体 ， 并 被 保 留 到 室 温 。 铁 素 体 数 （ FN） ： 人 为 选 定 用 来 表 示 A不 锈 钢 、F-A不 锈 钢 焊 缝 金 属 铁 素 体 含 量 的 标 准 化 数 值 。 v磁 性 法 以 铁 素 体 数 （ FN） 表 示 A不 锈 钢 和 A-F不锈 钢 焊 缝 中 铁 素 体 含 量 。1、 焊 条 电 弧 焊 熔 敷 金 属 的 测 量 。2、 其 它 熔 敷 金 属 试 样 测 量 。3、 产 品 焊 缝 的 测 量 。 产 品 焊 缝 和 堆 焊 金 属 可 直 接在 产 品 焊 缝 和 堆 焊 层 上 测 量 。 测 量 部 位 1、 在 待 测 表 面 沿 焊 道 长 度 方 向 不 同 的 位 置 至 少测 量 六 个 读 数 。 测 量 过 程 中 不 应 有 振 动 ， 测 头 应接 触 测 试 面 并 保 持 垂 直 。 FN 20的 堆 焊 层 ， 每 个测 量 位 置 取 五 个 读 数 的 平 均 值 作 为 测 量 结 果 。 FN20每 个 测 量 位 置 取 五 个 读 数 中 的 最 大 值 作 为测 量 结 果 。 至 少 6个 测 量 位 置 的 平 均 值 作 为 试 样的 测 量 结 果 。 2、 产 品 焊 缝 和 堆 焊 金 属 ， 测 量 部 位 按 技 术 条 件 ，在 选 定 的 部 位 上 每 隔 5mm 10mm取 一 个 测 量 点 ，测 量 按 1进 行 。 v3、 对 于 长 焊 缝 和 大 面 积 堆 焊 ， 应 按 一 定 比 例 抽 测 ，抽 测 部 位 应 具 有 代 表 性 ， 测 量 点 应 均 匀 分 布 。v4、 测 量 过 程 中 发 现 铁 素 体 分 布 不 均 匀 ， 应 在 测 量结 果 中 分 别 给 出 平 均 值 、 最 高 值 、 和 最 低 值 及 其 部位 。v5、 测 量 过 渡 层 时 ， 应 以 其 最 外 层 两 焊 道 搭 接 区 作为 测 量 部 位 。v测 量 仪 及 自 带 标 准 块 应 定 期 用 马 格 尼 仪 或 二 级 标 样校 准 。 仪 器 使 用 前 ， 应 先 使 用 标 准 块 校 准 。 金 相 法v在 金 相 显 微 镜 下 观 察 铁 素 体 在 奥 氏 体 中 的 分 布 情况 和 所 占 体 积 的 比 例 。 通 常 用 铁 素 体 百 分 比 (%)v金 相 法 制 备 试 样 后 ， 采 用 金 相 割 线 法 和 金 相 标 样图 谱 来 测 量 铁 素 体 体 积 百 分 比 。v一 般 取 三 个 金 相 试 样 ， 每 个 试 样 测 10个 有 代 表 性视 场 ， 取 平 均 值 作 为 该 试 样 测 量 结 果 ， 再 以 三 个试 样 测 量 结 果 平 均 值 作 为 最 后 测 量 结 果 。v测 量 过 程 中 发 现 铁 素 体 不 均 匀 ， 在 测 量 结 果 中 给出 平 均 含 量 、 最 高 含 量 和 最 低 含 量 并 加 以 说 明 。 v金 相 标 样 图 谱 属 于 近 似 的 或 半 定 量 的 金 相 方 法 ，只 能 给 出 铁 素 体 含 量 大 致 范 围 。 另 外 ， 其 试 样 制备 、 取 样 部 位 、 数 量 、 评 定 结 果 与 割 线 法 有 关 规定 相 同 。 化 学 分 析 法v根 据 材 料 的 化 学 成 分 ， 按 照 计 算 公 式 分 别 算 出 铬当 量 和 镍 当 量 ， 然 后 根 据 图 谱 找 到 铁 素 体 含 量 值 。v目 前 不 锈 钢 组 织 图 有 谢 夫 尔 图 （ 舍 夫 勒 图 ） 、 德龙 图 和 1992版 WRC曲 线 图 。 这 个 方 法 的 难 点 是 需 要准 确 地 测 定 待 测 件 的 化 学 成 分 。 采 用 何 种 图 和 相应 的 计 算 公 式 来 确 定 Cr当 量 和 Ni当 量 是 该 法 的 关键 。 铬当量和镍当量 铁素体形成元素：Cr、Mo、Si、Ti、Nb等； 奥氏体形成元素：C、N、Ni、Mn、Cu等。 铬当量Cr = Cr + 1.5Mo + 2.0Si + 1.5Ti +1.75Nb + 5.5Al + 5V+ 0.75W 镍当量Ni = Ni +Co+ 0.5Mn + 30C+25N+0.3Cu 铬当量和镍当量的综合作用结果决定不锈钢的组织 组织状态图。 谢 夫 尔 图 德 龙 图 1992版 WRC曲 线 图 三 种 图 比 较v三 种 图 使 用 于 不 锈 钢 的 铸 件 、 锻 件 或 变 形 件 、 也 适 用 于焊 缝 组 织 评 定 ， 但 精 确 度 不 同 。v谢 夫 尔 图 没 有 考 虑 N元 素 的 影 响 ， 主 要 适 用 于 阀 门 主 体（ 铸 锻 件 ） 材 料 铁 素 体 含 量 的 评 定 ， 也 适 用 于 1、 2、 3级 核 安 全 设 备 中 的 承 压 铸 件 （ RCCM M1000)v德 龙 图 适 用 于 含 氮 或 者 控 氮 不 锈 钢 及 气 体 保 护 焊 的 焊 接组 织 。vWRC(1992)以 铁 素 体 序 数 （ FN)表 示 铁 素 体 含 量 ， 该图 已 经 把 FN扩 大 到 100FN， 主 要 适 用 于 双 相 不 锈 钢（ 铁 素 体 和 奥 氏 体 各 占 50%左 右 ）v三 种 图 计 算 出 来 的 都 是 铁 素 体 含 量 的 近 视 值 。 三 种 方 法 的 比 较v常 规 金 相 方 法 ， 很 费 时 间 ， 成 本 相 当 高 、 测 量 误差 也 较 大 。v磁 性 法 操 作 简 单 、 速 度 快 ， 精 确 度 高 。v化 学 分 析 法 需 要 准 确 地 测 定 待 测 件 的 化 学 成 分 ，且 误 差 也 较 大 。