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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2009-5-6,*,不锈钢与耐热钢的金相检验,杨力,2009-5-6,2008-5-14,Senior Engineer YangLi,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,按制造工艺分类,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。,2009-5-6,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,2009-5-6,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。,高纯铁素体不锈钢、超低碳奥氏体不锈钢等新钢种。,2009-5-6,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。,2009-5-6,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。,2009-5-6,二、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,2009-5-6,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,2009-5-6,2009-5-6,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。,2009-5-6,元素,作用,C,稳定,A,元素，强化,M,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蚀。,Cr,F,形成元素，提高基体金属的电极电位，易与,C,生成,M,7,C,3,、M,23,C,6，,钝化能力很强，形成,Cr,2,O,3,。,Ni,稳定,A,元素，提高基体金属的电极电位，减少,铁素体的含量,Mn,与,Ni,作用相似，稳定,A,元素，减少,铁素体的含量，可以代替,Ni。,Ti,、Nb,F,形成元素，强化铁素体，优先于,Cr,与,C,结合生成,TiC、NbC,，防止晶间腐蚀。易导致少量,铁素体的出现。,Al,、Si,F,形成元素，强化铁素体，和,O,结合生成致密的,Al,2,O,3,、SiO,2,氧化膜，过量降低钢的塑性。,Mo,F,形成元素，强化铁素体，提高耐腐蚀性能。,2009-5-6,Fe-Ni、Fe-Cr二元合金相图,2009-5-6,2009-5-6,18Cr-8Ni,不锈钢中,C,在,相中极限溶解度与温度的关系,2009-5-6,高温快冷形成的固溶有过饱和碳的奥氏体固溶体，当在400850温度下加热时，会析出碳化物沉淀相。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。,2009-5-6,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。,2009-5-6,Schaeffler组织图,Cr,eq,=Cr%+Mo%+1.5Si%+0.5Nb%,Ni,eq,=Ni%+30C%+0.5Mn%,2009-5-6,WRC-92,组织图,2009-5-6,三 、不锈钢中的组织和相,铁素体,奥氏体,马氏体,铁素体,相,碳化物相,（,K,相）,2009-5-6,铁素体,相是在高温区域形成的相，一般称为,铁素体或高温铁素体。,以区别于低温,铁素体。,铁素体是体心立方晶格，但晶格常数与,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。,2009-5-6,铁素体,1Crl3钢1100淬油,300,回火组织 铸态1Cr18Ni9Ti,2009-5-6,测定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,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,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。,2009-5-6,相,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，在室温下有磁性，硬而脆（,68HRC,）,相一般在,500900,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,铁素体的存在均会促进,相的析出。,2009-5-6,相形成的条件,2009-5-6,1Crl8Ni9Ti,锻后缓冷后析后析出,相,用20g铁氰化钾、20g氢氧化钾，100ml水溶液，1.5V，电解,2009-5-6,相的危害,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。,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。,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。,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,相的危害性较大，应尽力避免该相的出现。,2009-5-6,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、M,6,C、M,23,C,6,、M,7,C,3,几种类型，它与钢中的含碳量与合金元素有关。,2009-5-6,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,）,23,C,6,碳化物的形成，提高不锈钢的抗腐蚀性能。,2009-5-6,MC,6,型碳化物,是一种二元碳化物，具有面心立方结构，一般在含铬量高，并且有钨、钼时，才会形成该类碳化物，以颗粒状析出于晶界，与,M,23,C,6,型一起，起着强化晶界和提高持久寿命的作用。,2009-5-6,M,23,C,6,、,M,7,C,3,碳化物,M,23,C,6,、,M,7,C,3,型碳化物是一种富铬的碳化物，,M,23,C,6,碳化物具有面心立方结构，,M,7,C,3,碳化物是三角晶系。这种碳化物大多存在含铬量高的钢中。,2009-5-6,以,Cr13,钢为例，碳化物的形成过程,首先形成的（,Cr,、,Fe,）,3,C,碳化物中的铬含量的质量分数超过平衡值,18%,时，开始形成（,Cr,、,Fe,）,7,C,3,碳化物，当（,Cr,、,Fe,）,7,C,3,碳化物中铬饱和时，（,Cr,、,Fe,）,23,C,6,碳化物才形成。,2009-5-6,四、不锈钢的分类、牌号、特点,铁素体不锈钢,马氏体不锈钢,奥氏体不锈钢,双相不锈钢,沉淀硬化不锈钢,2009-5-6,1、铁素体不锈钢,2009-5-6,2008-5-14,Senior Engineer YangLi,1.1、成分、牌号、特点,成分：含,Cr：11%30%，,尚可含少量的,Mo、Nb、Ti，,基本上不含,Ni。Cr17,型和,Cr25,型,常用牌号：0,6Cr13Al、10Cr17、 10Cr17Mo、 008Cr27Mo、 008Cr30Mo2,等,特点：,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。,加热不发生相变,；有强磁；冷加工成型和焊接工艺较差；,具有三种脆性倾向：,475、相析出脆、高温脆性,2009-5-6,475脆性,铁素体不锈钢在400550温度范围内长时间加热会显著降低钢的耐蚀性，并出现脆化，即所谓475脆性。研究表明，这是富铬铁素体内相变的结果。,2009-5-6,相的析出,铁素体不锈钢在500900温度范围内长时间加热，则会因为析出相而降低钢的塑性和韧性。,可以通过金相检验、冲击功降低、腐蚀性能恶化予以评价。,2009-5-6,高温脆性,在900以上加热时，伴随着晶粒粗化而带来脆性，即高温脆性，经深冲、弯曲等冷加工后，容易产生粗糙表面和裂纹，耐晶间腐蚀性严重下降。,2009-5-6,1.2 热处理及金相组织,退火组织：铁素体+,M,7,C,3,（,或,M,23,C,6,）,过热：,M+F,长期时效（,500900 ） ,相析出,950 ,以上加热淬火 高温脆性，无法消除。,2009-5-6,900,保温并空冷后的显微组织为,铁素体及沿轧制方向分布的碳化物，,2009-5-6,2 马氏体不锈钢,2009-5-6,2008-5-14,Senior Engineer YangLi,2.1 成分、牌号、特点,成分：含,Cr1214%，,含,C：0.10.4%，Cr13,型。,常用牌号：1,2Cr13、20Cr13、30Cr13、40Cr13,等,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。,2009-5-6,2.2 热处理及金相组织,马氏体型不锈钢的热处理：淬火，淬火回火，退火。,退火或高温回火 ：铁素体+,M,23,C,6,淬火： 马氏体+少量,铁素体,淬火+高温回火：保留马氏体位向索氏体,过热：晶粒粗大，大量,铁素体形成,欠热：未溶解碳化物存在,淬火+低温回火 ：回火马氏体,2009-5-6,退火组织,为,3Crl3,钢原材料退火状态，用氯化高铁盐酸水溶液侵蚀， 组织为点状和球状珠光体及沿晶界呈断续分布的二次碳化物。,2009-5-6,回火组织,4 Cr13,钢,200250,低温回火，回火马氏体及细颗粒碳化物。,马氏体不锈钢有回火脆性，所以回火时冷却速度和回火温度必须选择适当。,2009-5-6,铸造马氏体不锈钢,代表性牌号为,ZG06Cr13Ni4Mo,，相当于国际上通用的,CA-6NM,。,这种铸钢经正火加一次回火或两次回火处理后，有非常好的强韧性配合，且工艺（焊接）性能优异，广泛使用于水电站过流部件，水泵，压缩机等机械。与普通马氏体不锈钢相比，此钢种降低了碳的含量，加入了适量的钼，因而经调质处理后，其组织为单一的低碳板条状马氏体，,2009-5-6,ZG06Cr13Ni4Mo显微组织形貌,2009-5-6,3,奥氏体型不锈钢,2009-5-6,2008-5-14,Senior Engineer YangLi,3.1、成分、牌号、特点,成分：含,Cr：16%25%，,含,Ni：7520%，,基本成分18%,Cr，8%Ni，,通常称为18-8型不锈钢。,常用牌号：304,（18,Cr-8Ni）,、321,（18,Cr-9Ni-Ti）,、347,（18,Cr-9Ni-Nb）,316,（18Cr-12Ni-2.5Mo）,等,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和焊接性能；晶界腐蚀和应力腐蚀倾向大，切削加工较困难。,2009-5-6,不锈钢的常用热处理工艺,消除应力处理,固溶处理,敏化处理,稳定化处理,消除相处理,2009-5-6,3.2、热处理及金相组织,固溶处理：10501100， 组织：奥氏体,过热：晶粒长大，,铁素体形成。,敏化：500850，组织：晶界析出,M,23,C,6，,晶界贫铬,稳定化：,850900，组织：,A+MC（TiC、NbC）,抑制晶间腐蚀,消除应力：低温处理：300350，高温处理800以上；,消除,相：通过820以上的加热或固溶处理消除,2009-5-6,铸造奥氏体不锈钢,在铸态条件下为奥氏体加铁素体及少量沿晶界分布的碳化物。经固溶处理后为奥氏体加少量铁素体。我国国家标准中尚未规定铸造奥氏体不锈钢中铁素体含量的测定方法。可以参考美国标准ASTM 800中提出的图表法，来测算铁素体的含量。反过来，也可以据此来为控制和调整铸钢件的化学成分,2009-5-6,ASTM 800 中图表法,图中的横坐标为铁素体的体积含量，纵坐标为合金的铬当量与镍当量的比值，自左到右三条曲线分别代表了,1.04Cre/0.96Nie,，,Cre/Nie,，,0.96Cre/1.04Nie,，对应于中间值以及正负一个标准差时的下限和上限范围。,铬当量与镍当量的计算公式分别为：,Cre=Cr(%) +1.5Si(%) +1.4Mo(%) +Nb(%) 4.99,Nie=Ni(%) +30C(%) +0.5Mn(%) +26(N-0.02%) +2.77,2009-5-6,4 奥氏体-铁素体双相钢,2009-5-6,2008-5-14,Senior Engineer YangLi,4.1 成分、牌号、特点,成分：在铬镍系不锈钢基础上增加铁素体形成元素（Cr、Mo）减少奥氏体形成元素（Ni、Mn）,当不锈钢中铁素体含量很高而接近奥氏体含量时，称为奥氏体铁素体双相不锈钢。,2009-5-6,双相不锈钢的特点,双相组织,有磁性,比奥氏体钢强度高，耐腐蚀性好，热加工成型好，焊接性能好，仍具有铁素体钢的某些脆性。,2009-5-6,双相不锈钢的特点,双相不锈钢的晶间腐蚀倾向比奥氏体小，这是由于此类钢在敏化温度范围（,500900,）加热，,Cr,23,C,6,未在奥氏体晶界析出，而先在,铁素体内析出，晶界不致于造成严重的贫铬现象。双相不锈钢的抗应力腐蚀能力也高于奥氏体，由于两相都有足够的的合金化，在许多介质中能达到钝化状态，故有较好的耐蚀性能。,2009-5-6,双相不锈钢比铁素体不锈钢韧性好，比奥氏体钢的强度高，但塑性及冷变形性较奥氏体钢差，轧制后其组织沿轧制方向呈带状分布，使力学性能有较大的各向异性。,2009-5-6,形变双相不锈钢,典型钢种有022Cr22Ni5Mo3N，022Cr25Ni7Mo4N 等。国家标准中其金相检验的方法有GB/T 6401-1986铁素体奥氏体型双相不锈钢中-相面积含量金相测定法。但对材料中脆性相的析出的检验尚没有规定，可以参考ASTM A923标准来进行。,2009-5-6,铸造双相不锈钢,典型钢种有CD-4MCuN等。 这类钢一般在固溶处理状态使用，其金相组织是：在铁素体基体上分布有小岛状的奥氏体，铁素体的体积分数约占5065%。,2009-5-6,铁氰化钾、氢氧化钾水溶液侵蚀， 组织为白色的奥氏体和灰黑色(实为棕色)的铁素体，铁素体的体积分数约占50。,2009-5-6,5、沉淀硬化不锈钢,2009-5-6,2008-5-14,Senior Engineer YangLi,5.1 牌号、特点,通过热处理的手段使钢中的碳化物沉淀析出，从而达到提高强度目的。,沉淀硬化不锈钢处理工艺：固溶处理、调整处理、时效处理,常用牌号：0,5Cr17Ni4CuNb、07Cr17Ni7Al,特点：固溶后为马氏体或半奥氏体组织，最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；加工成型和焊接性能良好。,用途：航空工业,2009-5-6,17-4PH(05Crl7Ni4Cu4Nb）,)锻造后经1 0501h固溶，1 0501h淬火，5101h时效,组织为回火马氏体和小块状铁素体，以及弥散状析出物，组织均匀。,2009-5-6,四、组织与相的鉴别方法,A,与F,：A,有孪晶组织，F呈带状或枝晶分布,赤血盐氢氧化钾溶液。,F,玫瑰色、,A,光亮色,热染法（500）,F,亮黄色、,A,浅兰色,氢氧化钾水溶液（电解）,F,灰色、,A,白色,2009-5-6,碳化物与相,碱性高锰酸钾：浅侵蚀碳化物为浅棕色、,相橘红色；深侵蚀碳化物为绿色、,相棕橙色,高锰酸钾、氢氧化钠水溶液（电解）：,相橘红色,草酸电解：,热染法（500700）加热 碳化物白色、,相橙色,2009-5-6,475脆性,草酸电解液,铁素体呈微蓝绿色（无脆性）铁素体呈浅棕色（脆性）,2009-5-6,五、试样的制备,试样的制备,试样的侵蚀,2009-5-6,不锈钢金相检验项目和方法,1,、低倍检验：,试验方法：,GB/T226-1991,钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验方法,组织评定：参照,GB/T1979-2001,结构钢低倍组织缺陷评级图。,GB/T1220-2007,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。,2009-5-6,不锈钢金相检验项目和方法,2,、高倍检验：,非金属夹杂物：,GB/T10561-2005 ,钢中非金属夹杂物显微评定方法、,ASTM E45 -2005、,奥氏体晶粒度：,GB/T6394-2002,金属平均晶粒度测定方法,ASTM E112,铁素体含量 ：,GB/T13305-1991,奥氏体不锈钢中,相面积含量金相检验法、,GB/T6401-1986,铁素体奥氏体双相不锈钢中,-,相面积含量金相测定法,GB 4234-2003,外科植入物用不锈钢标准中规定铁素体含量、夹杂物级别、晶粒度级别。,2009-5-6,耐热钢的金相检验,2009-5-6,2008-5-14,Senior Engineer YangLi,概述,1、定义：向钢中加入合金元素提高其热强性和抗氧化性能。,2、使用温度：400650,3、分类：,2009-5-6,按金相组织分类,铁素体耐热钢,珠光体-铁素体耐热钢,马氏体耐热钢,奥氏体耐热钢,2009-5-6,按钢的特性分类,抗氧化钢：高温下5501200,，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；,热强钢：在高温下450900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。,2009-5-6,按钢的用途分类,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、锅炉和汽轮机用耐热钢、石化装置用耐热钢、工业炉用耐热钢等。,2009-5-6,金相检验内容,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出。,金相组织（原始态）的检验，,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。,2009-5-6,铁素体耐热钢,1、合金元素： Cr：1228%，少量的Si、Al、Ti。,2、典型牌号：0C6r13Al、10Cr17、16Cr25N,3、用途：燃烧室、喷嘴等,4、组织：铁素体,2009-5-6,珠光体-铁素体耐热钢,1,、合金元素：合金元素含量不超过57%，属低合金钢,2、典型牌号：15,CrMo、12Cr1MoV、17CrMo1V,等,3、用途：工作温度350670，锅炉管、汽包和气轮机的紧固件、主轴、叶轮等,4、组织：正火+高温回火，铁素体+珠光体或贝氏体,2009-5-6,马氏体耐热钢,1、合金元素：Cr：12%，加入W、Mo、V、Si。,2、典型牌号：12Cr13、14Cr11MoV、15Cr12NiWMoV、40Cr10Si2Mo等,3、用途：工作温度475540，气轮机的叶片、螺栓、内燃机的进、排汽阀等,4、组织：淬火+高温回火，回火索氏体,2009-5-6,奥氏体耐热钢,1、合金元素：含有较多的扩大和稳定奥氏体的元素，由18-8型钢演变,2、典型牌号：0,22Cr19Ni10、07Cr18Ni11Ti、45Cr14Ni14W2Mo、20Cr25Ni20,等,3、用途：工作温度600以上,，,强度要求不高的耐热受力件，高温炉中部件、汽阀等,4、组织：固溶，奥氏体+,M,23,C,6,2009-5-6,耐热钢金相检验项目和方法,1,、原始组织的检验：,内燃机部件金相检验在行业标准中有特殊规定（,NJ354-1985、NJ309-1983）,高压锅炉用无缝钢管的,GB5310-1995,2,、,运行金相检验：,珠光体球化,2009-5-6,运行金相,石墨化：碳钢和钼钢在高温长时间作用下，渗碳体分解并析出石墨状自由碳的现象。,轻度石墨化的管材可以通过热处理（加热到,AC,3,以上保温）使组织恢复,2009-5-6,2009-5-6,过热器管20,450,运行10万小时出现石墨化,石墨铁素体弥散分布的碳化物,2009-5-6,珠光体球化,钢中珠光体的球化及碳化物聚集现象。,珠光体球化会使低合金热强钢的常温抗拉强度和硬度下降。,加速钢材的蠕变过程。,2009-5-6,2009-5-6,12CrMoV原始状态：铁素体珠光体,510运行7.5万小时珠光体内碳化物已经球化，并沿晶界析出,2009-5-6,12Cr1MoV,过热器管长时过热爆破,运行7万小时,破口粗钝，管径无明显涨粗,铁素体内碳化物明显聚集长大，棒状碳化物沿一定方向排列,2009-5-6,12Cr1MoV 1010 ,空冷,粒状贝氏体少量铁素体,2009-5-6,12Cr1MoV, 880 空冷,铁素体粒状贝氏体,2009-5-6,12Cr1MoV 980 ,炉冷,铁素体珠光体,2009-5-6,12Cr1MoV 1100 ,水冷,低碳马氏体,2009-5-6,谢谢,联系方式：,13774222816,Email,：,l,iyang1005,8/27/2024,
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