不銹鋼金相組織及標準介紹

摘要

本文介紹了多種不銹鋼的性能及檢測方法，包括鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼等。

前言

不銹鋼通常是指在大氣、水、酸、堿和鹽等溶液或其他腐蝕介質中具有良好的化學穩定性的高合金鋼。根據GB/T 13304.2-2008《鋼分類》以及國際上通用方法，按金相組織將不銹鋼劃分為5類，即鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼等。不銹鋼不僅具有良好的耐腐蝕性、抗氧化性，通常還具有優異的力學性能（如強度、韌性）、物理性能（磁性能、彈性）和工藝性能（鑄造、壓力加工、熱處理、焊接），因而在化工、能源、機械、輕工等行業得到廣泛應用。

1. 各類不銹鋼的金相組織

1.1 鐵素體不銹鋼

基體以體心立方晶體結構的鐵素體組織（α相）為主，有磁性，一般不能通過熱處理硬化，但冷加工使其輕微強化的不銹鋼。含Cr：11~30%，含少量的Mo、Nb、Ti，基本上不含Ni，強度較高，耐氯化物應力腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕等性能優良，但對晶界腐蝕敏感，低溫韌性較差。主要鋼號有06Cr13Al、10Cr17、10Cr17Mo、008Cr27Mo、008Cr30Mo2等。這類鋼經900℃保溫并空冷后的顯微組織為：鐵素體及沿軋制方向分布的碳化物；經1200℃加熱并水淬后的顯微組織為δ鐵素體+低碳馬氏體。

圖1. 1Cr17鋼加熱到900℃后空冷的組織為鐵素體＋沿軋制方向分布碳化物

圖2. 1Cr17鋼淬火后組織為鐵素體＋低碳馬氏體

1.2 馬氏體不銹鋼

基體為馬氏體組織，有磁性，通過熱處理可調整其力學性能的不銹鋼。馬氏體不銹鋼在高溫狀態的組織為奧氏體，經過淬火后，奧氏體轉變為馬氏體，故稱其為馬氏體不銹鋼。馬氏體不銹鋼最常見的鋼號有12Cr12，20Cr13，30Cr13，40Cr13等，它們含碳量較高，淬火后得到馬氏體組織；有較高的強度、硬度、耐磨性；通過熱處理可得到所要求的性能；切削加工性能較好。焊接性能差。

圖3. 10Cr13淬火溫度：1000℃ ～1050℃，組織為馬氏體＋少量δ鐵素體

圖4. 10Cr13，650 ℃回火，組織為回火索氏體＋鐵素體

1.3 奧氏體不銹鋼

基體以面心立方晶體結構的奧氏體組織（γ相）為主，無磁性，主要通過冷加工使其強化的不銹鋼。奧氏體不銹鋼一般含Cr 16%~25%，含Ni 7%~20%，經適當熱處理后，室溫下為單一的A組織。常見的鋼號有12Cr18Ni9，06Cr18Ni11Ti，06Cr19Ni10，304(18-8)，316等，有良好的塑性、韌性和耐蝕性，應用很廣泛。

圖5. 304不銹鋼單一奧氏體組織

1.4 奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼

基體兼有奧氏體和鐵素體兩相組織，有磁性，可通過冷加工使其強化的不銹鋼。典型鋼種有022Cr22Ni5Mo3N，022Cr26Ni7Mo3N等。國家標準中對其金相含量檢驗的方法有GB/T 13305-2008《不銹鋼中α－相面積含量金相測定法》。

圖6. 白色的奧氏體和灰黑色(實為棕色)的鐵素體，鐵素體的體積分數約占50%

1.5 沉淀硬化不銹鋼

基體為奧氏體或馬氏體組織，并能通過沉淀硬化（又稱時效硬化）使其強化的不銹鋼。沉淀硬化不銹鋼固溶后為馬氏體或半奧氏體組織，最終沉淀析出馬氏體組織；有很高的強度；耐均勻腐蝕能力優于馬氏體型鋼；成型和焊接性能良好。典型的鋼種有05Cr17Ni4Cu4Nb、07Cr17Ni7Al、05Cr15Ni7Mo2Al等。

圖7. 基本成分為Cr：14～17％，Ni≤7％及少量鉬、鋁、銅等， 固溶處理后組織為奧氏體＋少量鐵素體

2. 不銹鋼的金相檢驗

2.1 不銹鋼的低倍組織及缺陷的試驗方法

可以根據GB/T 226-2015《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕試驗法》進行。浸濕一般用熱蝕法，即將試樣在HCl水溶液中浸泡，然后在流水中用刷子洗刷干凈表面的腐蝕產物。此外還可采用HNO3和HF水溶液或HCl和HNO3水溶液中熱蝕。

低倍組織的評定可以參照GB/T 1979-2001 《結構鋼低倍組織缺陷評級圖》標準進行。在標準GB/T 1220-2007《不銹鋼棒》中規定，鋼棒的橫截面酸浸低倍或斷口試樣上不得有肉眼可見的縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮及白點。對較高級鋼棒，其一般疏松、中心疏松、偏析均不得超過二級；對普通鋼棒，其上述級別均不得超過三級。

2.2 不銹鋼中的非金屬夾雜物的評級

可按照GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定方法》進行檢驗。

2.3 奧氏體鋼的晶粒度檢驗

可按照GB/T 6394-2017《金屬平均晶粒度測定方法》 進行檢驗和評級。

2.4 不銹鋼的耐腐蝕性能

可按照GB/T4334-2020《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗方法》進行試驗和評級。

結束語

由于不銹鋼材具有優異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度范圍內的強韌性等系列特點，所以在重工業、輕工業、生活用品行業以及建筑裝飾等行業中獲取得廣泛的應用。隨著不銹鋼的應用越來越廣泛，通過金相檢驗等手段來判定不銹鋼的工藝性能、力學性能、耐腐蝕性能等能否滿足應用要求已經變得越來越重要。

參考文獻

[1] GB/T 13304.2-2008《鋼分類》

[2] GB/T 13305-2008《不銹鋼中α－相面積含量金相測定法》

[3] GB/T 226-2015《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕試驗法》

[4] GB/T 1979-2001 《結構鋼低倍組織缺陷評級圖》

[5] GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定方法》

[6] GB/T 6394-2017《金屬平均晶粒度測定方法》

[7] GB/T4334-2020《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗方法》

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