[精选]不锈钢与耐热钢金相检验教材.pptx
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1、不锈钢与耐热钢金相检验二二0 0一一年十月十五日一一年十月十五日不锈钢的金相检验定义n不锈钢不锈钢在空气和弱腐蚀介质中抵抗腐蚀的钢在空气和弱腐蚀介质中抵抗腐蚀的钢n耐酸钢耐酸钢在酸、盐溶液等强腐蚀介质中抵抗腐在酸、盐溶液等强腐蚀介质中抵抗腐蚀的钢蚀的钢 由于两者在化学成分上的差异,前者不一定耐由于两者在化学成分上的差异,前者不一定耐化学介质腐蚀,而后者则一般均具有不锈性。统化学介质腐蚀,而后者则一般均具有不锈性。统称不锈耐酸钢,简称不锈钢。不锈钢的耐蚀性取称不锈耐酸钢,简称不锈钢。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。决于钢中所含的合金元素。分类n按金相组织划分按金相组织划分GB/T1330
2、4-1991GB/T13304-1991F F、M M、A A、A-FA-F、PHPHn按合金元素种类划分按合金元素种类划分 Cr Cr、Cr-NiCr-Ni、Cr-Ni-MoCr-Ni-Mo、Cr-Mn-Ni Cr-Mn-Ni特点及用途n良好耐腐蚀性、氧化性、良好耐腐蚀性、氧化性、n优异的力学性能、物理性能、工艺性能优异的力学性能、物理性能、工艺性能n化工、能源、机械、轻工等行业得到广泛的应用。化工、能源、机械、轻工等行业得到广泛的应用。合金元素 不锈钢中常见的合金元素不锈钢中常见的合金元素:C C、CrCr、NiNi、MnMn、SiSi、N N、NbNb、TiTi、MoMon奥氏体形成元素
3、:奥氏体形成元素:C C、NiNi、Mn Mn、N N、CuCu等等n铁素体形成元素:铁素体形成元素:CrCr、SiSi、TiTi、NbNb、AlAl、MoMo等等合金元素的作用n提高基体金属的电极电位提高基体金属的电极电位n在室温下获得单相固溶体组织在室温下获得单相固溶体组织n外表形成结构致密、不溶于腐蚀介质、电阻高的外表形成结构致密、不溶于腐蚀介质、电阻高的保护膜。保护膜。单合金元素的作用C:C:稳定稳定A A元素,强化元素,强化M M钢的重要元素,极易与其他合钢的重要元素,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。金元素形成合金碳化物,导致不锈钢的晶界腐蚀。Cr:FCr:F
4、形成元素,提高基体金属的电极电位,易与形成元素,提高基体金属的电极电位,易与C C生成生成M7C3M7C3、M23C6M23C6,钝化能力很强,形成,钝化能力很强,形成Cr2O3Cr2O3Ni:Ni:稳定稳定A A元素,提高基体金属的电极电位,减少元素,提高基体金属的电极电位,减少铁素体的含量铁素体的含量Mn:Mn:与与NiNi作用相似,稳定作用相似,稳定A A元素,减少元素,减少铁素体的含铁素体的含量,可以代替量,可以代替NiNi。单合金元素的作用TiTi、Nb:FNb:F形成元素,强化铁素体,优先于形成元素,强化铁素体,优先于CrCr与与C C结结合生成合生成TiCTiC、NbCNbCAl
5、Al、Si:FSi:F形成元素,强化铁素体,和形成元素,强化铁素体,和O O结合生成致结合生成致密的密的Al2O3 Al2O3、SiO2SiO2氧化膜,过量降低钢的塑性。氧化膜,过量降低钢的塑性。Mo:FMo:F形成元素,强化铁素体,提高耐腐蚀性能形成元素,强化铁素体,提高耐腐蚀性能铁素体不锈钢成分、牌号、特点成分、牌号、特点成分:含成分:含CrCr:1130%1130%,尚可含少量的,尚可含少量的MoMo、NbNb、TiTi,基本上不含,基本上不含NiNi。Cr17Cr17型型和和Cr25Cr25型型常用牌号:常用牌号:06Cr13Al06Cr13Al、10Cr1710Cr17、10Cr17
6、Mo 10Cr17Mo、008Cr27Mo 008Cr27Mo、008Cr30Mo2 008Cr30Mo2等等特点:加热不发生相变不能采用热处理来强化;有强磁;冷加工成型和焊特点:加热不发生相变不能采用热处理来强化;有强磁;冷加工成型和焊接工艺较差;具有三种脆性倾向:接工艺较差;具有三种脆性倾向:475475、相析出脆、高温脆性、相析出脆、高温脆性热处理及金相组织热处理及金相组织退火退火 :Cr17 850 Cr17 850 、Cr25 1050 Cr25 1050 组织:铁素体组织:铁素体+M7C3+M7C3或或M23C6M23C6,长期时效,长期时效500500800 800 相析出。相析
7、出。n400400550550内长时间加热,耐蚀性下降,出现脆化。加热至内长时间加热,耐蚀性下降,出现脆化。加热至600 600,保,保温一小时后快冷可消除。温一小时后快冷可消除。n900 900 以上加热,晶粒会涨大,且不能细化,需控制温度。以上加热,晶粒会涨大,且不能细化,需控制温度。铁素体不锈钢1Cr171Cr17钢钢n加热到加热到900900后空后空冷的组织冷的组织为铁素体为铁素体沿轧制沿轧制方向分布方向分布碳化物。碳化物。铁素体不锈钢1Cr171Cr17钢钢n淬火后组织淬火后组织为铁素体为铁素体低碳马氏体低碳马氏体马氏体不锈钢成分、牌号、特点成分、牌号、特点成分:含成分:含Cr12C
8、r1214%14%,含,含C C:0.10.10.4%0.4%,Cr13Cr13型。型。常用牌号:常用牌号:12Cr1312Cr13、20Cr1320Cr13、30Cr1330Cr13、40Cr1340Cr13等。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。差;有回火脆性。热处理及金相组织热处理及金相组织退火或高温回火退火或高温回火 :铁素体:铁素体+M23C6 +M23C6
9、淬火:淬火:马氏体马氏体+少量少量铁素体铁素体淬火淬火+高温回火:保存马氏体位向索氏体过热:晶粒粗大,大量高温回火:保存马氏体位向索氏体过热:晶粒粗大,大量 铁铁素体形成;欠热:未溶解碳化物存在。素体形成;欠热:未溶解碳化物存在。淬火淬火+低温回火低温回火 :回火马氏体:回火马氏体马氏体不锈钢n10Cr1310Cr13淬火温淬火温度:度:1000 1000 10501050,组,组织为马氏体织为马氏体少量少量铁素体,铁素体,马氏体不锈钢n10Cr1310Cr13,650 650 回火,组回火,组织为回火索织为回火索氏体铁素氏体铁素体体马氏体不锈钢n20Cr1320Cr13钢,淬火钢,淬火温度:
10、温度:9809801000 1000,经,经1050 1050 油淬后,油淬后,组织为马氏体组织为马氏体少量剩余奥少量剩余奥氏体,经氏体,经650 650 回火后,组回火后,组织为索氏体织为索氏体马氏体不锈钢n30Cr1330Cr13、40Cr1340Cr13,淬火,淬火温度一般为温度一般为105010501100 1100,淬火组织,淬火组织为马氏体未为马氏体未溶碳化物,回溶碳化物,回火后组织为索火后组织为索氏体碳化物氏体碳化物马氏体不锈钢n为为30Crl330Crl3钢原钢原材料退火状态,材料退火状态,用氯化高铁盐用氯化高铁盐酸水溶液侵蚀,酸水溶液侵蚀,组织为点状和组织为点状和球状珠光体及
11、球状珠光体及沿晶界呈断续沿晶界呈断续分布的二次碳分布的二次碳化物化物马氏体不锈钢n40 Cr1340 Cr13钢钢200200250250低温低温回火,回火马回火,回火马氏体及细颗粒氏体及细颗粒碳化物。碳化物。奥氏体不锈钢成分、牌号、特点成分、牌号、特点成分:含成分:含CrCr:161625%25%,含,含NiNi:7 720%20%,基本成分,基本成分18%Cr18%Cr,8%Ni8%Ni,通常称为,通常称为18-818-8型型不锈钢。不锈钢。常用牌号:常用牌号:30430418Cr-8Ni18Cr-8Ni、321 321 18Cr-9Ni-Ti18Cr-9Ni-Ti 、347 347 18
12、Cr-9Ni-Nb18Cr-9Ni-Nb 31631618Cr-12Ni-2.5Mo18Cr-12Ni-2.5Mo等等特点: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;切削加工较困难。和焊接性能;切削加工较困难。热处理及金相组织热处理及金相组织固溶处理:固溶处理:1050105011001100,组织:奥氏体过热:晶粒长大,组织:奥氏体过热:晶粒长大,铁素体形成。铁素体形成。敏化:敏化:500500850850,组织:晶界析出,组织:晶界析出 M23C6 M23C6 晶界贫铬晶界贫铬稳定化:稳
13、定化:850 850900900,组织:,组织:A+MCA+MCTiCTiC、NbCNbC抑制晶间腐蚀抑制晶间腐蚀消除应力:低温处理:消除应力:低温处理:300350300350,高温处理,高温处理800800以上;以上;消除消除相:通过相:通过820820以上的加热或固溶处理消除以上的加热或固溶处理消除 奥氏体不锈钢n固溶化处理:加固溶化处理:加热至热至100010001100 1100,使碳,使碳化物全部溶于奥化物全部溶于奥氏体中,然后快氏体中,然后快冷至室温,可得冷至室温,可得均以奥氏体组织,均以奥氏体组织,称为固溶处理。称为固溶处理。沉淀硬化不锈钢牌号、特点牌号、特点n通过热处理的手段
14、使钢中的碳化物沉淀析出,从而到达提高强度目的。通过热处理的手段使钢中的碳化物沉淀析出,从而到达提高强度目的。常用牌号:常用牌号:0Cr17NI4CuNb0Cr17NI4CuNb、1Cr17Ni7Al1Cr17Ni7Al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;成型和焊接性能良好。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。热处理工艺有:固溶处理、调整处理、时效处理。热处理工艺有:固溶处理、调整处理、时效处理。n固溶处理:所得组织为奥氏体少量固溶处理:所得
15、组织为奥氏体少量铁素体,铁素体,铁素体含量控制在铁素体含量控制在5 51515n调整处理:目的是为了获得必要数量的马氏体,从而使钢强化调整处理:目的是为了获得必要数量的马氏体,从而使钢强化n时效处理:目的是使剩余奥氏体变成马氏体,及从马氏体中析出高度时效处理:目的是使剩余奥氏体变成马氏体,及从马氏体中析出高度弥散分布的金属间化合物。弥散分布的金属间化合物。奥氏体不锈钢n基本成分为基本成分为CrCr:14141717,Ni7Ni7及少量及少量钼、铝、铜等。钼、铝、铜等。固溶处理后组织固溶处理后组织为奥氏体少量为奥氏体少量铁素体。铁素体。奥氏体-铁素体不锈钢成分、牌号、特点成分、牌号、特点成分:在
16、铬镍系不锈钢基础上增加铁素体形成元素成分:在铬镍系不锈钢基础上增加铁素体形成元素CrCr、MoMo减少奥氏减少奥氏体形成元素体形成元素NiNi、MnMn常用牌号:常用牌号:0Cr26Ni5Mo20Cr26Ni5Mo2、1Cr18Ni11Si4AlTi1Cr18Ni11Si4AlTi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。型好,焊接性能好,仍具有铁素体钢的某些脆性。热处理及金相组织热处理及金相组织固溶处理固溶处理95095010001000 铁素体铁素体+奥氏体奥氏体长
17、期时效长期时效 500 500800 800 相析出相析出奥氏体-铁素体不锈钢n铁氰化钾、氢氧化钾铁氰化钾、氢氧化钾水溶液侵蚀,水溶液侵蚀,组织组织为白色的奥氏体和灰为白色的奥氏体和灰黑色实为棕色的黑色实为棕色的铁素体,铁素体的体铁素体,铁素体的体积分数约占积分数约占5050。不锈钢中的组织和相n铁素体铁素体n奥氏体奥氏体n马氏体马氏体n 铁素体铁素体n相相n碳化物相碳化物相K K相相不锈钢中的组织和相铁素体铁素体 n相是在高温区域形成的相,一般称为相是在高温区域形成的相,一般称为铁素体或高温铁铁素体或高温铁素体。素体。以区别于低温以区别于低温铁素体。铁素体。铁素体是体心立方晶铁素体是体心立方
18、晶格,但晶格常数与格,但晶格常数与铁素体不同,并表现出较高的脆性。铁素体不同,并表现出较高的脆性。n这种相主要是由于加热温度过高、高温中停留过久、化学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。因形成的。不锈钢中的组织和相1Crl31Crl3钢钢11001100淬油淬油 300 300回火组织回火组织铸态铸态1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti不锈钢中的组织和相测定测定铁素体含量的测定方法铁素体含量的测定方法n金相法:可根据标准的图片进行比较,还可用图像分析软金相法:可根据标
19、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;结果可能偏高;n图表计算法:化学成分,可根据图表计算法:化学成分,可根据SchaefflerSchaeffler组织图、组织图、DeLong DeLong 组织图和组织图和WRC-92WRC-92组织图,查出组织图,查出铁素体的含量;铁素体的含量;n磁性法:有两种,一是磁称法,二是铁素体指示仪,用磁性法:有两种,一是磁称法,二是铁素体指示仪,用铁素体含量的一系列标准样品与待测试样同时进行比照测铁素体含量的一系列标准样品与待测试样同时进行比照测定。定
20、。nX X光法等。光法等。不锈钢中的组织和相相相n相相是是一一种种FeFe、CrCr原原子子比比例例相相等等的的Fe-CrFe-Cr金金属属间间化化合合物物,其其分分子子式式近近似似可可用用FeCrFeCr表表示示,晶晶体体结结构构为为正正方方晶晶系系,在在室室温下有磁性,硬而脆温下有磁性,硬而脆68HRC68HRCn相一般在相一般在500900500900温度范围内长时间时效时析出,温度范围内长时间时效时析出,较高的含铬量的质量分数较高的含铬量的质量分数25%76%25%76%及及铁素体的存在铁素体的存在均会促进均会促进相的析出。相的析出。不锈钢中的组织和相用用20g20g铁氰化钾、铁氰化钾
21、、20g20g氢氧化钾,氢氧化钾,100ml100ml水溶液,水溶液,1.5V1.5V,电解,电解 1Crl8Ni9Ti1Crl8Ni9Ti锻后缓冷后锻后缓冷后不锈钢中的组织和相相的危害相的危害n相沿晶界分布,钢的塑性显著下降,分散分布对韧性危相沿晶界分布,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。害较小,并有一定的强化作用。n相增加钢的缺口敏感性,对强度、硬度影响不大,对冲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。击韧性影响显著。n相显著地降低钢的塑性、韧性、抗氧化性、耐晶界腐蚀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。
22、性能,助长热疲劳的产生。相形成后,使基体贫铬或相形成后,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。总之果。总之相的危害性较大,应尽力防止该相的出现。相的危害性较大,应尽力防止该相的出现。不锈钢中的组织和相碳化物相碳化物相n碳碳化化物物相相是是不不锈锈钢钢中中的的一一个个基基本本组组成成相相,可可分分为为MCMC、M M6 6C C、M M2323C C6 6、M M7 7C C3 3几种类型,它与钢中的含碳量与合金元素有关。几种类型,它与钢中的含碳量与合金元素有关。不锈钢中的组织和相MCMC型型碳碳化化物物:钢钢在在凝凝固固
23、过过程程中中,碳碳与与亲亲和和力力较较大大的的 钽钽、铌铌、钛钛、钒钒结结合合,形形成成TaCTaC、NbCNbC、TiCTiC、VCVC碳碳化化物物。该该类类碳碳化化物物分分布布在在晶晶界界上上起起到到强强化化作作用用,阻阻止止晶晶粒粒长长大大,抑抑制制CrCr、FeFe2323C C6 6碳化物的形成,提高不锈钢的抗腐蚀性能。碳化物的形成,提高不锈钢的抗腐蚀性能。M M6 6C C型型碳碳化化物物:是是一一种种二二元元碳碳化化物物,具具有有面面心心立立方方结结构构,一一般般在在含含铬铬量量高高,并并且且有有钨钨、钼钼时时,才才会会形形成成该该类类碳碳化化物物,以以颗颗粒粒状状析析出出于于晶
24、晶界界,与与M M2323C C6 6型型一一起起,起起着着强强化化晶晶界界和和提提高高持久寿命的作用。持久寿命的作用。M M2323C C6 6、M M7 7C C3 3型碳化物:一种富铬的碳化物,型碳化物:一种富铬的碳化物,M M2323C C6 6碳化物具有碳化物具有面心立方结构,面心立方结构,M M7 7C C3 3碳化物是三角晶系。这种碳化物大多碳化物是三角晶系。这种碳化物大多存在含铬量高的钢中。存在含铬量高的钢中。组织与相的鉴别方法A A与与F F:A A有孪晶组织,有孪晶组织,F F呈带状或枝晶分布呈带状或枝晶分布n赤血盐氢氧化钾溶液。赤血盐氢氧化钾溶液。F F玫瑰色、玫瑰色、A
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