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第1页，共51页。不锈钢的金相检验第2页，共51页。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蚀的在酸、盐溶液等强腐蚀介质中抵抗腐蚀的钢钢 由于两者在化学成分上的差异，前者不一定耐化学介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。统称质腐蚀，而后者则一般均具有不锈性。统称不锈耐酸钢不锈耐酸钢，简称简称不锈钢。不锈钢。不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金不锈钢的耐蚀性取决于钢中所含的合金元素。元素。第3页，共51页
2、。分类n按金相组织划分按金相组织划分(GB/T13304-1991)(GB/T13304-1991)F 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 CrCr、Cr-NiCr-Ni、Cr-Ni-MoCr-Ni-Mo、Cr-Mn-NiCr-Mn-Ni第4页，共51页。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。第5页，共51页。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、
3、CrCr、NiNi、MnMn、SiSi、N N、NbNb、TiTi、MoMon奥氏体形成元素：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等等第6页，共51页。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表面形成结构致密、不溶于腐蚀介质、电阻高的保护膜。表面形成结构致密、不溶于腐蚀介质、电阻高的保护膜。第7页，共51页。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，极易与其他合金
4、元钢的重要元素，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。素形成合金碳化物，导致不锈钢的晶界腐蚀。Cr:Cr:F F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Cr2O3Cr2O3NiNi :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，减少铁铁素体的含量素体的含量MnMn :与与NiNi作用相似，稳定作用相似，稳定A A元素，减少元素，减少铁素体的含量，铁素体的含量，可以代替可以代替NiNi。第8页，共51页。单合金元素的作
5、用TiTi、NbNb :F 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结合生结合生成成TiCTiC、NbCNbCAlAl、SiSi :F F形成元素，强化铁素体，和形成元素，强化铁素体，和O O结合生成致密的结合生成致密的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。MoMo :F 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，提高耐腐蚀性能第9页，共51页。铁素体不锈钢成分、牌号、特点成分、牌号、特点成分：成分：含含CrCr：1130%1130%，尚可含少量的，尚可含少量的MoMo、NbNb、TiT
6、i，基本上不含，基本上不含NiNi。Cr17Cr17型和型和Cr25Cr25型型常用牌号：常用牌号：06Cr13Al06Cr13Al、10Cr1710Cr17、10Cr17Mo10Cr17Mo、008Cr27Mo008Cr27Mo、008Cr30Mo2008Cr30Mo2等等特点：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：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 ）
7、、（）、（Cr25 1050 Cr25 1050 ）组织：组织：铁素体铁素体+M7C3+M7C3（或（或M23C6M23C6），长期时效（），长期时效（500500800 800）相析出。相析出。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，保温一小时后快冷，保温一小时后快冷可消除。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。第10页，共51页。铁素体不锈钢1Cr171Cr17钢钢n加热到加热到900900后空冷的组后空冷的组织为铁素体织为铁
8、素体沿轧制方沿轧制方向分布碳化向分布碳化物。物。第11页，共51页。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第12页，共51页。马氏体不锈钢成分、牌号、特点成分、牌号、特点成分：成分：含含Cr12Cr1214%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：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；通过含碳量较高，淬火后得到马氏体组织；有较高的强度、硬度
9、、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。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。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 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：高温回火：保留马氏体位向索氏体（保留马氏体位向索氏体（过热：过热：晶粒粗大，大量晶粒粗大，大量 铁素体铁素体形成；形成；欠热：欠热：未溶解碳化物存在）。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第13页，共51页。马氏体不锈钢n10Cr1310Cr13淬火
10、温度：淬火温度：1000 1000 10501050，组织为，组织为马氏体少量马氏体少量铁铁素体，素体，第14页，共51页。马氏体不锈钢n10Cr1310Cr13，650 650 回火，组织回火，组织为回火索氏体为回火索氏体铁素体铁素体第15页，共51页。马氏体不锈钢n20Cr1320Cr13钢，淬火钢，淬火温度：温度：9809801000 1000，经，经1050 1050 油油淬后，组织为马淬后，组织为马氏体少量残余氏体少量残余奥氏体，经奥氏体，经650 650 回火后，组织回火后，组织为索氏体为索氏体第16页，共51页。马氏体不锈钢n30Cr1330Cr13、40Cr1340Cr13，淬
11、火温度一般为淬火温度一般为105010501100 1100，淬火组织为马氏体淬火组织为马氏体未溶碳化物，回未溶碳化物，回火后组织为索氏体火后组织为索氏体碳化物碳化物第17页，共51页。马氏体不锈钢n为为30Crl330Crl3钢原材钢原材料退火状态，用料退火状态，用氯化高铁盐酸水氯化高铁盐酸水溶液侵蚀，溶液侵蚀，组织组织为点状和球状珠为点状和球状珠光体及沿晶界呈光体及沿晶界呈断续分布的二次断续分布的二次碳化物碳化物第18页，共51页。马氏体不锈钢n40 Cr1340 Cr13钢钢200200250250低温回火，低温回火，回火马氏体及细回火马氏体及细颗粒碳化物。颗粒碳化物。第19页，共51页
12、。奥氏体不锈钢成分、牌号、特点成分、牌号、特点成分：成分：含含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型不锈钢。型不锈钢。常用牌号：常用牌号：304304（18Cr-8Ni18Cr-8Ni）、）、321 321（18Cr-9Ni-Ti18Cr-9Ni-Ti）、347 347（18Cr-9Ni-Nb18Cr-9Ni-Nb）316 316（18Cr-12Ni-2.5Mo18Cr-12Ni-2.5Mo）等）等特点：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
13、性和焊接性能；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。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（组织：奥氏体（过热：过热：晶粒长大，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：稳定化：850 850900900，组织：，组织：A+MCA+MC（TiCTiC、NbCNbC）抑制晶间腐蚀）抑制晶间腐蚀消除应力：消除应力：低温处理：低温处理：300350300350
14、，高温处理，高温处理800800以上；以上；消除消除相：相：通过通过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 第20页，共51页。奥氏体不锈钢n固溶化处理：加热至固溶化处理：加热至100010001100 1100，使碳化物全部溶于奥使碳化物全部溶于奥氏体中，然后快冷至氏体中，然后快冷至室温，可得均以奥氏室温，可得均以奥氏体组织，称为固溶处体组织，称为固溶处理。理。第21页，共51页。沉淀硬化不锈钢牌号、特点牌号、特点n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。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。常用牌号：常用牌号：0Cr17N
15、I4CuNb0Cr17NI4CuNb、1Cr17Ni7Al1Cr17Ni7Al特点：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。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：热处理工艺有：固溶处理、调整处理、时效处理。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
16、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：目的是使残余奥氏体变成马氏体，及从马氏体中析出高度弥时效处理：目的是使残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。散分布的金属间化合物。第22页，共51页。奥氏体不锈钢n基本成分为基本成分为CrCr：14141717，Ni7Ni7及少量钼、铝、及少量钼、铝、铜等。铜等。固溶处理后组织为固溶处理后组织为奥氏体少量铁奥氏体少量铁素体。素体。第23页，共51页。奥氏体-铁素体不锈钢成分、牌号、特点成分、牌号、特点成分：成分：在铬镍系不锈钢基础上增加铁素体形成元素（在铬镍系不锈钢基础上增加铁素体形成元素（CrCr、MoM
17、o）减少奥氏体形）减少奥氏体形成元素（成元素（NiNi、MnMn）常用牌号：常用牌号：0Cr26Ni5Mo20Cr26Ni5Mo2、1Cr18Ni11Si4AlTi1Cr18Ni11Si4AlTi特点：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。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+奥氏体奥氏体长期时效（长期时效（500500800 800）相析出相析出第24页，共51页。奥氏
18、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，组织为组织为白色的奥氏体和灰黑白色的奥氏体和灰黑色色(实为棕色实为棕色)的铁素的铁素体，铁素体的体积分体，铁素体的体积分数约占数约占5050。第25页，共51页。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）第26页，共51页。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素体。铁素体或高温铁素体。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格，但晶格常数铁素体是体心立
19、方晶格，但晶格常数与与铁素体不同，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、化学成分的波动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。或形成铁素体与奥氏体的元素达不到平衡等原因形成的。第27页，共51页。不锈钢中的组织和相1Crl31Crl3钢钢11001100淬油淬油 300300回火组织回火组织铸态铸态1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti第28页，共51页。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：金相法：可根据标准的图片进行比较
20、，还可用图像分析软件进行测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；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；n图表计算法：图表计算法：已知化学成分，可根据已知化学成分，可根据SchaefflerSchaeffler组织图、组织图、DeLong DeLong 组组织图和织图和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：磁性法：有两种，一是磁称法，二是铁素体指示仪，用已知有两种，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。铁素体含量
21、的一系列标准样品与待测试样同时进行对比测定。nX X光光法等。法等。第29页，共51页。不锈钢中的组织和相相相n相是一种相是一种FeFe、CrCr原子比例相等的原子比例相等的Fe-CrFe-Cr金属间化合物，其分金属间化合物，其分子式近似可用子式近似可用FeCrFeCr表示，晶体结构为正方晶系，在室温下有磁表示，晶体结构为正方晶系，在室温下有磁性，硬而脆（性，硬而脆（68HRC68HRC）n相一般在相一般在500900500900温度范围内长时间时效时析出，较高温度范围内长时间时效时析出，较高的含铬量的质量分数（的含铬量的质量分数（25%76%25%76%）及）及铁素体的存在均会促进铁素体的存
22、在均会促进相的析出。相的析出。第30页，共51页。不锈钢中的组织和相用用20g20g铁氰化钾、铁氰化钾、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第31页，共51页。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。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，对冲击韧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。性影响显著。
23、n相显著地降低钢的塑性、韧性、抗氧化性、耐晶界腐蚀性能，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。助长热疲劳的产生。相形成后，使基体贫铬（或钼、钨）因相形成后，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。总之此降低了基体抗蚀性，并削弱了固溶强化的效果。总之相的相的危害性较大，应尽力避免该相的出现。危害性较大，应尽力避免该相的出现。第32页，共51页。不锈钢中的组织和相碳化物相碳化物相n碳化物相是不锈钢中的一个基本组成相，可分为碳化物相是不锈钢中的一个基本组成相，可分为MCMC、M M6 6C C、M M2323C C6 6、M M7 7C
24、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。第33页，共51页。不锈钢中的组织和相MCMC型碳化物：型碳化物：钢在凝固过程中，碳与亲和力较大的钢在凝固过程中，碳与亲和力较大的 钽、铌、钛、钒钽、铌、钛、钒结合，形成结合，形成TaCTaC、NbCNbC、TiCTiC、VCVC碳化物。该类碳化物分布在晶界上碳化物。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（起到强化作用，阻止晶粒长大，抑制（CrCr、FeFe）2323C C6 6碳化物的形成，碳化物的形成，提高不锈钢的抗腐蚀性能。提高不锈钢的抗腐蚀性能。M M6 6C C型碳化物：型碳化
25、物：是一种二元碳化物，具有面心立方结构，一般在含铬是一种二元碳化物，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，与晶界，与M M2323C C6 6型一起，起着强化晶界和提高持久寿命的作用。型一起，起着强化晶界和提高持久寿命的作用。M M2323C C6 6、M M7 7C C3 3型碳化物：型碳化物：一种富铬的碳化物，一种富铬的碳化物，M M2323C C6 6碳化物具有面心立碳化物具有面心立方结构，方结构，M M7 7C C3 3碳化物是三角晶系。这种碳化物大多存在含铬量高的碳化物是三角晶
26、系。这种碳化物大多存在含铬量高的钢中。钢中。第34页，共51页。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 A光亮色光亮色n热染法（热染法（500500）F F亮黄色、亮黄色、A A浅兰色浅兰色n氢氧化钾水溶液（电解）氢氧化钾水溶液（电解）F F灰色、灰色、A A白色白色碳化物与碳化物与相相n碱性高锰酸钾：浅侵蚀碳化物为浅棕色、碱性高锰酸钾：浅侵蚀碳化物为浅棕色、相橘红色；深侵蚀碳化相橘红色；深侵蚀碳化物为绿色、物为绿色、相棕橙色相棕橙色n高锰酸钾、氢氧化钠水溶液（电
27、解）：高锰酸钾、氢氧化钠水溶液（电解）：相橘红色相橘红色n草酸电解：草酸电解：n热染法（热染法（500500700700）加热）加热 碳化物白色、碳化物白色、相橙色相橙色第35页，共51页。不锈钢金相检验项目及方法低倍检验：低倍检验：n试验方法：试验方法：GB/T226-1991 GB/T226-1991 钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验方法钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验方法n组织评定：参照组织评定：参照GB/T1979-2001GB/T1979-2001结构钢低倍组织缺陷评级结构钢低倍组织缺陷评级图。图。n GB/T1220-2007 GB/T1220-2007不锈钢棒标准中规定不得有肉眼可见得不锈钢
28、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。缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮及白点。第36页，共51页。不锈钢金相检验项目及方法高倍检验：高倍检验：n非金属夹杂物：非金属夹杂物：GB/T10561-2005 GB/T10561-2005 钢中非金属夹杂物显微评定方法、钢中非金属夹杂物显微评定方法、ASTM ASTM E45-2005E45-2005n奥氏体晶粒度：奥氏体晶粒度：GB/T6394-2002GB/T6394-2002金属平均晶粒度测定方法金属平均晶粒度测定方法ASTM E112ASTM E112n铁素体含量铁素体含量 ：GB/T13305-1991GB/T13305
29、-1991奥氏体不锈钢中奥氏体不锈钢中相面积含量金相检验相面积含量金相检验法、法、GB/T6401-1986 GB/T6401-1986铁素体奥氏体双相不锈钢中铁素体奥氏体双相不锈钢中-相面积含量金相测相面积含量金相测定法定法nGB 4234-2003GB 4234-2003外科植入物用不锈钢标准中规定铁素体含量、夹杂物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。级别、晶粒度级别。第37页，共51页。不锈钢的腐蚀点腐蚀：点腐蚀：n不锈钢因表面生成钝化膜而具有耐蚀性的金属和合金，一旦由于某种原因表面膜不锈钢因表面生成钝化膜而具有耐蚀性的金属和合金，一旦由于某种原因表面膜被局部
30、破坏而露出新鲜表面后，这部分金属就会迅速溶解而发生局部腐蚀，这种被局部破坏而露出新鲜表面后，这部分金属就会迅速溶解而发生局部腐蚀，这种在金属表面产生小孔的腐蚀形态称为点蚀。点蚀是不锈钢常见破坏性和隐患最大在金属表面产生小孔的腐蚀形态称为点蚀。点蚀是不锈钢常见破坏性和隐患最大的腐蚀形态之一。的腐蚀形态之一。点腐蚀机理：点腐蚀机理：n中性溶液中的离子（如中性溶液中的离子（如ClCl）作用于表面钝化膜，表面膜受破，因而发生点蚀。）作用于表面钝化膜，表面膜受破，因而发生点蚀。点蚀的扩展按下列反应进行：点蚀的扩展按下列反应进行：阳极反应阳极反应 ：MMMMe e 阴极反应：阴极反应：O O2 22H2H
31、2 2O O4e4e 4OH 4OH n随着反应的进行，蚀孔内的随着反应的进行，蚀孔内的M M（金属离子）增加，为保持电中性（金属离子）增加，为保持电中性ClCl从外部从外部移入，并生成盐。该盐水解后生成移入，并生成盐。该盐水解后生成HClHCl，pHpH下降，在此情况下点蚀可以持下降，在此情况下点蚀可以持续进行下去。续进行下去。第38页，共51页。不锈钢的腐蚀点腐蚀的发生条件：点腐蚀的发生条件：n保护膜保护膜(钝化膜钝化膜)的局部溶解或破坏，往往发生在表面有缺陷或夹杂的地方，或钝的局部溶解或破坏，往往发生在表面有缺陷或夹杂的地方，或钝化膜薄弱的部位，而且需要有活性阴离子的存在，如氯离子是常见
32、的发生点腐蚀化膜薄弱的部位，而且需要有活性阴离子的存在，如氯离子是常见的发生点腐蚀的阴离子。氯离子容易被吸附，挤走氧原子，和钝化膜中的阳离子反应生成可溶的阴离子。氯离子容易被吸附，挤走氧原子，和钝化膜中的阳离子反应生成可溶性的氯化物，破坏钝化膜，形成小坑，即点腐蚀诱导阶段，形成一个闭塞电路。性的氯化物，破坏钝化膜，形成小坑，即点腐蚀诱导阶段，形成一个闭塞电路。含氯离子的水溶液是产生点腐蚀的主要原因。含氯离子的水溶液是产生点腐蚀的主要原因。点腐蚀的特征：点腐蚀的特征：n金属构件表面有肉眼可见的腐蚀麻坑，用金相法检验观察点腐蚀坑的剖面，其形金属构件表面有肉眼可见的腐蚀麻坑，用金相法检验观察点腐蚀坑
33、的剖面，其形状基本有呈蝶形、椭圆形和楔形三种。用扫描电镜能谱仪能检测到点腐蚀内有氧状基本有呈蝶形、椭圆形和楔形三种。用扫描电镜能谱仪能检测到点腐蚀内有氧和氯。和氯。第39页，共51页。不锈钢的腐蚀缝隙腐蚀：缝隙腐蚀：n在金属和金属或金属和非金属表面狭窄的缝隙间，由于溶液移动受阻，在金属和金属或金属和非金属表面狭窄的缝隙间，由于溶液移动受阻，腐蚀性阴离子停留在窄缝内，易发生在法兰连接处，铆钉、螺栓、垫片腐蚀性阴离子停留在窄缝内，易发生在法兰连接处，铆钉、螺栓、垫片等部位。沉淀的腐蚀产物与金属基体之间，氧化皮和金属基体之间也易等部位。沉淀的腐蚀产物与金属基体之间，氧化皮和金属基体之间也易发生缝隙腐
34、蚀。发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀机理：缝隙腐蚀机理：n类似于点腐蚀（闭塞电池的腐蚀机理），所不同的是点腐蚀需有一个闭类似于点腐蚀（闭塞电池的腐蚀机理），所不同的是点腐蚀需有一个闭塞电池形成的腐蚀诱导过程，而缝隙腐蚀的闭塞电池基本上是现成的，塞电池形成的腐蚀诱导过程，而缝隙腐蚀的闭塞电池基本上是现成的，缝隙腐蚀经常是构件结构上的原因所造成的。缝隙腐蚀经常是构件结构上的原因所造成的。n预防缝隙腐蚀措施预防缝隙腐蚀措施-除结构上进行考虑尽量避免狭窄缝隙外，点腐蚀预除结构上进行考虑尽量避免狭窄缝隙外，点腐蚀预防措施对缝隙腐蚀也很有效。防措施对缝隙腐蚀也很有效。第40页，共51页。不锈钢的腐蚀晶间腐蚀：晶间腐
35、蚀：n沿金属材料的晶粒界面发生腐蚀，使材料沿晶界分离，失去强度，危害很大。偏沿金属材料的晶粒界面发生腐蚀，使材料沿晶界分离，失去强度，危害很大。偏聚在晶界上的杂质或合金元素的富集与贫化是造成晶间腐蚀的主要原因，因为它聚在晶界上的杂质或合金元素的富集与贫化是造成晶间腐蚀的主要原因，因为它们提供了晶界或晶界附近电化学腐蚀的阴极或阳极，构成了反应电池。们提供了晶界或晶界附近电化学腐蚀的阴极或阳极，构成了反应电池。晶间腐蚀机理：晶间腐蚀机理：n晶间腐蚀的理论为贫铬理论，普通的晶间腐蚀的理论为贫铬理论，普通的18188 8不锈钢一般含碳量不锈钢一般含碳量0.060.060.080.08，因此有足够的碳与
36、铬生成碳化物沉淀，这样铬就从固溶体中分离了，结果使因此有足够的碳与铬生成碳化物沉淀，这样铬就从固溶体中分离了，结果使与晶界邻近的金属铬含量降低。晶界的碳化铬是不腐蚀的，邻近晶界的贫铬与晶界邻近的金属铬含量降低。晶界的碳化铬是不腐蚀的，邻近晶界的贫铬区由于对许多腐蚀环境的耐蚀性较差，因此就腐蚀了。如果制成晶界剖面，区由于对许多腐蚀环境的耐蚀性较差，因此就腐蚀了。如果制成晶界剖面，腐蚀区好像一条深而窄的沟。腐蚀区好像一条深而窄的沟。第41页，共51页。不锈钢的腐蚀晶间腐蚀的特征：晶间腐蚀的特征：n其表面尺寸几乎不变，有时表面仍保持金属光泽，但强度和韧性下降，稍加冲击，其表面尺寸几乎不变，有时表面仍
37、保持金属光泽，但强度和韧性下降，稍加冲击，表面会出现裂纹。金相剖面分析，抛光态下可观察到沿晶裂纹，有晶粒脱落，腐表面会出现裂纹。金相剖面分析，抛光态下可观察到沿晶裂纹，有晶粒脱落，腐蚀沿晶界均匀向内发展。断口微观形貌为具有冰糖块状的沿晶断口。蚀沿晶界均匀向内发展。断口微观形貌为具有冰糖块状的沿晶断口。晶间腐蚀预防措施：晶间腐蚀预防措施：n采用固溶处理后水淬快冷；采用固溶处理后水淬快冷；n适当加入碳化物稳定元素，如：适当加入碳化物稳定元素，如：TiTi、NbNb；n采用超低碳不锈钢，如采用超低碳不锈钢，如304L304L、316L316L等。等。第42页，共51页。不锈钢的腐蚀应力腐蚀：应力腐蚀
38、：n金属材料在应力和腐蚀介质协同作用下发生的破裂，应力腐蚀开裂是在环境、材金属材料在应力和腐蚀介质协同作用下发生的破裂，应力腐蚀开裂是在环境、材料、应力这三个因素同时起作用时发生。料、应力这三个因素同时起作用时发生。应力腐蚀形貌特征：应力腐蚀形貌特征：材料表面腐蚀程度较轻，无全面腐蚀的特征，但裂纹较深，裂纹的走向材料表面腐蚀程度较轻，无全面腐蚀的特征，但裂纹较深，裂纹的走向基本与主应力方向垂直。基本与主应力方向垂直。n用金相显微镜观察，裂纹特征为分叉呈落叶的树枝状，裂纹有沿晶、穿晶及用金相显微镜观察，裂纹特征为分叉呈落叶的树枝状，裂纹有沿晶、穿晶及混合型。一般情况下混合型。一般情况下,奥氏体不
39、锈钢和为穿晶断裂。奥氏体不锈钢和为穿晶断裂。n断口宏观形貌有腐蚀色，有时能观察到放射状条纹。断口微观形貌穿晶断口宏观形貌有腐蚀色，有时能观察到放射状条纹。断口微观形貌穿晶型为河流花样，沿晶型有冰糖块特征。用能谱仪能检测到腐蚀介质元素。型为河流花样，沿晶型有冰糖块特征。用能谱仪能检测到腐蚀介质元素。n通常情况下，应力腐蚀是多源的。通常情况下，应力腐蚀是多源的。第43页，共51页。不锈钢的腐蚀应力腐蚀应力腐蚀晶间腐蚀晶间腐蚀第44页，共51页。耐热钢的金相检验第45页，共51页。耐热钢定义：定义：向钢中加入合金元素提高其热强性和抗氧化性能。向钢中加入合金元素提高其热强性和抗氧化性能。使用温度：使用
40、温度：400400650650分类：分类：按金相组织：按金相组织：铁素体耐热钢、珠光体铁素体耐热钢、珠光体-铁素体耐热钢、马氏体耐热钢、奥铁素体耐热钢、马氏体耐热钢、奥氏体耐热钢氏体耐热钢按钢的特性：按钢的特性：n抗氧化钢：高温下抗氧化钢：高温下55055012001200，具有较好的抗氧化性能及抗高温腐蚀性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；能，并有一定的高温强度；n热强钢热强钢：在高温下在高温下450450900900既能承受相当的附加应力又具有优异的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。抗氧化及抗高温腐蚀性能，还要承受周
41、期性的可变应力。按用途：按用途：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、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。钢、工业炉用耐热钢等。第46页，共51页。耐热钢金相检验内容n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。织的变化，如碳化物的析出、聚集和球化和新相的析出。q金
42、相组织（原始态）的检验，金相组织（原始态）的检验，q经高温长期使用后钢的显微组织（服役后）的变化，以便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。为判断零件是否失效提供依据。第47页，共51页。耐热钢铁素体耐热钢铁素体耐热钢n合金元素：合金元素：Cr Cr：1228%1228%，少量的，少量的SiSi、AlAl、TiTi。n典型牌号：典型牌号：0C6r13Al0C6r13Al、10Cr1710Cr17、16Cr25N16Cr25Nn用途：燃烧室、喷嘴等用途：燃烧室、喷嘴等n组织：铁素体组织：铁素体珠光体珠光体-铁素体耐热钢铁素体耐热钢n合金元素：合金元素含量不
43、超过合金元素：合金元素含量不超过57%57%，属低合金钢，属低合金钢n典型牌号：典型牌号：15CrMo15CrMo、12Cr1MoV12Cr1MoV、17CrMo1V17CrMo1V等等n用途：工作温度用途：工作温度350670350670，锅炉管、汽包和气轮机的紧固件、主轴、叶，锅炉管、汽包和气轮机的紧固件、主轴、叶轮等轮等n组织：正火组织：正火+高温回火，铁素体高温回火，铁素体+珠光体或贝氏体珠光体或贝氏体第48页，共51页。耐热钢马氏体耐热钢马氏体耐热钢n合金元素：合金元素：CrCr：12%12%，加入，加入W W、MoMo、V V、SiSi。n典型牌号：典型牌号：12Cr1312Cr1
44、3、14Cr11MoV14Cr11MoV、15Cr12NiWMoV15Cr12NiWMoV、40Cr10Si2Mo40Cr10Si2Mo等等n用途：工作温度用途：工作温度475540475540，气轮机的叶片、螺栓、内燃机的进、排汽阀等，气轮机的叶片、螺栓、内燃机的进、排汽阀等n组织：淬火组织：淬火+高温回火，回火索氏体高温回火，回火索氏体奥氏体耐热钢奥氏体耐热钢n合金元素：含有较多扩大和稳定奥氏体的元素，由合金元素：含有较多扩大和稳定奥氏体的元素，由18-818-8型钢演变。型钢演变。n典型牌号：典型牌号：022Cr19Ni10022Cr19Ni10、07Cr18Ni11Ti07Cr18Ni
45、11Ti、45Cr14Ni14W2Mo45Cr14Ni14W2Mo、20Cr25Ni2020Cr25Ni20等等n用途：工作温度用途：工作温度600600以上，强度要求不高的耐热受力件，高温炉中部件、以上，强度要求不高的耐热受力件，高温炉中部件、汽阀等汽阀等n组织：固溶，奥氏体组织：固溶，奥氏体+M+M2323C C6 6第49页，共51页。耐热钢金相检验1 1、原始组织的检验：、原始组织的检验：n内燃机部件金相检验在行业标准中有特殊规定（内燃机部件金相检验在行业标准中有特殊规定（NJ354-1985NJ354-1985、NJ309-1983NJ309-1983）n高压锅炉用无缝钢管的高压锅炉用无缝钢管的GB5310-1995GB5310-19952 2、运行金相检验：、运行金相检验：n珠光体球化珠光体球化n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。由碳的现象。n轻度石墨化的管材可以通过热处理（加热到轻度石墨化的管材可以通过热处理（加热到ACAC3 3以上保温）使组织恢复以上保温）使组织恢复第50页，共51页。谢谢第51页，共51页。
