引言
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(zhì)中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性的高合金鋼。根據(jù)GB/T 13304.2-2008[1]《鋼的分類》以及國際上通用方法，按金相組織劃分將不銹鋼劃分為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、氧化性能、通常還具有優(yōu)異的力學(xué)性能（如強(qiáng)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(jī)械、輕工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。本文將分別介紹這五類不銹鋼的低倍組織、非金屬夾雜物、晶粒度、耐腐蝕性能等金相檢驗(yàn)。
1 不銹鋼的分類及金相組織
1.1 鐵素體不銹鋼
基體以體心立方晶體結(jié)構(gòu)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(qiáng)化的不銹鋼。含Cr：11~30%，尚可含少量的Mo、Nb、Ti，基本上不含Ni，強(qiáng)度較高，耐氯化物應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕等性能優(yōu)良，但對(duì)晶界腐蝕敏感，低溫韌性較差。主要鋼號(hào)有06Cr13Al、10Cr17、10Cr17Mo、008Cr27Mo、008Cr30Mo2等。這類鋼經(jīng)900℃保溫并空冷后顯微組織為：鐵素體及沿軋制方向分布的碳化物；經(jīng)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(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼。馬氏體不銹鋼在高溫狀態(tài)的組織為奧氏體，經(jīng)過淬火后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，故稱其為馬氏體不銹鋼。馬氏體不銹鋼最常見的鋼號(hào)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(qiáng)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(jié)構(gòu)的奧氏體組織（γ相）為主，無磁性，主要通過冷加工使其強(qiáng)化的不銹鋼。奧氏體不銹鋼一般含Cr 16%~25%含Ni 7%~20%適當(dāng)熱處理后，室溫下為單一的A組織。常見的鋼號(hào)有12Cr18Ni9，06Cr18Ni11Ti，06Cr19Ni10，304，316等有良好的塑性、韌性和耐蝕性，應(yīng)用很廣泛
圖5. 304，組織為單一的奧氏體
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(qiáng)化的不銹鋼。典型鋼種有022Cr22Ni5Mo3N，022Cr26Ni7Mo3N等。國家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)其金相含量檢驗(yàn)的方法有GB/T 13305-2008[2]《不銹鋼中α－相面積含量金相測(cè)定法》。
圖6. 鐵氰化鉀、氫氧化鉀水溶液侵蝕，組織為白色的奧氏體和灰黑色(實(shí)為棕色)的鐵素體，鐵素體的體積分?jǐn)?shù)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(shí)效硬化）使其強(qiáng)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(qiáng)度；耐均勻腐蝕能力優(yōu)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(yàn)
2.1不銹鋼的低倍組織及缺陷的試驗(yàn)方法
可以根據(jù)GB/T 226-1991[3]《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕試驗(yàn)法》進(jìn)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(chǎn)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(píng)定可以參照GB/T 1979-2001[4] 《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。另外標(biāo)準(zhǔn)GB/T1220-2007《不銹鋼棒》中規(guī)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(diǎn)。對(duì)較高級(jí)鋼棒，其一般疏松、中心疏松、偏析均不得超過二級(jí)；對(duì)普通鋼棒，其上述級(jí)別均不得超過三級(jí)。
2.2 不銹鋼中的非金屬夾雜物的評(píng)級(jí)
可按照GB/T 10561-2005[5]《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定方法》進(jìn)行取樣，經(jīng)研磨、拋光后觀察整個(gè)拋光面的情況，取最嚴(yán)重視場(chǎng)進(jìn)行夾雜物評(píng)級(jí)。在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10561-2005中介紹了五類夾雜物，A類（硫化物），B類（氧化鋁），C類（硅酸鹽），D類（球狀氧化物），DS類（單顆粒球狀類）。
圖8. 316不銹鋼中硫化物夾雜
2.3 奧氏體鋼的晶粒度檢驗(yàn)
試樣經(jīng)研磨、拋光及腐蝕后，按照GB/T 6394-2002[6]《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》 采用比較法，面積法，截距法進(jìn)行晶粒度評(píng)級(jí)。
圖9. 304不銹鋼，奧氏體晶粒度等級(jí)6.5級(jí)
2.4 不銹鋼的耐腐蝕性能
可按照GB/T4334-2008[7]《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)和評(píng)級(jí)。
圖10. 12Cr18Ni9鋼1050℃固溶;王水甘油溶液侵蝕;均勻等軸的A組織,晶內(nèi)有孿晶
圖11. 12Cr18Ni9鋼1050℃固溶+650℃敏化;10%草酸水溶液電解,硫酸硫酸銅腐蝕傾向試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沿晶腐蝕
3 結(jié)束語
隨著不銹鋼的應(yīng)用越來越廣泛，通過金相檢驗(yàn)等手段，來判定不銹鋼的工藝性能、力學(xué)性能、耐腐蝕性能等能否滿足應(yīng)用要求已經(jīng)變得越來越重要。
參考文獻(xiàn)
[1] GB/T 13304.2-2008《鋼的分類》.
[2] GB/T 13305-2008《不銹鋼中α－相面積含量金相測(cè)定法》.
[3] GB/T 226-1991《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕試驗(yàn)法》.
[4] GB/T 1979-2001 《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》.
[5] GB/T 10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定方法》.
[6] GB/T 6394-2002《金屬平均晶粒度測(cè)定方法》.
[7] GB/T4334-2008《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》.
本文由深圳市美信檢測(cè)技術(shù)股份有限公司材料工程師投稿，材料牛編輯整理。
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