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1.以化学成分分类： ①Cr系不锈钢 ②Cr-Ni系不锈钢 ③Cr-Ni-Mo系不锈钢 ④Cr-Mn-Ni系不锈钢等 2.以金相组织的分类： ①奥氏体不锈钢（200系、300系） ②铁素体不锈钢 （430、446等） ③马氏体不锈钢 （410系、420系以及440C系） ④双相不锈钢 （Cr18、Cr23、Cr22和Cr25 ） ⑤沉淀硬化不锈钢 2. 铁素体不锈钢 铁素体不锈钢基体以BCC结构的铁素体组织为主，有磁性，铁素体不锈钢含Cr=11%-30%，尚可含少量的Mo、Nb、Ti，低碳，基本不含Ni，耐氯化物应力腐蚀，点蚀等性能优良，但对晶界腐蚀敏感，低温韧性较差。 铁素体不锈钢经900℃保温并空冷后显微组织为F及沿轧制方向分布的碳化物；经1200℃加热并水淬后得到显微组织为铁素体＋低碳马氏体（Fδ+M），如下图。 一般含碳量低，含Cr量偏高时，钢的显微组织为F 。  3. 马氏体不锈钢 马氏体不锈钢基体为马氏体，有磁性，通过热处理可调整其力学性能。马氏体不锈钢高温状态组织为奥氏体，经过淬火后，奥氏体转变为马氏体，故称其马氏体不锈钢。 成分：含Cr12～14%，含C：0.1～0.4%，Cr13型。 常用牌号：12Cr13、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。 热处理及金相组织： 退火或高温回火 ：铁素体+ 低碳马氏体 淬火：马氏体+少量δ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 δ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。  10Cr13，650 ℃回火，组织为回火索氏体＋铁素体 4. 奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢基体以面心立方结构的奥氏体为主，无磁性。 一般含Cr：16-25% ，Ni：7-20% ，经适当热处理后，在室温下得到单一A，如图4为奥氏体不锈钢。 奥氏体-铁素体双相不锈钢基体为A+F，有磁性。这类钢因扩大γ区和稳定奥氏体元素的作用程度，不足以使钢在常温或很高的温度下具有纯奥氏体组织，因此为奥氏体－铁素体两相组织，其铁素体量也因成分及加热温度不同而可在较大的范围内变化。 成分、牌号、特点 成分：含Cr：16～25%，含Ni：7～20%，基本成分18%Cr，8%Ni，通常称为18-8型不锈钢。 常用牌号：304（18Cr-8Ni）、321 （18Cr-9Ni-Ti） 、347 （18Cr-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；切削加工较困难。 热处理及金相组织： 固溶处理：1050～1100℃， 组织：奥氏体（过热：晶粒长大，δ铁素体形成）。 敏化：500～850℃，组织：晶界析出低碳马氏体，晶界贫铬。 稳定化：850～900℃，组织：A+MC（TiC、NbC）抑制晶间腐蚀。 消除应力：低温处理：300~350℃，高温处理800℃以上； 消除σ相：通过820℃以上的加热或固溶处理消除。  奥氏体＋少量铁素体 δ铁素体对马氏体不锈钢的韧性塑性和强度产生不利影响，应该控制不锈钢工件中δ铁素体含量如汽轮机叶片的M不锈钢中规定δ铁素体必须低于5%。 5.双相不锈钢 在18-8 A不锈钢的基础上，增加扩大α相的元素如Cr,Mo,Al,Si,Nb等，减少扩大γ相的元素如Ni,N,Mn等，当不锈钢中δ铁素体含量很高而接近A含量时，即为A-F双相不锈钢。 双相不锈钢的晶间腐蚀倾向比A不锈钢小抗应力腐蚀能力也高于A不锈钢，双相不锈钢比F不锈钢韧性好，双相不锈钢比A不锈钢强度高，塑性及冷，变形性比A不锈钢差。 双相不锈钢的组织也有不同点： ①α’相 产生'475℃脆性’。固溶处理后双相不锈钢具有(α+γ)双相组织，再经400~550℃长期加热后，在F内会发生α→α’转变，硬度增加，韧性显著降低。α’相可用透射电镜薄膜技术观察。 ②σ相 具有(α+γ)双相组织的不锈钢在650~950℃范围内加热后，在F内回发生α→γ’+σ反应，产生σ相。 ③χ相 具有(α+γ)双相组织的不锈钢在650~950℃范围内加热后，在F内回发生α→γ’+χ反应，产生χ相 ，χ相与σ相一样也是一种无磁性的脆性相，同样显著降低钢的塑性韧性和耐蚀性。 ④R相 化学式为Fe2Mo或Fe24Cr1.3MoSi也是一种脆性相，降低钢的韧性和耐点蚀性。 ⑤Fe3Cr3Mo2Si2相 固溶后在450~750℃中间时效时产生在晶界上。会导致18-5双相不锈钢550~650℃区间的沿晶脆断。有点像'475℃脆性’。双相不锈钢因为有'475℃脆性’(α’相,Fe3Cr3Mo2Si2相)和σ脆性质σ相,χ相)其工艺和使用也受到了限制。固溶后要快冷；避免一些温度范围内长时间加热，使用温度应不要超过316 ℃。  二.不锈钢中的组织和相 不锈钢中的组织和相主要有铁素体、奥氏体、马氏体、δ铁素体、σ相、碳化物相（K相）。 δ铁素体： δ相是在高温区域形成的相，一般称为δ铁素体或高温铁素体。以区别于低温α铁素体。δ铁素体是体心立方晶格，但晶格常数与α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。  σ相： σ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）。 σ相一般在500℃~900℃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δ铁素体的存在均会促进σ相的析出。  σ相的危害： σ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。σ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。 σ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。σ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σ相的危害性较大，应尽力避免该相的出现。 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、M6C、M23C6、M7C3几种类型，它与钢中的含碳量与合金元素有关。 三. 金相评定与检验 1.检验方法 低倍检验： GB/T226-2015 钢的低倍组织及缺陷酸蚀试验方法 高倍检验： 非金属夹杂物：GB/T10561-2023 《钢中非金属夹杂物显微评定方法》、ASTM E45 -2018 《钢中夹杂物含量的测定》。 奥氏体晶粒度：GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》ASTM E112 《平均晶粒度测定的试验方法标准》。 铁素体含量 ：GB/T13305-2008《奥氏体不锈钢中α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α-相面积含量金相测定法》，ASTM E562-2019 《铁素体含量金相检测》。
2.双相不锈钢的相比例检测 常用的铁素体测量方法有三种：化学分析-图谱法，金相法，磁性法 化学分析-图谱法，即Schacffler图铁素体测量法，用化学分析法测试铬、镍、锰等合金元素成分，按一定关系计算出铬、镍当量，对照Schacffler图，查出铁素体量。这是一种根据金属化学成分粗略估计铁素体含量的方法。 金相法分常规比较金相法和定量金相法。比较金相法测量误差大，不再使用。定量金相法又分为手工定量金相法和图像分析仪定量法。手工定量金相法由于是人工目视评定，其准确性、重现性差，如今很少采用。常用的图像分析仪定量法，一般采用美国材料与试验协会标准ASTM E562《用系统人工点计数测定体积分数的试验方法》。 磁性法基于对奥氏体焊缝金属表面永久磁性抗力的测量，测量焊缝金属铁素体含量。铁素体（δ相）组织是铁磁性的，而奥氏体（γ相）、碳化物和σ相都不是铁磁性的，不会影响测量结果。此法被国际焊接学会作为标准采用，认为这是测量不锈钢焊缝铁素体含量最好的方法之一。但被测试样的化学成分、晶格常数、铁素体组织形态分布不均，在不同的轧制方向，测量值会有所不同，测量重现性和准确性差。因此，在工程实际检测时需要多位置测量，每一位置多次测量取其算术平均值作为结论值。
四、金相测定的应用 金相检验广泛应用于金属材料的研究和工程实践中。具体应用包括： 1. 材料研究：金相检验可以用于研究金属材料的晶粒生长规律、相变行为和力学性能等。通过观察和分析金相组织，可以揭示材料的微观结构特征和性能变化规律。 2. 质量控制：金相检验可以用于对金属材料的质量进行控制和评估。通过观察和分析金相组织，可以判断材料是否存在缺陷、杂质和非金属夹杂物等。 3. 故障分析：金相检验可以用于对金属材料的故障进行分析和判断。通过观察和分析金相组织，可以找出材料的疲劳裂纹、腐蚀损伤和焊接缺陷等问题，为故障分析和事故调查提供依据。 4. 材料鉴定：金相检验可以用于对金属材料的种类和质量进行鉴定。通过观察和分析金相组织，可以判断材料的成分、热处理状态和加工工艺等。 五.金相组织调控 金相组织调控是通过调整材料的制备和加工工艺，实现对金属材料微观组织结构的控制。通过合理的组织调控，可以提高金属材料的各种性能，如强度、韧性、耐腐蚀性等。同时，还可以开发出具有优异性能的新型金属材料，推动相关领域的技术进步。 |
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