鐵素體的案例
鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、貝氏體、魏氏組織、馬氏體、萊氏體......一文識盡！
當鋼的奧氏體冷至稍高于上貝氏體形成溫度時，析出鐵素體有一部分碳原子從鐵素體并通過鐵素體/奧氏體相界遷移到奧氏體內，使奧氏體不均勻富碳，從而使奧氏體向鐵素體的轉變被抑制。這些奧氏體區域一般型如孤島，呈粒狀或長條狀，分布在鐵素體基體上，在連續冷卻過程中，根據奧氏體的成分及冷卻條件，粒貝內的奧氏體可以發生如下幾種變化。
1）全部或部分分解為鐵素體和碳化物。在電鏡下可見到彌散多向分布的粒狀、桿狀或小塊狀碳化物；
2）部分轉變為馬氏體，在光鏡下呈綜黃色；
3）仍保持富碳奧氏體。
粒狀貝氏體中的鐵素體基體上布有顆粒狀碳化物（小島組織原為富碳奧氏體，冷卻時分解為鐵素體及碳化物，或轉變為馬氏體或仍為富碳奧氏體顆粒）。羽毛狀貝氏體，基體為鐵素體，條狀碳化物于鐵素體片邊緣析出。下貝氏體，針狀鐵素體上布有小片狀碳化物，片狀碳化物于鐵素體的長軸大致是55~60度角。
6. 魏氏組織
它是一種過熱組織，由彼此交叉約60度角的鐵素體針片嵌入鋼鐵的基體而成。粗大的魏氏組織使鋼材的塑性、韌性下降，脆性增加。亞共析鋼加熱時因過熱而形成粗晶，冷卻時又快速析出，故鐵素體除沿奧氏體晶界成網狀析出外，還有一部分鐵素體從晶界向晶內按切變機制形成并排成針狀獨自析出，這種分布形態的組織稱為魏氏組織。過熱過共析鋼冷卻時滲碳體也會形成針狀自晶界向晶內延伸而形成魏氏組織。
7. 馬氏體
碳在α-Fe中的過飽和固溶體稱為馬氏體。馬氏體有很高的強度和硬度，但塑性很差，幾乎為零，用符號M表示，不能承受沖擊載荷。馬氏體是過冷奧氏體快速冷卻，在Ms與Mf點之間的切變方式發生轉變的產物。
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當鋼的奧氏體冷至稍高于上貝氏體形成溫度時，析出鐵素體有一部分碳原子從鐵素體并通過鐵素體/奧氏體相界遷移到奧氏體內，使奧氏體不均勻富碳，從而使奧氏體向鐵素體的轉變被抑制。這些奧氏體區域一般型如孤島，呈粒狀或長條狀，分布在鐵素體基體上，在連續冷卻過程中，根據奧氏體的成分及冷卻條件，粒貝內的奧氏體可以發生如下幾種變化。
1）全部或部分分解為鐵素體和碳化物。在電鏡下可見到彌散多向分布的粒狀、桿狀或小塊狀碳化物；
2）部分轉變為馬氏體，在光鏡下呈綜黃色；
3）仍保持富碳奧氏體。
粒狀貝氏體中的鐵素體基體上布有顆粒狀碳化物（小島組織原為富碳奧氏體，冷卻時分解為鐵素體及碳化物，或轉變為馬氏體或仍為富碳奧氏體顆粒）。羽毛狀貝氏體，基體為鐵素體，條狀碳化物于鐵素體片邊緣析出。下貝氏體，針狀鐵素體上布有小片狀碳化物，片狀碳化物于鐵素體的長軸大致是55~60度角。
6. 魏氏組織
它是一種過熱組織，由彼此交叉約60度角的鐵素體針片嵌入鋼鐵的基體而成。粗大的魏氏組織使鋼材的塑性、韌性下降，脆性增加。亞共析鋼加熱時因過熱而形成粗晶，冷卻時又快速析出，故鐵素體除沿奧氏體晶界成網狀析出外，還有一部分鐵素體從晶界向晶內按切變機制形成并排成針狀獨自析出，這種分布形態的組織稱為魏氏組織。過熱過共析鋼冷卻時滲碳體也會形成針狀自晶界向晶內延伸而形成魏氏組織。
7. 馬氏體
碳在α-Fe中的過飽和固溶體稱為馬氏體。馬氏體有很高的強度和硬度，但塑性很差，幾乎為零，用符號M表示，不能承受沖擊載荷。馬氏體是過冷奧氏體快速冷卻，在Ms與Mf點之間的切變方式發生轉變的產物。
展開 資訊 | 馬氏體、鐵素體、奧氏體、雙相不銹鋼的簡單介紹
（9）仍有高鉻鐵素體不銹鋼的各種脆性傾向，不宜用在高于 300°C 的工作條件。 雙相不銹鋼中含鉻量愈低，σ 等脆性相的危害性也愈小。
雙相不銹鋼（Duplex Stainless Steel，簡稱 DSS），指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達到 3O%的不銹鋼。
雙相不銹鋼從 20 世紀 40 年代在美國誕生以來，已經發展到第三代。它的主 要特點是屈服強度可達 400-550MPa，是普通不銹鋼的 2 倍，因此可以節約用材， 降低設備制造成本。在抗腐蝕方面，特別是介質環境比較惡劣（如海水，氯離子 含量較高）的條件下，雙相不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕及腐蝕疲勞性 能明顯優于普通的奧氏體不銹鋼，可以與高合金奧氏體不銹鋼媲美。
雙相不銹鋼具有良好的焊接性能，與鐵素體不銹鋼及奧氏體不銹鋼相比，它 既不像鐵素體不銹鋼的焊接熱影響區，由于晶粒嚴重粗化而使塑韌性大幅降低， 也不像奧氏體不銹鋼那樣，對焊接熱裂紋比較敏感。
雙相不銹鋼由于其特殊的優點，廣泛應用于石油化工設備、海水與廢水處理設備、輸油輸氣管線、造紙機械等工業領域，近年來也被研究用于橋梁承重結構 領域，具有很好的發展前景。
展開 原材料的選擇、熔煉工藝的制定、溫度的掌握，如何控制鑄態鐵素體球墨鑄鐵件質量？
3.1.1 碳、硅 生產鑄態鐵素體球鐵是采用高碳、低硅，大孕育量的方法。碳、硅元素對球鐵性能有較大影響。通常是以碳當量來綜合考慮。碳當量的選擇主要著眼于改善鑄造性能、消除鑄造缺陷，獲得健全鑄件和高的機械性能。我公司鑄態鐵素體球鐵要求鐵素體基體組織含量大于80%，且不允許有滲碳體存在。因此在設計碳當量時應以鑄件不出現石墨飄浮，不出白口，保證球化為準則，碳當量控制在4.3-4.8%，其中碳為3.3-3.9%，原鐵水硅量為1.2-1.6%，終硅量為2.6-3.0%。但硅量不宜過高，因為硅強化鐵素體基體，使之變脆，塑性韌性下降。
3.1.2 錳 錳是促進珠光體生成的元素，它固溶鐵素體中提高強度降低韌性，對生產鑄態鐵素體球鐵是不利的，因此要求錳盡可能的低，控制含錳量低于0.4%，薄小件低于0.2%。
3.1.3 磷、硫
磷、硫都是有害元素，磷高易在基體晶界上形成磷共晶，使材質的伸長率下降，脆性增加。硫高會造成球化元素殘留量少而導致球化不良，以及鑄件產生皮下氣孔，夾渣等鑄造缺陷。我們控制磷含量0.06%以下，球化處理前原鐵水含硫量0.04%以下，處理后小于0.02%.
3.1.4 鎂、稀土殘留量 鑄鐵中應有一定的鎂和稀土元素的殘留量才能保證石墨成球。鎂在鐵水中主要起球化作 用，稀土主要是除氣，脫硫和中和干擾元素，起到凈化鐵水的作用。鎂和稀土又是強烈形成碳化物元素，如果殘留量過高，惡化石墨形態，增大鑄件白口傾向和夾渣、縮孔、皮下氣孔等鑄造缺陷。因此，在生產鑄態鐵素體球鐵件時，在保證球化良好的情況下，應盡可能降低鎂和稀土的殘留量，這一點對于薄小件尤為重要。通常殘留鎂量控制在0.03-0.05%，殘留稀土量控制在0.02-0.03%。
展開 
GB/T150.4-2024新版（壓力容器 第4部分：制造、檢驗和驗收）中的應用，新版標準在2025年2月1日開始實施，其中對鐵素體含量的檢測規范有了進一步的明確
b)對冷成形鉻鎳奧氏體型不銹鋼封頭,應采用鐵素體儀、參照 GB/T 1954 在相互垂直的兩條母線上進行檢測。其中,橢圓形封頭、碟形封頭檢測點至少應包括頂點、小半徑轉角部位4個點直邊靠近端口部位4個點,錐形封頭檢測點至少應包括大、小端靠近端口部位各4個點和中部4個點,對半球形封頭檢測點至少包括頂點、靠近端口部位4個點、頂點與端口中間部位4個點、測得的鐵素體顯示含量應符合8.3.1.4、8.3.1.5的要求，且壓力容器制造單位應對成形封頭逐只進行復驗。對先拼板后成形的封頭，檢測部位應包括焊縫。
FERRITE-CHECK 140鐵素體儀是一款便攜小巧的儀器，可隨身攜帶至現場對母材及焊縫進行檢測鐵素體含量。
FERRITE-CHECK 240鐵素體儀是一款分體式設計的儀器，功能豐富，是測鐵素體含量的首選儀器。
技術支持及服務：青島浩正科儀智能技術有限公司
展開 鑄造手冊：鐵素體球鐵和球光體球鐵生產細節分析
球鐵的生產和研究現狀
1. 1常規球鐵
目前常規球鐵——即以鐵素體和珠光體為基體的球鐵仍占球鐵產量中的絕大部分比例，因此注意提高常規球鐵的性能和質量，在保持球鐵的競爭地位中起了重要的作用。
1．1． 1對影響球鐵質量的因素加強控制
球鐵的組織與性能取決于鑄鐵的成份和結晶條件以及所用球化劑的質量，研究認為為了確保球鐵的機械性能，必須針對鑄件具體壁厚、澆注溫度、所用球化劑、球化處理工藝、冷卻參數的優化以及有效的排渣措施進行嚴格控制，而適當的降低碳當量，合金化和熱處理是改善球鐵的有效措施。
1．1．2有效控制鐵素體球鐵和球光體球鐵的生產
控制球鐵基體的主要因素有鑄鐵的成份、所用球化劑、孕育劑的類型，加入方法以及冷卻條件等。
鑄態鐵素體球鐵的成份控制
微過共晶成份，其中碳稍高，但不出現石墨漂浮，含硅稍低，孕育劑硅量應少于3%，錳越低越好，應使Mn<0.04%，硫、磷應低，使S≤0.02%、 P≤0.02％，這是因為硅可改善球鐵組織和相應的塑性，Si=3.0～3.5%可得到全部鐵素體組織。有研究指出，Si=2.6～2.8％時，鑄鐵具有最高的延伸率和沖擊韌性，但硅在鐵中的顯微偏析隨著含磷量的增加，這種偏析越嚴重，并對機械性能有不良影響，特別是當溫度低于零度時影響更大，而含硫低可以選用低鎂低稀土球化劑球化，并減少“黑斑”缺陷的產生，而“黑斑”主要是鎂、鈰硫化物和氧化物的聚集物，此外也要用低硅球化劑以保證可以進行多次孕育。
對珠光體球鐵而言，在生產時鑄鐵成份中錳可提高至0.8～1.0％，有些鑄件如果是用作耐磨性曲軸時，錳可提高至1.2～1.35％，生產鑄態珠光體元素銅。
展開 《Acta Materialia》：一種研究奧氏體-鐵素體相變的新型多晶模型！
目前為止，對于包含奧氏體和鐵素體的任意施加的熱曲線，預測和量化界面遷移仍是一項艱巨的挑戰。
荷蘭代爾夫特理工大學大學的研究人員擴展了之前的3D混合模型與傳質阻力理論耦合。新模型考慮了形核理論、化學驅動力和傳質阻力產生的能量消耗，能夠用最少的擬合參數量化奧氏體-鐵素體相變的動力學。相關論文以題為“A novel 3D mixed-mode multigrain model with efficient implementation of solute drag applied to austenite-ferrite phase transformations in Fe-C-Mn alloys”發表在Acta Materialia。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116897
本文計算得出的針對傳質阻力引起的能量消耗的解析結果比傳統方法要有效得多，傳統方法必須在預定范圍內計算吉布斯自由能隨界面速度的變化。這里提出的新方法是通用的，也可以在其他3D模擬中使用。該模型在預測連續冷卻，等溫保持和臨界熱循環過程中的整體轉變動力學方面表現良好。對于連續冷卻，可以合理地預測晶粒尺寸分布。還可以監控每個晶粒的相變行為，不同晶粒的相變行為差異很大。可以計算化學驅動力的局部吉布斯自由能和消耗量，能夠更好的了解界面速度變化的機理。
展開 《Acta Materialia》：高溫下氦注入納米鐵素體合金的氣泡形成！
輻射誘發空位的誘捕可能性、間隙原子和He原子可以通過吸收強度進行量化，這一概念推動了納米結構鐵素體合金(NFAs)的發展，該合金具有工程設計的高吸收強度微觀結構，例如通過傳統煉鋼技術生產的含有碳化物或氮化物析出的可鑄態納米結構合金(CNAs)，通過機械合金技術生產的氧化物分散強化(ODS)合金。多項研究表明，納米級的分散體在長時間的高溫環境下是穩定的，可以增強機械性能，提高材料的抗輻射性能，并將大量氦隔離到小氣泡中(氣泡與分散體的附著)。然而，仍然缺乏系統的輻照數據顯示納米顆粒的密度及其在鐵素體合金中的氨捕獲能力(結合能)如何影響高溫下的氦氣泡密度和尺寸。
美國田納西大學的研究人員通過掃描/透射顯微鏡觀察了Fe-9/10Cr合金和兩種彌散增強納米合金(CNA3和14YWT)的氦泡形成。表明兩種納米合金中的納米粒子都能有效捕獲He。在納米結構合金中，可以將氦隔離至更小的氣泡中(這導致更低的體積膨脹值，并保護氦不受晶界的影響)來控制非常高的氦濃度。相關論文以題為“Bubble formation in helium-implanted nanostructured ferritic alloys at elevated temperatures”發表在Acta Materialia。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.117165
本文使用的合金分別為鐵素體合金Fe-9/10Cr(無納米顆粒)、CNA3(納米顆粒密度中等)和14YWT(納米顆粒密度最高)，在所有溫度下，He注入材料的腔密度大致為Fe-9/10Cr＜CNA3＜14YWT，與納米粒子密度直接對應，而空腔大小順序相反。
展開 奧氏體不銹鋼中鐵素體的作用、檢測及預測
鐵素體是奧氏體不銹鋼中的重要組成部，具有體心立方結構，有磁性，分為α鐵素體和δ鐵素體。
焊接時奧氏體不銹鋼形成的鐵素體，是由液態向固態轉變時形成的鐵素體，此種鐵素體稱為δ鐵素體（也叫高溫鐵素體）；而由奧氏體析出的鐵素體也就是α鐵素體，兩者因轉變溫度不同而有著 本質上的區別。
α鐵素體：C溶解在α鐵形成的間隙固溶體，常用符號F表示，是鐵素體不銹鋼的主要組成；
δ鐵素體：C溶解在δ鐵形成的間隙固溶體，也稱高溫鐵素體，在奧氏體不銹鋼焊縫中起著極其重要的作用；
1.2 鐵素體的形成機理
所有不同種類的不銹鋼都是Cr含量12%以上的鐵基合金。不銹鋼的組織結構由合金元素含量（也就是鉻、鎳當量）所決定。
對不銹鋼，合金元素可分為兩大類，即鐵素體形成元素（也稱鉻當量元素）和奧氏體形成元素（也稱鎳當量元素），兩大類元素的平衡關系決定了組織中鐵素體含量的多少。奧氏體形成元素主要有C、N 、Mn、Ni、Cu等，鐵素體形成元素主要有Cr、Mo、Si、Nb、Al、Ti等。
合金元素對不銹鋼的作用
鉻鎳奧氏體鋼凝固時，根據不同的化學成分可能會有3種結晶模式，即A全奧氏體模式、AF（初析奧氏體并在凝固終了前，共晶生成部分鐵素體）凝固模式和FA（初析鐵素體并在凝固終了前形成部分奧氏體）凝固模式。焊縫凝固模式不同，焊縫凝固的開裂敏感性也不同。FA凝固模式抗凝固裂紋能力最強，全奧氏體凝固模式抗裂能力最差。
而鉻鎳奧氏體焊縫的凝固模式主要取決于焊縫金屬的[Cr/Ni]eq，有文獻研究表明當[Cr/Ni]eq＞（1.47-1.58）時為FA凝固模式，當（1.47-1.58）＞[Cr/Ni]eq＞（1.14-1.24）為AF凝固模式，當[Cr/Ni]eq＜1.14-1.24）為全奧氏體凝固模式，可為設計者提供參考。
展開 鋼材韌性及斷裂原因研究
1.鐵素體-珠光體鋼斷裂
鐵素體-珠光體鋼占鋼總產量的絕大多數。它們通常是含碳量在0.05%～0.20%之間的鐵-碳和為提高屈服強度及韌性而加入的其它少量合金元素的合金。
鐵素體-珠光體的顯微組織由BBC鐵（鐵素體）、0.01%C、可溶合金和Fe3C組成。在碳含量很低的碳鋼中，滲碳體顆粒（碳化物）停留在鐵素體晶粒邊界和晶粒之中。但當碳含量高于0.02%時，絕大多數的Fe3C形成具有某些鐵素體的片狀結構，而稱為珠光體，同時趨向于作為“晶粒”和球結（晶界析出物）分散在鐵素體基體中。含碳量在0.10%～0.20%的低碳鋼顯微組織中，珠光體含量占10%～25%。
盡管珠光體顆粒很堅硬，但卻能非常廣泛地分散在鐵素體基體上，并且圍繞鐵素體輕松地變形。通常，鐵素體的晶粒尺寸會隨著珠光體含量的增加而減小。因為珠光體球結的形成和轉化會妨礙鐵素體晶粒長大。因此，珠光體會通過升高d-1/2（d為晶粒平均直徑）而間接升高拉伸屈服應力δy。
從斷裂分析的觀點看，在低碳鋼中有兩種含碳量范圍的鋼，其性能令人關注。一是含碳量在0.03%以下，碳以珠光體球結的形式存在，對鋼的韌性影響較小；二是含碳量較高時，以球光體形式直接影響韌性和夏比曲線。
2.處理工藝的影響
實踐得知，水淬火鋼的沖擊性能優于退火或正火鋼的沖擊性能，原因在于快冷阻止了滲碳體在晶界形成，并促使鐵素體晶粒變細。
許多鋼材是在熱軋狀態下銷售，軋制條件對沖擊性能有很大影響。較低的終軋溫度會降低沖擊轉變溫度，增大冷卻速度和促使鐵素體晶粒變細，從而提高鋼材韌性。厚板因冷卻速度比薄板慢，鐵素體晶粒比薄板粗大。所以，在同樣的熱處理條件下厚板比薄板更脆性。因此，熱軋后常用正火處理以改善鋼板性能。
熱軋也可生產各向異性鋼和各種混合組織、珠光體帶、夾雜晶界與軋制方向一致的定向韌性鋼。
展開 鋼材為什么斷裂？
鐵素體-珠光體鋼斷裂
鐵素體-珠光體鋼占鋼總產量的絕大多數。它們通常是含碳量在0.05%～0.20%之間的鐵-碳和為提高屈服強度及韌性而加入的其它少量合金元素的合金。
鐵素體-珠光體的顯微組織由BBC鐵（鐵素體）、0.01%C、可溶合金和Fe3C組成。在碳含量很低的碳鋼中，滲碳體顆粒（碳化物）停留在鐵素體晶粒邊界和晶粒之中。但當碳含量高于0.02%時，絕大多數的Fe3C形成具有某些鐵素體的片狀結構，而稱為珠光體，同時趨向于作為“晶粒”和球結（晶界析出物）分散在鐵素體基體中。含碳量在0.10%～0.20%的低碳鋼顯微組織中，珠光體含量占10%～25%。
盡管珠光體顆粒很堅硬，但卻能非常廣泛地分散在鐵素體基體上，并且圍繞鐵素體輕松地變形。通常，鐵素體的晶粒尺寸會隨著珠光體含量的增加而減小。因為珠光體球結的形成和轉化會妨礙鐵素體晶粒長大。因此，珠光體會通過升高d-1/2（d為晶粒平均直徑）而間接升高拉伸屈服應力δy。
從斷裂分析的觀點看，在低碳鋼中有兩種含碳量范圍的鋼，其性能令人關注。一是，含碳量在0.03%以下，碳以珠光體球結的形式存在，對鋼的韌性影響較小；二是，含碳量較高時，以球光體形式直接影響韌性和夏比曲線。
2. 處理工藝的影響
實踐得知，水淬火鋼的沖擊性能優于退火或正火鋼的沖擊性能，原因在于快冷阻止了滲碳體在晶界形成，并促使鐵素體晶粒變細。
許多鋼材是在熱軋狀態下銷售，軋制條件對沖擊性能有很大影響。較低的終軋溫度會降低沖擊轉變溫度，增大冷卻速度和促使鐵素體晶粒變細，從而提高鋼材韌性。
展開 
不銹鋼壓力容器的焊接技術
對于鉻鎳型奧氏體不銹鋼，特別是鉻鎳鉬型不銹鋼，易發生δ→σ相轉變，這主要是由于鉻、鉬元素具有明顯的σ化作用，當焊縫中δ鐵素體含量超過12％時，δ→σ的轉變非常明顯，造成焊縫金屬的明顯的脆化，這也就是為什么熱壁加氫反應器內壁堆焊層將δ鐵素體含量控制在3％~10％的原因。
2. 鐵素體不銹鋼及其焊接特點
鐵素體不銹鋼分為普通鐵素體不銹鋼和超純鐵素體不銹鋼兩大類，其中普通鐵素體不銹鋼有Cr12 ~ Cr14型，如00Cr12、0Cr13Al；Cr16 ~ Cr18型，如1Cr17Mo；Cr25 ~ 30型。
由于普通鐵索體不銹鋼中的碳、氮含量較高，故加工成形及焊接都較困難，耐蝕性也難以保證，使用受到限制，在超純鐵素體不銹鋼中嚴格控制了鋼中的碳和氮總量，一般控制在0.035％ ~ 0.045％、0.030％、0.010％ ~ 0.015％三個層次，同時還加進必要的合金元素以進一步進步鋼的耐腐蝕性和綜合性能。與普通鐵素體不銹鋼相比，超純高鉻鐵素體不銹鋼具有很好的耐均勻腐蝕、點蝕及應力腐蝕性能，較多的應用于石化設備中。鐵素體不銹鋼有以下焊接特點：
① 焊接高溫作用下，在加熱溫度達到1000℃以上的熱影響區特別在近縫區的晶粒會急劇長大，焊后即使快速冷卻，也無法避免因晶粒粗大化引起的韌性急劇下降及較高的晶間腐蝕傾向。
② 鐵素體鋼本身含鉻量較高，有害元素碳、氮、氧等也較多，脆性轉變溫度較高，缺口敏感性較強。因此，焊后脆化現象較為嚴重。
③ 在400℃ ~ 600℃長時間加熱緩冷時，會出現475℃脆化，使常溫韌性嚴重下降。在550℃ ~ 820℃長時間加熱后，則輕易從鐵素體中析出σ相，也明顯降低其塑、韌性。
3. 馬氏體不銹鋼及其焊接特點
馬氏體不銹鋼可分為Cr13型馬氏體不銹鋼、低碳馬氏體不銹鋼和超級馬氏體不銹鋼。
展開 不銹鋼如何選擇焊接材料
為了降低熱裂紋敏感性,焊材制造商向焊材中加入鐵素體形成元素(圖4)。鐵素體相使得奧氏體晶粒變細,從而抗裂紋能力增大。
圖4 避免熱裂紋,多數奧氏體型焊材都含有少量的鐵素體。圖片表示309L焊材中的奧氏體基體上分布的鐵素體相(灰色部分)。
磁鐵不會吸住奧氏體焊縫金屬,但是手持磁鐵時可以感受到輕微的吸力。但是,這也造成一些用戶錯認為產品貼錯了標簽,或者用錯了焊材(特別是包裝上標簽被撕掉時)。
焊材中的鐵素體數量取決于應用的服役溫度。例如,過多的鐵素體降低了低溫時的韌性。因此,用于LNG管道的308型焊材的鐵素體數在3-6之間,而標準308型焊材的鐵素體數為8。簡言之,焊材可能看起來很相似,但是很微小的成分差別有時就會造成很大的差別。
如何更輕松地焊接雙相不銹鋼?
通常,雙相不銹鋼組織中的奧氏體相和鐵素體相各占50%左右。鐵素體相的存在可以提高強度和耐應力腐蝕性能,而奧氏體相可以提高韌性。兩相的共同作用使得雙相不銹鋼的性能更加優異(圖5)。雙相不銹鋼的范圍很廣,最常見的型號是2205:含有22%Cr,5%Ni,3%Mo以及0.15%N。
圖5 雙相不銹鋼綜合了鐵素體和奧氏體的優點。
展開 不銹鋼如何選擇焊接材料，你真的知道嗎？
為了降低熱裂紋敏感性,焊材制造商向焊材中加入鐵素體形成元素(圖4)。鐵素體相使得奧氏體晶粒變細,從而抗裂紋能力增大。
圖4 避免熱裂紋,多數奧氏體型焊材都含有少量的鐵素體。圖片表示309L焊材中的奧氏體基體上分布的鐵素體相(灰色部分)。
磁鐵不會吸住奧氏體焊縫金屬,但是手持磁鐵時可以感受到輕微的吸力。但是,這也造成一些用戶錯認為產品貼錯了標簽,或者用錯了焊材(特別是包裝上標簽被撕掉時)。
焊材中的鐵素體數量取決于應用的服役溫度。例如,過多的鐵素體降低了低溫時的韌性。因此,用于LNG管道的308型焊材的鐵素體數在3-6之間,而標準308型焊材的鐵素體數為8。簡言之,焊材可能看起來很相似,但是很微小的成分差別有時就會造成很大的差別。
如何更輕松地焊接雙相不銹鋼?
通常,雙相不銹鋼組織中的奧氏體相和鐵素體相各占50%左右。鐵素體相的存在可以提高強度和耐應力腐蝕性能,而奧氏體相可以提高韌性。兩相的共同作用使得雙相不銹鋼的性能更加優異(圖5)。雙相不銹鋼的范圍很廣,最常見的型號是2205:含有22%Cr,5%Ni,3%Mo以及0.15%N。
圖5 雙相不銹鋼綜合了鐵素體和奧氏體的優點。圖片是鐵素體基體上分布著奧氏體相(白色部分)的雙相焊縫組織
在焊接雙相不銹鋼時,太多鐵素體的存在可能造成一些問題(電弧的熱量使得鐵素體基體中的原子重新排序)。為此,焊材需要提供更多的奧氏體形成元素,通常是比母材高2-4%的Ni。例如,焊接2205不銹鋼時用的藥芯焊絲含有8.85%Ni。
焊后,焊縫中的鐵素體含量在25-55%之間(也可能更高)。
展開 低碳齒輪鋼帶狀組織評定的熱處理工藝影響分析
一次帶狀組織為原始帶狀，是由鋼液澆鑄時產生的枝晶偏析造成的；二次帶狀組織是在一次帶狀的基礎上，進行軋制或熱處理過程中，由于合金元素的偏析，造成相變點 Ac3在偏析區域的不同，Ac3高處，先析出鐵素體，并將碳向兩側排出，兩側的碳含量升高，Ac3降低，更不易析出鐵素體，當冷卻溫度達到 Ac1時，生成珠光體，最終在熱處理結束后先共析鐵素體帶和珠光體帶彼此堆疊的帶狀組織。
通過對比不同熱處理狀態下的帶狀組織評級結果發現，等溫正火處理后，20CrMnTiH3 屬于平衡態組織，呈現清晰的鐵素體+珠光體組織，使用 GB/T 34474.1—2017 和 GB/T 13299—1991 都滿足標準，可完成帶狀組織評定。但18CrNiMo、19CN5 因存在含量較高的 Ni、Mo，過冷奧氏體穩定性增大，奧氏體向珠光體的轉變的孕育期加長，而貝氏體轉變的孕育期縮短，C 曲線右移的同時形狀也發生變化，出現兩個鼻子，在低冷卻速度下也容易形成貝氏體組織，其淬透性更強，高溫擴散階段未充分轉變的殘留奧氏體容易轉變為馬氏體、貝氏體等第二類組織。因此，18CrNiMo、19CN5 系低碳齒輪鋼無法通過等溫正火來徹底消除組織中的第二類組織。
完全退火處理后鋼中的貝氏體組織已完全消除，呈現清晰的鐵素體+珠光體條帶，但鐵素體帶的寬度明顯增加。在 GB/T 13299—1991 中并沒用將鐵素體條帶寬度作為帶狀級別評價準則，但在一些齒輪行業標準中，鐵素體條帶寬度是帶狀組織評級的重要量化指標。三種試驗鋼完全退火后其帶狀級別均比等溫正火處理后的樣品明顯偏高。這是因為在完全退火處理時，冷卻速度慢，試料在先共析鐵素體轉變區域停留的時間過長，先共析鐵素體得以充分的析出長大，形成較為嚴重的帶狀組織。
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