本文精選了一組不同鋼鐵的微觀組織圖,每一張圖都附有拍攝設備與解讀要點,既是材料科學的視覺檔案,也是工程師的實用參考。無需復雜術語,只需一雙好奇的眼睛——讓我們從微觀圖像中,讀懂鋼鐵的“基因密碼”。 研究對象:X80管線鋼 拍攝設備:Quanta 400 SEM 技術背景:對管線鋼的研究表明,鋼中重要的組織單元是有效晶粒,有效晶粒尺寸在不同組織中具有不同的概念和含義。在一般的鐵素體-珠光體型管線鋼中,多邊形鐵素體的晶粒直徑就代表鐵素體-珠光體型低碳鋼的有效品粒尺寸。因多邊形鐵素體品界一般為大角度品界,傳統的硝酸酒精浸蝕法可很好地顯示多邊形鐵素體的形狀。在高鋼級X80管線鋼中,組織特征為針狀鐵素體。它呈不規則非多邊形狀,晶粒間界模糊,沒有“完整”連續的晶界,晶粒度參差不一。晶粒間和晶內分布著極細小的島狀物(M-A島和滲碳體),晶粒中隱約可見亞晶條紋。TEM下具有細微亞結構和高密度位錯及部分細板條鐵素體,傳統腐蝕方法無力精確測量它。近十年發展起來的EBSD(電子背散射衍射)裝置,配合掃描電鏡使用,對針狀鐵素體的有效晶粒尺寸的測量是行之有效的。本圖像是在1000倍下以相鄰品粒取向差不小于10°為門檻值用EBSD所作的針狀鐵素體有效晶粒分布圖,它將原先模糊的晶界以取向差不小于10°為門檻值作了界定,圖中黑色塊狀區域為未解析相,是組織中的島狀物(M-A島或滲碳體)。統計測量結果表明:有效品粒直徑為3.57mm。利用EBSD對針狀鐵素體有效晶粒尺寸的統計測量結果可很好地解釋高鋼級管線鋼熱軋卷外圈、中圈、內圈不同部位的組織與性能的關系。 研究對象:20SiMn2MoV 拍攝設備:Axiovert-200MAT 技術背景:20SiMn2MoV無碳化物貝氏體鋼試樣經920℃加熱水,室溫組織為無碳化物貝氏體+少量粒狀貝氏體+少量奧氏體。圖中棕黃或棕紅色為鐵素體,藍色為貝氏體,白色為奧氏體。 研究對象:304不銹鋼 拍攝設備:光學顯微鏡 技術背景:采用氟化氫銨、焦亞硫酸鉀溶液對雙輥薄帶連鑄304不銹鋼薄帶表面裂紋周圍的樹枝品形貌進行顯示。發現在表面裂紋附近的二次枝晶比無裂紋區粗大,說明裂紋附近的冷卻速率明顯低于非裂紋區域,并且一次枝晶晶軸的生長方向明顯不同于其周圍的非裂紋區域,也就是說在有表面橫裂紋產生的區域,熱流密度的方向也發生了明顯變化。 研究對象:Inconel-600合金 拍攝設備:OlympusGx51金相顯微鏡 技術背景:Inconel-600合金典型奧氏體組織:染色后放大100倍下的奧氏體組織。 研究對象:HDR 雙相不銹鋼 拍攝設備:Zeiss Axiophoto2 Image 顯微鏡 技術背景:HDR雙相不銹鋼為國外進口鋼,與我國的00Cr25Ni6M03N相當,具有良好的耐應力腐蝕、耐點蝕性能,常用來制作在海水中工作的結構件。因此近幾年廣泛應用于國防工業和制造業。這種材料由于鐵素體含量多,因此在一般的固溶處理時容易產生形成σ、χ脆性相,影響鋼材的正常使用。圖中的組織為HRD鋼經過1090℃固溶處理后,800℃保溫1h空冷的金相組織,腐蝕試劑為KOH(30g)+K6(FeCN)3(30g)+60mLH2O,在40~50℃腐蝕10s得到的金相組織,該組織包含針狀σ相(灰色),白色為基體奧氏體,剩余組織為鐵素體。 研究對象:C-Mn 鋼 拍攝設備:Quanta 400SEM、Oxford EBSD 技術背景:在研究鋼中鐵素體轉變以細小夾雜物形核機制過程中,將普通C-M鋼小塊試樣在精密鹽浴爐中加熱到1250℃奧氏體化10s,隨爐冷至690℃保溫40s,隨后水淬至室溫。在試樣的金相磨面上,可觀察到一些在690℃剛剛轉變成的小塊狀鐵素體,其周圍是未轉變的奧氏體水淬后形成的板條馬氏體,而鐵素體中心均有細顆粒狀夾雜物。能譜分析表明,其大多為MnS、Al2O3、VN或其復合夾雜。本圖片是用EBSD對其中典型區域做的鐵素體品粒取向分布圖,綠、藍、紅三色分別代表體心立方鐵素體的(101)、(111)、(100)方向,黑色像素點是未能解析的點(非鐵素體點)。由圖可見:初生鐵素體主要呈(101)取向,其中有一些放射狀的亞晶界或小角度品界(顏色差別甚微)。其周圍因馬氏體品格畸變較大,所以未能解析的自點較多。能譜分析表明。鐵素體中心為MS夾雜顆粒,MnS夾雜附近貧錳,成分起伏差別較大,有利于形核。這是鐵素體以顆粒狀 MnS夾雜形核的典型證明。 研究對象:冷軋雙相鋼 拍攝設備:蔡司顯微鏡 技術背景:顯微組織:鐵素體與馬氏體: 該組織為熱軋板經冷軋和連續退火獲得,為具有良好強韌性的冷軋雙相鋼組織 研究對象:TRIP 鋼 拍攝設備:Leica DM6000M 技術背景:TRIP鋼經磨制拋光成金相試樣后,用Lepcra試劑(即1%偏重亞硫酸鈉(Na2S2O5)蒸餾水溶液+4%苦味酸酒精溶液),以1:1(體積比)攪拌均勻混合作為腐蝕劑,然后將試樣浸入腐蝕液中侵蝕試樣,使腐蝕面泛出藍橙般的光澤。在光學顯微鏡(LeicaDM6000M)下觀察試樣組織,可清晰地觀察到鐵素體(藍色)、M-A島(白色)和M-A島中及附近的貝氏體(棕色)。 研究對象:X80鋼 拍攝設備:Leica DM6000M 技術背景:試樣取自X80鋼卷中部,經磨制拋光后,用Lepera試劑(即1%偏重亞硫酸鈉(Na2S2O5)蒸餾水溶液+4%苦味酸酒精溶液),以1:1體積比均勻攪拌混合作浸蝕劑。將試樣浸入腐蝕液中侵蝕試樣。在光學顯微鏡(LeicaDM6000M)下觀察試樣中的組織,藍色為針狀鐵素體、白色為馬氏體-奧氏體島(M-A島)、棕色為貝氏體 研究對象:17CrNiMo 鋼中淬火馬氏體 拍攝設備:JEOL6500F熱場發射SEM和EDAX/TSL的PEGASUS1200集成的EBSD/EDS 系統 技術背景:板條狀馬氏體是低、中碳鋼,馬氏體時效鋼等鐵系合金中形成的一種重要的馬氏體組織。馬氏體的強韌性較大程度依賴于Packet和 Block尺寸。板條馬氏體微結構的結晶學特征一直沒有被完全闡釋清楚。當前的觀點是奧氏體品粒被分成若干個Packets(具有同一慣習面的板條束組),每一Packet被進一步分成 Blocks。20 世紀 90年代以后,隨著電子背散射衍射技術(EBSD)的發展,可以對晶界類型、取向位向差和結構及其分布進行觀察、統計測定和定量分析從而使顯微組織、微區成分與結晶學數據分析聯系起來。本照片選用17CrNiMo 淬火馬氏體為研究對象,分析區域在一個Packet。圖a為一個Packet 的晶體取向,圖b為圖a中黑色虛線框區域的 SEM 像。圖a、6對照可以清晰看到取向完全不同(黃色和藍色)的板條馬氏體的形態,以及取向大致相同(藍色)的板條馬氏體板條形態。SEM像在HITACHS-4300獲得,加速電壓15kV。EBSD測試在 JEOL6500F 熱場發射 SEM 和EDAX/TSL的PEGASUS1200集成的EBSD/EDS系統中進行。SEM加速電壓30kV,入射束流 100nA,工作距離10mm。EBSD 系統采用 DigiView1612CCD 相機收集 EBSD 花樣相機分辨率為 1300x1030。取向圖步長0.2mmm。 研究對象:00Cr2SNi7M04N 超級雙相不銹鋼 拍攝設備:OlympusGx5金相顯微鏡 技術背景:00Cr25Ni7M04N超級雙相不銹鋼鍛造后經1000℃固溶處理的組織,由鐵素體、奧氏體和金屬間相三相組成。由于固溶時間長,析出相形成于奧氏體和鐵素體的界面并在鐵素體中長大,使鋼塑韌性顯著下降,導致加工生產容易開裂。 研究對象:00Cr2SNi7MO3N(UNSS32750)型超級雙相不銹鋼 拍攝設備:光學顯微鏡 技術背景:拍攝經歷:先將拋光后的雙相不銹鋼試樣用硝酸水溶液進行電解侵蝕(選擇適當的溶液濃度、電壓及時間),然后將試樣表面清洗干凈:再用氫氧化鉀水溶液進行電解侵蝕(選擇適當的溶液濃度、電壓和時間),這樣可同時顯示出奧氏體和鐵素體品界奧氏體孿晶,并使鐵素體著色。圖中:鐵素體為紅色或綠色,奧氏體未著色。使用本方法,如果雙相不銹鋼中含有σ等金屬間相,可顯示其為紅棕色,如果有較大顆粒的氨化物或碳化物存在,也可顯示出來。 試樣成分(質量分數):0.022%C、0.34%Si、0.77%Mn、0.027%P、0.008%S、7.00%Ni.24.43%Cr、3.38%M0、0.30%N、其余Fe。 組織:主要為奧氏體和鐵素體,可能有微量的氨化物和碳化物。鋼材性能:此鋼屬于00Cr25Ni7M03N(UNSS32750)型超級雙相不銹鋼,具有優異的耐腐蝕性能和良好的綜合力學性能,尤其耐氯化物等苛刻介質的點腐蝕縫隙腐蝕和應力腐蝕開裂,可與高鎳的超級奧氏體不銹鋼以及鎳基合金相媲美,是化學工業、石化行業、紙漿和造紙工業急需的一種高性能結構材料。 工藝:工業生產冶煉出鑄錠,然后經熱鍛、熱軋加工得到棒料:再在1050℃保溫30mim,水冷:最后在棒料上橫向截取金相試樣。以往的侵蝕方法:雙相不銹鋼金相組織的侵蝕方法較多,但以往的方法只能侵蝕出雙相不銹鋼中的部分組織形貌。或只顯示出兩相組織,不能顯示各相品晶界:或只顯示鐵素體及其品界,不能顯示奧氏體晶界。在以往國內外的書籍及相關文獻資料中,沒有見到同時顯示出奧氏體和鐵素體品界、奧氏體李品,并使鐵素體著色的圖片,相關的侵蝕方法也沒有提到。
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