一组钢铁微观组织精选图像
2025-04-17 14:42:25 作者:热处理生态圈 来源:热处理生态圈 分享至:

 

 

本文精选了一组不同钢铁的微观组织图,每一张图都附有拍摄设备解读要点,既是材料科学的视觉档案,也是工程师的实用参考。无需复杂术语,只需一双好奇的眼睛——让我们从微观图像中,读懂钢铁的“基因密码”。

01
X80 管线钢中针状铁素体的 EBSD 研究


研究对象:X80管线钢

拍摄设备:Quanta 400 SEM

技术背景:对管线钢的研究表明,钢中重要的组织单元是有效晶粒,有效晶粒尺寸在不同组织中具有不同的概念和含义。在一般的铁素体-珠光体型管线钢中,多边形铁素体的晶粒直径就代表铁素体-珠光体型低碳钢的有效品粒尺寸。因多边形铁素体品界一般为大角度品界,传统的硝酸酒精浸蚀法可很好地显示多边形铁素体的形状。在高钢级X80管线钢中,组织特征为针状铁素体。它呈不规则非多边形状,晶粒间界模糊,没有“完整”连续的晶界,晶粒度参差不一。晶粒间和晶内分布着极细小的岛状物(M-A岛和渗碳体),晶粒中隐约可见亚晶条纹。TEM下具有细微亚结构和高密度位错及部分细板条铁素体,传统腐蚀方法无力精确测量它。近十年发展起来的EBSD(电子背散射衍射)装置,配合扫描电镜使用,对针状铁素体的有效晶粒尺寸的测量是行之有效的。本图像是在1000倍下以相邻品粒取向差不小于10°为门槛值用EBSD所作的针状铁素体有效晶粒分布图,它将原先模糊的晶界以取向差不小于10°为门槛值作了界定,图中黑色块状区域为未解析相,是组织中的岛状物(M-A岛或渗碳体)。统计测量结果表明:有效品粒直径为3.57mm。利用EBSD对针状铁素体有效晶粒尺寸的统计测量结果可很好地解释高钢级管线钢热轧卷外圈、中圈、内圈不同部位的组织与性能的关系。

02
无碳化物贝氏体钢


研究对象:20SiMn2MoV

拍摄设备:Axiovert-200MAT

技术背景:20SiMn2MoV无碳化物贝氏体钢试样经920℃加热水,室温组织为无碳化物贝氏体+少量粒状贝氏体+少量奥氏体。图中棕黄或棕红色为铁素体,蓝色为贝氏体,白色为奥氏体。

03
304 不锈钢薄带表面裂纹周围的枝晶形貌


研究对象:304不锈钢

拍摄设备:光学显微镜

技术背景:采用氟化氢铵、焦亚硫酸钾溶液对双辊薄带连铸304不锈钢薄带表面裂纹周围的树枝品形貌进行显示。发现在表面裂纹附近的二次枝晶比无裂纹区粗大,说明裂纹附近的冷却速率明显低于非裂纹区域,并且一次枝晶晶轴的生长方向明显不同于其周围的非裂纹区域,也就是说在有表面横裂纹产生的区域,热流密度的方向也发生了明显变化。

04
Inconel-600合金染色奥氏体组织


研究对象:Inconel-600合金

拍摄设备:OlympusGx51金相显微镜

技术背景:Inconel-600合金典型奥氏体组织:染色后放大100倍下的奥氏体组织。

05
HDR 双相不锈钢的组织


研究对象:HDR 双相不锈钢

拍摄设备:Zeiss Axiophoto2 Image 显微镜

技术背景:HDR双相不锈钢为国外进口钢,与我国的00Cr25Ni6M03N相当,具有良好的耐应力腐蚀、耐点蚀性能,常用来制作在海水中工作的结构件。因此近几年广泛应用于国防工业和制造业。这种材料由于铁素体含量多,因此在一般的固溶处理时容易产生形成σ、χ脆性相,影响钢材的正常使用。图中的组织为HRD钢经过1090℃固溶处理后,800℃保温1h空冷的金相组织,腐蚀试剂为KOH(30g)+K6(FeCN)3(30g)+60mLH2O,在40~50℃腐蚀10s得到的金相组织,该组织包含针状σ相(灰色),白色为基体奥氏体,剩余组织为铁素体。

06
C-Mn 钢中晶内夹杂物上铁素体形核


研究对象:C-Mn 钢

拍摄设备:Quanta 400SEM、Oxford EBSD

技术背景:在研究钢中铁素体转变以细小夹杂物形核机制过程中,将普通C-M钢小块试样在精密盐浴炉中加热到1250℃奥氏体化10s,随炉冷至690℃保温40s,随后水淬至室温。在试样的金相磨面上,可观察到一些在690℃刚刚转变成的小块状铁素体,其周围是未转变的奥氏体水淬后形成的板条马氏体,而铁素体中心均有细颗粒状夹杂物。能谱分析表明,其大多为MnS、Al2O3、VN或其复合夹杂。本图片是用EBSD对其中典型区域做的铁素体品粒取向分布图,绿、蓝、红三色分别代表体心立方铁素体的(101)、(111)、(100)方向,黑色像素点是未能解析的点(非铁素体点)。由图可见:初生铁素体主要呈(101)取向,其中有一些放射状的亚晶界或小角度品界(颜色差别甚微)。其周围因马氏体品格畸变较大,所以未能解析的自点较多。能谱分析表明。铁素体中心为MS夹杂颗粒,MnS夹杂附近贫锰,成分起伏差别较大,有利于形核。这是铁素体以颗粒状 MnS夹杂形核的典型证明。

07
冷轧双相钢组织


研究对象:冷轧双相钢

拍摄设备:蔡司显微镜

技术背景:显微组织:铁素体与马氏体:

该组织为热轧板经冷轧和连续退火获得,为具有良好强韧性的冷轧双相钢组织

08
TRIP 钢彩色金相


研究对象:TRIP 钢

拍摄设备:Leica DM6000M

技术背景:TRIP钢经磨制抛光成金相试样后,用Lepcra试剂(即1%偏重亚硫酸钠(Na2S2O5)蒸馏水溶液+4%苦味酸酒精溶液),以1:1(体积比)搅拌均匀混合作为腐蚀剂,然后将试样浸入腐蚀液中侵蚀试样,使腐蚀面泛出蓝橙般的光泽。在光学显微镜(LeicaDM6000M)下观察试样组织,可清晰地观察到铁素体(蓝色)、M-A岛(白色)和M-A岛中及附近的贝氏体(棕色)。

09
X80 钢板彩色金相


研究对象:X80钢

拍摄设备:Leica DM6000M

技术背景:试样取自X80钢卷中部,经磨制抛光后,用Lepera试剂(即1%偏重亚硫酸钠(Na2S2O5)蒸馏水溶液+4%苦味酸酒精溶液),以1:1体积比均匀搅拌混合作浸蚀剂。将试样浸入腐蚀液中侵蚀试样。在光学显微镜(LeicaDM6000M)下观察试样中的组织,蓝色为针状铁素体、白色为马氏体-奥氏体岛(M-A岛)、棕色为贝氏体

10
17CrNiMo 中板条马氏体的 Block 形态


研究对象:17CrNiMo 钢中淬火马氏体

拍摄设备:JEOL6500F热场发射SEM和EDAX/TSL的PEGASUS1200集成的EBSD/EDS 系统

技术背景:板条状马氏体是低、中碳钢,马氏体时效钢等铁系合金中形成的一种重要的马氏体组织。马氏体的强韧性较大程度依赖于Packet和 Block尺寸。板条马氏体微结构的结晶学特征一直没有被完全阐释清楚。当前的观点是奥氏体品粒被分成若干个Packets(具有同一惯习面的板条束组),每一Packet被进一步分成 Blocks。20 世纪 90年代以后,随着电子背散射衍射技术(EBSD)的发展,可以对晶界类型、取向位向差和结构及其分布进行观察、统计测定和定量分析从而使显微组织、微区成分与结晶学数据分析联系起来。本照片选用17CrNiMo 淬火马氏体为研究对象,分析区域在一个Packet。图a为一个Packet 的晶体取向,图b为图a中黑色虚线框区域的 SEM 像。图a、6对照可以清晰看到取向完全不同(黄色和蓝色)的板条马氏体的形态,以及取向大致相同(蓝色)的板条马氏体板条形态。SEM像在HITACHS-4300获得,加速电压15kV。EBSD测试在 JEOL6500F 热场发射 SEM 和EDAX/TSL的PEGASUS1200集成的EBSD/EDS系统中进行。SEM加速电压30kV,入射束流 100nA,工作距离10mm。EBSD 系统采用 DigiView1612CCD 相机收集 EBSD 花样相机分辨率为 1300x1030。取向图步长0.2mmm。

11
超级双相不锈钢的固溶组织


研究对象:00Cr2SNi7M04N 超级双相不锈钢

拍摄设备:OlympusGx5金相显微镜

技术背景:00Cr25Ni7M04N超级双相不锈钢锻造后经1000℃固溶处理的组织,由铁素体、奥氏体和金属间相三相组成。由于固溶时间长,析出相形成于奥氏体和铁素体的界面并在铁素体中长大,使钢塑韧性显著下降,导致加工生产容易开裂。

12
双相不锈钢彩色金相组织


研究对象:00Cr2SNi7MO3N(UNSS32750)型超级双相不锈钢

拍摄设备:光学显微镜

技术背景:拍摄经历:先将抛光后的双相不锈钢试样用硝酸水溶液进行电解侵蚀(选择适当的溶液浓度、电压及时间),然后将试样表面清洗干净:再用氢氧化钾水溶液进行电解侵蚀(选择适当的溶液浓度、电压和时间),这样可同时显示出奥氏体和铁素体品界奥氏体孪晶,并使铁素体着色。图中:铁素体为红色或绿色,奥氏体未着色。使用本方法,如果双相不锈钢中含有σ等金属间相,可显示其为红棕色,如果有较大颗粒的氨化物或碳化物存在,也可显示出来。

试样成分(质量分数):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。

组织:主要为奥氏体和铁素体,可能有微量的氨化物和碳化物。钢材性能:此钢属于00Cr25Ni7M03N(UNSS32750)型超级双相不锈钢,具有优异的耐腐蚀性能和良好的综合力学性能,尤其耐氯化物等苛刻介质的点腐蚀缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂,可与高镍的超级奥氏体不锈钢以及镍基合金相媲美,是化学工业、石化行业、纸浆和造纸工业急需的一种高性能结构材料。

工艺:工业生产冶炼出铸锭,然后经热锻、热轧加工得到棒料:再在1050℃保温30mim,水冷:最后在棒料上横向截取金相试样。以往的侵蚀方法:双相不锈钢金相组织的侵蚀方法较多,但以往的方法只能侵蚀出双相不锈钢中的部分组织形貌。或只显示出两相组织,不能显示各相品晶界:或只显示铁素体及其品界,不能显示奥氏体晶界。在以往国内外的书籍及相关文献资料中,没有见到同时显示出奥氏体和铁素体品界、奥氏体李品,并使铁素体着色的图片,相关的侵蚀方法也没有提到。

 

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