淺析奧氏體相僅存于高溫區(qū)，室溫卻存在奧氏體不銹鋼現(xiàn)象

王連修，王 斐，王萌

（1.山東質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督教育培訓(xùn)中心，山東 濟南 250031；2.山東省建筑設(shè)計研究院，山東 濟南 250031；3.山東大衛(wèi)國際建筑設(shè)計有限公司，山東 濟南 250031）

1 鋼的分類

一般按化學(xué)成份分類，鋼可分為低合金鋼、合金鋼、非合金鋼，碳鋼屬于非合金鋼。鋼和鑄鐵統(tǒng)稱為鐵碳合金。在碳鋼的范疇里，碳元素的含量對鋼的性質(zhì)影響十分重要，在二元鐵-碳合金相圖中，以碳含量多少對鋼劃分，含碳量為0.77%的鐵碳合金稱為共析鋼，含碳量小于0.77%的鐵碳合金稱為亞共析鋼，含碳量大于0.77%的鐵碳合金稱為過共析鋼。共析鋼、亞共析鋼、過共析鋼屬于非合金鋼范疇[1，2]。

碳作為鋼的基本元素之一，從碳元素含量及作用為來理解鋼的劃分。在碳鋼范疇，碳作為主要強化元素，隨著含碳量的增加，鋼的強度、硬度呈遞增趨勢，塑性、韌性下降。在合金鋼范疇，碳元素不在是主要的強化元素，合金元素是關(guān)鍵；在不銹鋼范疇，碳含量控制嚴格，通過增加其他元素含量，以獲得理想性能。碳素結(jié)構(gòu)鋼分類方法用“Q+數(shù)字+質(zhì)量等級符號+脫氧方法符號”表示，如Q235鋼，對這類鋼的表示方法我們簡稱為Q鋼，對于Q鋼而言不容易區(qū)分它是碳鋼還是合金鋼。一般屈服強度值大于等于295Mp（Q295）的鋼，屬于合金鋼范疇，這個規(guī)律簡單理解為，隨著碳含量的增大鋼的強度增加，當鋼的屈服強度值達到295Mp左右時，在通過提高碳含量強化鋼的機制已無法滿足鋼的性能要求，此時在普通碳素鋼基礎(chǔ)上添加適量的一種或多種合金元素，以滿足鋼的某些特殊性能要求，當添加合金含量達到一定含量時稱為合金鋼，根據(jù)添加合金元素含量多少，可分為高、中、低合金鋼。在合金鋼的范疇，此時碳不在是鋼強化起決定性作用的元素，加入的合金元素是決定合金鋼性能優(yōu)劣的主導(dǎo)。

2 鋼的基本相與合金系

合金是指兩種或兩種以上的金屬或非金屬，經(jīng)過熔煉或燒結(jié)，或用其他方法組合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。組成合金最基本、獨立的物質(zhì)稱為組元；一般說來，組元就是組成合金的元素。由給定的組元可以以不同的比例配置成一系列不同成分的合金，這一系列合金就構(gòu)成整個合金系統(tǒng)，簡稱合金系。當不同的組元經(jīng)過熔煉或燒結(jié)組成合金時，這些組元間由物理和化學(xué)的相互作用，形成具有一定晶體結(jié)構(gòu)和一定成分的相,相就是指合金中結(jié)構(gòu)相同、成分和性能均一并以界面相互分開的組成部分。

鋼的基本組成元素是鐵和碳，由于碳與鐵的結(jié)合方式不同，形成不同晶體組織，鋼的性能不同。碳和鐵原子有三種基本結(jié)合形式，固溶體、化合物、混合物。金屬材料在顯微鏡下看到的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)稱為顯微組織或金相組織。廣義的金相組織是指兩種或兩種以上的物質(zhì)在微觀狀態(tài)下的混合狀態(tài)以及相互作用狀況。承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織主要有鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、馬氏體、貝氏體、魏氏組織、δ相、σ相，其中鐵素體、奧氏體、滲碳體是鋼中基本的單相組織。

3 熱處理

熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，并在該溫度下保持一段時間，然后以一定的冷卻速度冷卻到室溫的一種熱加工工藝。熱處理的實質(zhì)是內(nèi)部微觀原子、分子等打破原來分布狀態(tài)，按新的組織結(jié)構(gòu)分布導(dǎo)致宏觀性能的差異，新的微觀粒子分布結(jié)構(gòu)引起鋼的某些性能的巨大變化。鋼熱處理正常來講是沒有元素變化的，嚴重脫碳和元素貧化都屬于熱處理出了問題，特種設(shè)備常用的鋼在熱處理時始終處于固態(tài)，并未添加任何其他元素。

鋼熱處理前后，材質(zhì)不變。如Q235鋼，熱處理后不會變成不銹鋼，但熱處理后，鋼的性能發(fā)生了變化。舉例說明，如在室溫下500ml的純凈水，加熱至100℃及以上時，變成水蒸汽，當冷卻至0℃以下時，變成固態(tài)冰。水無論是氣、液、固的狀態(tài)，純水本質(zhì)沒變，沒有隨著溫度呈現(xiàn)不同狀態(tài)而變成其他物質(zhì)，但在不同狀態(tài)下，它的物理性能卻存在顯著差異。這說明，水在不同溫度的狀態(tài)下本質(zhì)沒變，而性能發(fā)生了變化。鋼的熱處理過程有相似的道理，它是通過溫度的變化改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，從而改變其性能，但鋼的材質(zhì)不變，若要改變鋼的材質(zhì)，應(yīng)在制造過程中添加其他元素，才能獲得理想的物質(zhì)。

鐵、碳相圖是反映熱力學(xué)上接近于平衡時鐵碳合金組織狀態(tài)、溫度及合金成分之間的關(guān)系。在以Fe-Fe3C為基礎(chǔ)，對鋼加熱和冷卻轉(zhuǎn)變過程分析，亞共析鋼為例,在冷卻過程中，在某一溫度區(qū)間形成單項奧氏體區(qū)，冷卻至室溫時，合金組織全部轉(zhuǎn)化為鐵素體和珠光體。在加熱時，亞共析鋼超過PSK線（727℃）開始形成奧氏體，隨著溫度升高，逐漸以單相奧氏體存在，當加熱溫度持續(xù)升高，就會從固相轉(zhuǎn)變成液相的趨勢。原則上只有在加熱或冷卻時發(fā)生溶解度顯著變化或者發(fā)生類似純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，既有固態(tài)相變發(fā)生的合金才能進行熱處理，而某些純金屬、單項合金如奧氏體不銹鋼不能通過熱處理強化，只能采用加工硬化的方法。

4 不銹鋼

不銹鋼是指能抵抗大氣或弱腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼，實際上沒有絕對不銹鋼、不受腐蝕的鋼種，只是在不同介質(zhì)中腐蝕速度不同而已。鋼在煉制的過程中，加入奧氏體形成元素如Mn、Ni、C、N、Cu，增加這些元素的含量可以擴大奧氏體區(qū)，在合金相圖中奧氏體化元素會在高溫區(qū)形成閉合的奧氏體組織區(qū)域，這個區(qū)域隨著溫度降低，不會再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，在室溫下鋼的金相組織成為奧氏體組織，也就是常提到的奧氏體不銹鋼。

奧氏體不銹鋼在室溫下的金相組織大部分是奧氏體組織。亞共析鋼熱處理時在高溫區(qū)間存在單一的奧氏體相，隨著溫度降低，其他組織相取代奧氏體相存在，冷卻到室溫時，一般為鐵素體和珠光體。所以一種亞共析鋼在熱處理時，只能在高溫區(qū)得到奧氏體組織相，而在室溫時卻得不到奧氏不銹鋼。

5 結(jié)論

（1）對于“Q鋼”一般屈服強度值大于等于295Mp（Q295）的鋼，屬于合金鋼范疇。

（2）只有固態(tài)相變發(fā)生的合金才能進行熱處理，熱處理不能改變鋼的材質(zhì)，但可以改變鋼的性能。