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显微镜下的钢铁之美走进金属材料-钢铁牌号面面观

更新时间:2021-11-23 04:16:07点击:

  钢铁总是给人以灰色、冷硬的感觉,前不久,沙钢钢铁研究院用显微镜拍摄了一组钢铁材料微观图像,这些钢铁材料在显微镜的“火眼金睛”下,脱去了灰色的外衣,呈现出异彩纷呈的美。就让我们一起来欣赏它们的美吧!

显微镜下的钢铁之美

  作品1

  照片名称:壮美梯田

  样品名称:帘线钢82B

钢铁产品作为关乎国计民生的重要材料,在生产生活中有着举足轻重的地位,今天程诚小编带大家一起了解一下钢铁产品牌号表示方法,学习之后让你在日常生活中不再“迷路”。

  钢铁产品按照产品性质、使用场景等可分为生铁、碳素结构钢、低合金结构钢、碳素结构钢、易切削钢、合金结构钢、弹簧钢、工具钢、轴承钢、不锈钢、耐热钢、焊接用钢、冷轧电工钢、电磁纯铁、原料纯铁、高电阻电热合金及有关专用钢等,而在国家标准中,对于钢铁产品牌号的表示,通常采用大写汉语拼音字母、化学元素符号和数字相结合的方法表示。为了便于国际交流和贸易的需要,也可采用大写英文字母或国际惯例表示符号。

  常用化学元素符号见表1:

走进金属材料-钢铁牌号面面观

表1

  组织特点:珠光体中铁素体和渗碳体形貌(你看过哈尼梯田,曾经以为很壮美,但当你发现在实验室,在电镜的视野下,竟然存在更为壮美的梯田,你不由得感叹自然造物的神奇,微观世界与宏观世界同样让人震撼。)

    下面我们针对不同钢铁产品进行牌号的解读。

  技术描述:利用透射电镜研究不同形变量下的珠光体片层间距及渗碳体碎化规律。背景:珠光体的机械性能主要取决于珠光体的片间距,珠光体在受外力拉伸时,塑性变形基本上在铁素体内发生,渗碳体层则有阻止滑移的作用。片层间距越小,铁素体和渗碳体的相界面就越多,对位错运动的阻碍也就越大,即塑性变形抗力越大,因而硬度和强度都增高,片状珠光体的塑性也随片间距的减小而增大。珠光体组织片层间距大小是评价盘条组织的一个重要依据。

  拍摄设备:JEM-2100F场发射透射电子显微镜(日本电子)

  一、生铁

  生铁产品牌号通常由两部分组成,

  一:表示产品用途、特性及工艺方法的大写汉语拼音字母;

显微镜下的钢铁之美

  作品2

  二:表示主要元素平均含量(以千分之几计)的数字。炼钢用生铁、铸造用生铁、球墨铸铁用生铁、耐磨生铁为硅元素平均含量。脱碳低磷粒铁为碳元素平均含量,含钒生铁为钒元素平均含量。

  本部分常见示例见表2:

走进金属材料-钢铁牌号面面观

表2

  照片名称:夹杂物的消化系统

  样品名称:焊缝区样品(母材是EH36船板钢,焊材是JW-7)

    二、碳素结构钢和低合金结构钢

  该类别是日常生产生活中常接触到的钢种,常提到的Q235、45#、65Mn等钢种均在此类别内。通常来说,其牌号应由四部分组成:

  组织特点:复合夹杂物的形貌及物相分布(右半部份夹杂物状似大肠,想不到,无机世界也有着状似有机世界高级生物的消化体统,不禁让人啧啧称奇。)

  技术描述:利用双束扫描电镜的聚焦离子束制备复合夹杂物的透射电镜样品,并利用透射电镜对夹杂物的形貌进行观察,并结合能谱仪和电子衍射对复合夹杂物的成分和物相进行鉴定。结果显示:大肠结构的物相为Mn0.33Zr0.33Ti0.33O1.67,其余的1,2,3区域分别为Mn2TiO4相,富含Si-Ca-Al-O元素的非晶相,MgAl2O4相。此项分析对研究复合夹杂物的形成机理提供理论的支持,从而在工艺上控制夹杂物的形成类型,尺寸等,最终达到提高材料的综合性能的目的。

  拍摄设备:JEM-2100F场发射透射电子显微镜(日本电子)

  一:前缀符号+强度值(以N/mm2或MPa为单位)其中通用结构钢前缀符号为代表屈服强度的拼音的字母“Q”,专用结构钢的前缀符号见表3。

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表3

  二(必要时):钢的质量等级,用英文字母A、B、C、D、E、F......表示;

  三(必要时):脱氧方式表示符号,即沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢分别以“F”、“b”、“Z”、“TZ”表示。镇静钢、特殊镇静钢表示符号通常可以省略;

显微镜下的钢铁之美

  作品3

  照片名称:冰糖是什么味?

  样品名称:IF钢

  四(必要时):产品用途、特性和工艺方法表示符号,见表4:

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表4

  组织特点:TiN析出相(狗狗边嗅冰糖块,边问:“冰糖是什么味?”)

  技术描述:利用扫描电镜在腐蚀状态的IF钢上寻找析出相,并利用能谱仪确定析出相类型及成分,成分主要是Ti,N元素。背景:IF钢,即无间隙原子钢。间隙原子C、N对IF钢的织构及时效特性有着十分重要的影响。固溶的C、N原子不利于{111}织构的形成。此外,C、N含量高还将会明显增大IF钢的时效硬化倾向。Nb、Ti等元素可以将C、N间隙原子从基体中清除出来,从而获得较纯净的铁素体钢,有利于{111}织构的发展,并且保证了IF钢的非时效性。

  拍摄设备:JSM-7001F场发射扫描电子显微镜(日本电子)

显微镜下的钢铁之美

  作品4

  照片名称:甜蜜的伤害

    本部分常见示例见表5:

  样品名称:EH36船板钢

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表5

  三、优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢

  优质碳素结构钢牌号通常由五部分组成:

  组织特点:韧窝里面的夹杂物(草莓味美,可韧窝内的草莓却会对材料带来甜蜜的伤害)

  技术描述:利用扫描电镜观察EH36船板钢断口形貌,主要显示为韧性断裂,且在韧窝底部存在夹杂物,夹杂物富含S,Ca,Mn,Fe元素。背景:夹杂物的存在对于钢的韧性来说会存在一些不利的影响,通过判断夹杂物类型,可以在炼钢工艺过程中尽量减少夹杂物的存在,提高钢材的强度及韧性。

  拍摄设备:JSM-7001F场发射扫描电子显微镜(日本电子)

  一:以二位数字表示平均碳含量(以万分之几计);

显微镜下的钢铁之美

  作品5

  照片名称:美丽的代价

  样品名称:825高温合金

  二(必要时):较高含锰量的优质碳素结构钢,加锰元素符号Mn;

  组织特点:晶界析出物(高温合金可谓材料界的贵妇人,时刻不忘打扮自己,一串一串的珍珠项链,使得自己雍容华贵)

  技术描述:利用扫描电镜观察腐蚀后的825高温合金,晶界上布满了析出相,经能谱确定其为富含Cr、Mo的碳化物。背景:825是全奥氏体镍铁铬合金,在氧化和还原环境下都具有抗酸和碱腐蚀性能。为了进一步提高825合金的耐蚀性能,需要严格控制样品的晶界析出的碳化物,晶界析出碳化物会导致晶界附近产生贫Cr区,导致耐蚀性能的下降。

  拍摄设备:EVO18钨灯丝扫描电子显微镜(德国蔡司)

显微镜下的钢铁之美

  作品6

  照片名称:花团锦簇

  样品名称:镀锡层

  三(必要时):钢材冶金质量,即高级优质钢、特级优质钢分别以A、E表示,优质钢不用字母表示;

  组织特点:钢板表面电镀锡(想不到镀锡板的表面,竟隐藏着一片天然的大花园,微观世界的美,等待你去发现)

  四(必要时):脱氧方式表示符号,即沸腾钢、半镇静钢、镇静钢分别以“F”、“b”、“Z”表示,但镇静钢表示符号通常可以省略;

  技术描述:利用扫描电镜观察钢板表面的电镀锡层,表面呈现出棱角较多的结晶锡层。背景:电镀锡钢板有很好的耐蚀性,具有无毒、易钎焊、柔软等优点。表面光滑的锡层有利于提高其耐蚀性能,此图中的锡层表面的形貌比较粗糙,相对耐蚀性能较差。

  第五部分(必要时):产品用途、特性或工艺方法表示符号,见表4

  本部分常见示例见表6:

  拍摄设备:EVO18钨灯丝扫描电子显微镜(德国蔡司)

走进金属材料-钢铁牌号面面观

表6

  四、易切削钢

  易切削钢牌号通常由三部分组成:

  一:易切削钢表示符号“Y”;

  二:以二位数字表示平均碳含量(以万分之几计);

  三:易切削元素符号,如含钙、铅、锡等易切削元素的易切削钢分别以Ca、Pb、Sn表示。加硫和加硫磷易切削钢,通常不加易切削元素符号S、P。较高锰含量的加硫或加硫磷易切削钢,本部分为锰元素符号Mn。为区分牌号,对较高硫含量的易切削钢,在牌号尾部加硫元素符号S。

  例如:碳含量为0.42%~0.50%、Ca含量为0.002%~0.006%的易切削钢,其牌号表示为Y45Ca;

  碳含量为0.40%~0.48%、Mn含量为1.35%~1.65%、S含量为0.16%~0.24%的易切削钢,其牌号表示为Y45Mn;

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  作品7

  碳含量为0.40%~0.48%、Mn含量为1.35%~1.65%、S含量为0.24%~0.32%的易切削钢,其牌号表示为Y45MnS;

  照片名称:螳螂舞

  五、车辆车轴及机车车辆用钢

  车辆车轴及机车车辆用钢牌号通常由两部分组成:

  样品名称:夹杂物

  组织特点:EH36船板钢电解夹杂物(一群螳螂翩翩起舞,姿态优美)

  一:车辆车轴用钢表示符号“LZ”或机车车辆用钢表示符号“JZ”;

  二:以二位数字表示平均碳含量(以万分之几计)。

  技术描述:采用小样电解技术,提取EH36船板钢中的夹杂物。然后通过扫描电镜观察夹杂物的形貌,并利用能谱仪确定夹杂物的成分,成分主要是C、O、Zr、Ti元素。背景:对于船板钢而言,良好的韧性是最关键的,而钢中夹杂物的形貌、尺寸都对其韧性有很大的影响。通过这种方法既可以观察到夹杂物的全貌,又可以避免基体对夹杂物成分的影响,可以得到比较直观的夹杂物形貌及成分,对改善船板钢韧性有一定的指导意义。

  本部分常见示例见文末表8。

  拍摄设备:EVO18钨灯丝扫描电子显微镜(德国蔡司)

  六、合金结构钢和合金弹簧钢

  合金结构钢牌号通常由四部分组成:

  一:以二位数字表示平均碳含量(以万分之几计);

显微镜下的钢铁之美

  作品8

  照片名称:岁月痕迹

  二:合金元素含量,以化学元素符号及数字表示。具体表示方法为:平均含量小于1.5%时,牌号中仅标明元素,一般不标明含量;平均含量为1.50%~2.49%、2.50%~3.49%、3.50%~4.49%、4.50%~5.49%......时,在合金元素后相应写成2、3、4、5......

  样品名称:模具钢D25

  组织特点:含Nb的析出相(这是一位盘着发髻的老奶奶,经历过世事沧桑,看尽世间百态,岁月在她的额头上留下痕迹)

  注:化学元素符号的排列顺序推荐按含量值递减排列。如果两个或多个元素的含量相等时,相应符号位置按英文字母的顺序排列。

  三:钢材冶金质量,即高级优质钢、特级优质钢分别以A、E表示,优质钢不用字母表示;

  技术描述:利用透射电镜观察D25磨具钢中的析出相形貌及位错组态,并通过能谱仪确定析出相的类型及成分,成分主要是Nb元素。背景:通过透射电镜分析结果,对研究析出物析出机理和位错形成原因有指导意义,可以通过改进工艺有效控制夹杂物的尺寸、形态和分布等,从而达到提高材料性能的目的。

  拍摄设备:JEM-2100F场发射透射电子显微镜(日本电子)

  四(必要时):产品用途、特性或工艺方法表示符号,见表4

来源:沙钢集团***

  本部分常见示例见表7:

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表7

  七、非调质机械结构钢

  非调质机械结构钢牌号通常由四部分组成:

  一:非调质机械结构钢表示符号“F”;

  二:以二位数字表示平均碳含量(以万分之几计);

  三:合金元素含量,以化学元素符号及数字表示,表示方法同合金结构钢第二部分;

  四(必要时):改善切削性能的非调质机械结构钢加硫元素符号S

  本部分常见示例见文末表8。

  八、工具钢

  工具钢通常分为碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢三类;

  a、碳素工具钢

  碳素工具钢牌号通常由四部分组成:

  一:碳素工具钢表示符号“T”;

  二:以二位数字表示平均碳含量(以千分之几计);

  三(必要时):较高含锰量碳素工具钢,加锰元素符号Mn;

  四(必要时):钢材冶金质量,即高级优质碳素工具钢以A表示,优质钢不用字母表示。

  本部分常见示例见文末表8。

  b、合金工具钢

  合金工具钢牌号通常由两部分组成:

  一部分:平均碳含量小于1.00%时,采用一位数字表示碳含量(以千分之几计),平均碳含量不小于1.00%时,不标明碳含量数字;

  二部分:合金元素含量,以化学元素符号及数字表示,表示方法同合金结构钢二部分。低铬(平均铬含量小于1%)合金工具钢,在铬含量(以千分之几计)前加数字“0”。

  本部分常见示例见文末表8。

  c、高速工具钢

  高速工具钢牌号表示方法与合金结构钢相同,但在牌号头部一般不标明表示碳含量的数字。为了区别牌号,在牌号头部可以加“C”表示高碳高速工具钢。

  本部分常见示例见文末表8。

  九、轴承钢

  轴承钢分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢等四大类。

  a、高碳铬轴承钢

  高碳铬轴承钢牌号通常由两部分组成:

  一部分:(滚珠)轴承钢表示符号“G”,但不标明碳含量。

  二部分:合金元素“Cr”符号及其含量(以千分之几计)。其他合金元素含量,以化学元素符号及数字表示,表示方法同合金结构钢二部分。

  本部分常见示例见文末表8

走进金属材料-钢铁牌号面面观

表8

  b、渗碳轴承钢

  在牌号头部加符号“G”,采用合金结构钢的牌号表示方法。高级优质渗碳轴承钢,在牌号尾部加“A”。

  例如:碳含量为0.17%~0.23%,铬含量为0.35%~0.65%,镍含量为0.40%~0.70%,钼含量为0.15%~0.30%的高级优质渗碳轴承钢,其牌号表示为“G20CrNiMoA”。

  c、高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢

  在牌号头部加符号“G”,采用不锈钢和耐热钢的牌号表示方法。

  例如:碳含量为0.90%~1.00%,铬含量为17.0%~19.0%高碳铬不锈轴承钢,其牌号表示为“G95Cr18”;碳含量为0.75%~0.85%,铬含量为3.75%~4.25%,钼含量为4.00%~4.50%的高温轴承钢,其牌号表示为“G80Cr4Mo4V”。

  十、钢轨钢、冷镦钢

  钢轨钢、冷镦钢牌号通常由三部分组成:

  一:钢轨钢表示符号“U”、冷镦钢(铆螺钢)表示符号“ML”;

  二:以数字表示平均碳含量,优质碳素结构钢同优质碳素结构钢第一部分,合金结构钢同合金结构钢第一部分;

  三:合金元素含量,以化学元素符号及数字表示,表示方法同合金结构钢第二部分;

  本部分常见示例见文末表8。

  十一、不锈钢和耐热钢

  牌号采用表1规定的化学元素符号和表示各元素含量的数字表示。各元素含量的数字表示应符合3.11.1~3.11.2规定。

  a、碳含量

  用两位或三位数字表示碳含量最佳控制值(以万分之几或十万分之几计)

  注:只规定碳含量上限者,当碳含量上限不大于0.10%时,以其上限的3/4表示碳含量;当碳含量上限大于0.10%时,以其上限的4/5表示碳含量;对超低碳不锈钢(即碳含量不大于0.030%),用三位数字表示碳含量最佳控制值(以十万分之几计);

  规定上、下限者,以平均碳含量×100表示。

  b、合金元素含量

  合金元素含量以化学元素符号及数字表示,表示方法同合金结构钢第二部分。钢中有意加入的铌、钛、锆、氮等合金元素,虽然含量很低,也应在牌号中标出。

  十二、焊接用钢

  焊接用钢包括焊接用碳素钢、焊接用合金钢和焊接用不锈钢等。

  焊接用钢牌号通常由两部分组成:

  一:焊接用钢表示符号“H”;

  二:各类焊接用钢牌号表示方法。其中优质碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢应分别符合3.3.1、3.6.1和3.11的规定。

  本部分常见示例见文末表8。

  十三、冷轧电工钢

  冷轧电工钢分为取向电工钢和无取向电工钢,牌号通常由三部分组成:

  一:材料公称厚度(单位mm)100倍的数字;

  二:普通级取向电工钢表示符号“Q”、高磁导率级取向电工钢表示符号“QG”或无取向电工钢表示符号“W”;

  第三部分:取向电工钢,磁极化强度在1.7T和频率在50Hz,以W/kg为单位及相应厚度产品的最大比总损耗值的100倍;无取向电工钢,磁极化强度在1.5T和频率在50Hz,以W/kg为单位及相应厚度产品的最大比总损耗值的100倍。

  十四、电磁纯铁

  电磁纯铁牌号通常由三部分组成:

  一:电磁纯铁表示符号“DT”;

  二:以数字表示不同牌号的顺序号;

  三:根据电磁性能不同,分别采用加质量等级表示符号“A”、“C”、“E”。

  本部分常见示例见文末表8。

  十五、原料纯铁

  原料纯铁牌号通常由两部分组成:

  一:原料纯铁表示符号“YT”;

  二:以数字表示不同牌号的顺序号。

  本部分常见示例见文末表8。

  十六、高电阻电热合金

  高电阻电热合金牌号采用表1规定的化学元素符号和数字表示。牌号表示方法与不锈钢和耐热钢的牌号表示方法相同(镍铬基合金不标出含碳量)。