奥氏体不锈钢具有较好的耐蚀性、耐热性、耐低温性及良好的易成形性和优异的可焊接性，是不锈钢系列材料中重要的一类，其产量约占不锈钢总产量的70%。不锈钢阀门主体材料几乎全部采用奥氏体不锈钢，而阀门行业对奥氏体不锈钢的认识水平，还仅涉及其化学成分和力学性能方面。随着科技进步，在核电站、核反应堆工程用核安全级阀门、国防军工用特种阀门以及大型化工装置中“SHA级”管道重要阀门，都相继对奥氏体不锈钢焊接母材和焊缝中的铁素体含量进行了规定。因此，必须掌握奥氏体不锈钢中铁素体含量的测量和计算方法。

奥氏体不锈钢中铁素体的作用

分析奥氏体不锈钢中铁素体的作用是十分重要的技术基础，只有通过深入的研究，充分的了解和掌握铁素体的正面(有利)和负面(不利)的作用，才能正确的加以利用或控制。奥氏体不锈钢中铁素体的作用，对阀门来讲，最重要的方面是对焊接性能的影响，其次是对材料耐腐蚀性能、力学性能和加工性能的影响。

1、含量

不锈钢阀门的承压件(阀体、阀盖和阀瓣)大部分材料采用ASTM A351中的 C F类不锈钢铸件和ASTM A182中F304和F316类不锈钢锻件，其属于18-8型和18-12型(其数值表示 Cr 和 Ni 的大致含量)奥氏体不锈钢。

不锈钢按晶体结构分为奥氏体、铁素体和马氏体。奥氏体具有面心立方晶体结构，无磁性。铁素体具有体心立方晶体结构，有磁性。应当指出，冶金产品称谓的奥氏体不锈钢，并不表明它的组织结构必须是100%的奥氏体。在不锈钢阀门和零件验收时，常可见到用磁铁来吸引被检测物体，若出现有弱磁性就以此认为产品存在质量问题，其实这是对奥氏体不锈钢的一种误解，这种做法往往容易造成错误判断。

奥氏体不锈钢中通常都会有一定数量的铁素体。依据《金属手册》中第三卷《性能与选择：不锈钢》，在《铸造不锈钢的性能》中指出：对于CF类铸造不锈钢，通常具有5%~25%的铁素体。为此，美国材料与试验协会(ASTM)将阀门用奥氏体不锈钢铸件标准的名称定义为 ASTM A351《承压件用奥氏体奥氏体-铁素体(双相)铸钢》。

2、焊接性能

奥氏体不锈钢在焊接中的主要问题是焊缝和热影响区的热裂纹以及耐蚀性，这类问题也是奥氏体钢工艺焊接性和使用焊接性的指标。

铁素体含量过高会损害奥氏体不锈钢的可锻性，特别是用于大锻造比的锻件，铸坯限制铁素体的含量是合理而必要的(通常限制在3%~8%)。同样道理用于冷变形的奥氏体钢，如冷伸压、深冲压，冷拔和冷挤压的奥氏体钢，铁素体含量应进一步限制(通常限制在5%以下)。

不锈钢阀门的主体(阀体和阀盖)材料，国内企业一般采用CF类奥氏体不锈钢铸件。铸件中的铁素体含量，除了有利于铸件作为焊接母材，防止焊缝热裂纹和微裂纹外，铁素体还有利于防止铸造凝固成形过程中裂纹和偏析产生，以及增加铸件材料力学性能。

3、铁素体形成机理

所有不同种类的不锈钢都是铬含量在12%以上的铁基合金。铁基合金在高温下(大于800℃)基本晶体结构为面心立方体-奥氏体。当温度下降到常温时，晶体结构变成体心立方体-铁素体(或马氏体)。

如果在铁铬合金中加入7%以上Ni或增加C、N或Mn等一种或多种奥氏体形成元素，高温下的奥氏体晶体在常温下将处于稳定状态，即常温下的奥氏体。如果加入的奥氏体形成元素的总量(镍当量)不够多，则常温下只能有一部分是奥氏体，另一部分则是铁素体。由此得出，不锈钢的组织结构是由合金元素含量决定的。对于奥氏体不锈钢，合金元素的作用可分成两大类，即铁素体形成元素(称为铬当量元素)和奥氏体形成元素(称为镍当量元素)。两大类元素之间的平衡关系决定了奥氏体中铁素体含量的多少。奥氏体形成元素主要有Ni、Mn、C和N，铁素体形成元素主要有Cr、Mo、Si、Nb和Ti。

Cr是典型的铁素体形成元素，也是不锈钢中必不可少的元素，所有不锈钢都是铬含量在12%以上的铁基合金。Cr的主要作用是耐腐蚀，提高抗高温氧化性能。

Ni是典型的形成并稳定奥氏体元素。图1可以看出镍的作用，在图中斜线以上，所示温度下奥氏体是稳定的。在这条线以下铁素体和马氏体都具有稳定的晶体结构。Ni的作用是增强抗酸的腐蚀能力，提高抗非氧化性介质的耐蚀性，同时提高材料韧性、延展性和优良的综合性能，使它更易于加工和焊接。

4、铁素体含量测量方法

奥氏体不锈钢中δ相铁素体含量的测量共有3种方法，磁性仪测量法、金相检验法和计算法。

4.1 磁性仪测量法

利用铁素体的磁性特性，奥氏体钢中δ相铁素体含量与钢的铁磁性成正比，采用专用的磁性测量仪可直接测量读出铁素体含量。

δ相铁素体是奥氏体状态不锈钢在凝固过程中生成并保留到常温的铁素体，对铸件和焊缝可直接测量。而对于锻轧等变形状态奥氏体不锈钢，例如其锻件、棒材、板材、焊条或焊丝等材料，由于δ相铁素体已严重错位，铁磁特性已改变，故应按照相关规范(如ASME 第Ⅲ卷《核动力设备》)进行制作试样。本身自溶焊接，通常采用钨极无焊丝氩气保护进行自溶焊接，才能对自然状态的凝固表面进行测量，并且至少应读取6个不同位置的读数，取其平均值。应注意的是国外磁性仪通常是按美国WRC(焊接研究学会)采用的“铁素体含量级别序数”(FN)校正，得出的铁素体值单位为FN，与铁素体含量百分比数基本等同。

4.2 金相检验法

利用δ相铁素体在奥氏体钢中是以不连续小坑型均匀分布的特点，在金相显微镜下观测δ相铁素体“小坑”在奥氏体中分布情况和所占面积比例，并与相关国家或专业标准(我国已发布国家标准)中的标准金相图比较，并可检验出δ相铁素体含量。

采用金相法应注意的事项与磁性仪测量法相同，即对奥氏体锻件板材，焊条等应按规定进行本身自溶焊接后制成凝固态试块才能观测。

4.3 计算法

铁素体含量计算法的程序是根据材料化学分析单提供的化学成分，按照规定的Cr和Ni当量计算公式，分别计算出合金元素的铬当量和镍当量值。然后将计算的铬和镍当量值，在不锈钢组织图中找到坐标值，两坐标的相交点，便是铁素体含量值。采用计算法比用磁性仪测量法和金相检验法方便得多，而且不受仪器设备限制，一般具备化学分析能力或掌握材料的化学成分报告单，便可用这一方法，快速的评定出铁素体的含量。依据何种组织图评定和相应的铬和镍当量的计算公式，是采用计算法应掌握的关键。

结语

奥氏体不锈钢中通常都含有一定数量的铁素体(5%~15%)。铁素体的作用具有双重性，奥氏体不锈钢母材和焊材中一定数量的铁素体(5%~15%)对防止焊接热裂纹，提高焊缝抗晶间腐蚀和应力腐蚀能力都有十分重要的作用，同时铸件中一定数量的铁素体含量(5%~20%)对防止铸造热裂纹，提高铸件力学性能也都是有利的。在一些特定的环境，如高温、超低温以及选择腐蚀环境，应控制其不利作用。为此，研究奥氏体不锈钢中铁素体的作用，掌握铁素体的调控原理、测量和计算方法，对研制和开发高参数不锈钢阀门，特别是设计制造核安全级不锈钢阀门，具有十分重要的意义。