不锈钢管的金属相-奥氏体和铁素体
奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体，常用符号A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。其溶碳能力较大，在727℃时溶碳为ωc＝0.77％,1148℃时可溶碳2.11％。奥氏体是在大于727℃高温下才能稳定存在的组织。奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织。
奥氏体是没有磁性的。
铁素体是碳溶解在a－Fe中的间隙固溶体，常用符号F表示。 不锈钢中的“铁素体”,指的是碳溶解在a－Fe中的间隙固溶体，其溶碳能力很小，常温下仅能溶解为0.0008％的碳，在727℃时最大的溶碳能力为0.02％,它仍保持的体心立方晶格.常用符号F表示。
由于铁素体含碳量很低，其性能与纯铁相似，塑性、韧性很好，伸长率δ＝45％～50％。强度、硬度较低，σb≈250MPa，而HBS＝80。
所谓铁素体不锈钢.指的是在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。它的含铬量在11%~30%，具有体心立方晶体结构,至于不锈钢含铁量与它是否是铁素体不锈钢并无关系.铁素体不锈钢只取决于在使用状态下，它是否以铁素体组织为主.
铁素体有磁性.
根据相图，加热时首先珠光体转变为奥氏体，然后是先共析相铁素体与渗碳体溶入奥氏体，相变驱动力是奥氏体与珠光体的自由能差。
一、奥氏体形成的热力学条件：
　　奥氏体形成的热力学条件：
    体系总自由能：△G=－△Gv＋△Gs＋△Ge<0
    相变驱动力：Gv = △Gγ－ △Gp
    式中：△Gγ为相变驱动力，即奥氏体与珠
光体的自由能差，Gγ为奥氏体自由能，Gp为珠
光体自由能。发生转变时：t>A1(727℃)，A1即
奥氏体转变临界点。实际转变温度与临界点A1之
差称为过热度，过热度越大，驱动力也越大，转
变也越快。  
 图2-6　珠光体与奥氏体的自由焓与温度的关系
　　△GV > 0， △T<0， γ → P△GV = 0， △T>0， P、γ 平衡；
　　△GV < 0， △T>0， P → γ  满足条件。
　　因此，奥氏体形成的热力学条件是：必须在一定的过热度条件下才能发生。过热度越大，驱动力也越
大，转变也越快。
二、共析钢奥氏体的形成（珠光体类组织转变为奥氏体）：
　　共析钢的原始组织为片状珠光体。当加热到Ac1以上保温时，将全部转变为奥氏体。此转变过程由下
式表示：
           珠光体P ( F   +        Fe3C )    →         奥氏体A ；
      含碳量：   0.0218%         6.69%                 0.77%
      结构：    体心立方   （复杂斜方）正交晶格       面心立方
    
　　这一过程由Fe的晶格改组和Fe、C原子的扩散，它包括以下四个阶段：
　　1、奥氏体核的形成；
　　2、奥氏体核的长大；
　　3、剩余渗碳体溶解；
　　4、奥氏体成分均匀化。
　　（一）、奥氏体形核的形成 ：
 　　1、形核位置：
　　（1）、F/Fe3C界面；奥氏体晶核优先在铁素体与渗碳体相界面处通过扩散机制形成；
　　（2）、珠光体团交界处；
　　（3）、先共析铁素体/珠光体团交界处。
 　　2、在上述位置优先在铁素体与渗碳体相界面处形核，这是由于满足三个起伏：
　　（1）、界面上存在浓度结构起伏；相界面处存在碳的浓度起伏；容易满足形成奥氏体所需的碳浓度。相界面处存在结构起伏；
　　（2）、界面存在缺陷，能量高，提供能量起伏；此处原子排列紊乱，位错、空位浓度较高，容易满足形成奥氏体所需的能量；
　　（3）、有渗碳体溶解后的碳原子补充。
 　　3、有时在铁素体内部也能形核，只要满足：
　　（1）、温度高，提供足够的相变驱动力；
　　（2）、有嵌镶块，提供足够的浓度条件和晶核尺寸。
 　　4、奥氏体形核(在加热不快，温度不高的条件下)：有铁原子和碳原子扩散机制。
　　（二）、奥氏体核的长大：
    奥氏体晶核形成之后，长大便开始了。其奥氏体核的长大是依靠碳原子的扩散、奥氏体两侧界面向
铁素体及渗碳体推移来进行的。长大过程是通过Fe3C向γ中溶解、依靠C原子在γ和α中的扩散、α→γ的
晶格改组、γ两侧界面（α/γ界面和Fe3C/γ界面）分别向α和Fe3C中推移等过程来进行的。因此，奥氏
体长大是C原子扩散控制的。
　　1、碳原子在奥氏体中的扩散：    
　　由图2-8中所示，设在温度t1，在F与Fe3C交界面形
成A核。由于A晶核中与F交界处C含量CA-F<CA-Fe3C(A晶
核中与Fe3C交界处C含量)，碳原子向F一侧扩散，就改
变了A中各个界面的浓度，破坏了平衡状态，为了恢复
平衡，低碳的F将转变为A，而使界面处碳含量仍然恢复
到CA-F，同时Fe3C中的碳也溶入A ，也使界面浓度增高
到CA-Fe3C，有利于A的长大。
    CA：奥氏体的碳浓度，0.77%；
        CA-F：奥氏体中靠近铁素体一侧含碳量（GS线）；
        CA-Fe3C：奥氏体中靠近渗碳体一侧含碳量（ES线）；
        CF-A：铁素体中靠近奥氏体一侧含碳量（GP线）；
        CF-Fe3C：铁素体中靠近渗碳体一侧含碳量（QP的延长线）；
        Fe3C：渗碳体的碳浓度，6.69%。
    奥氏体长大机制：奥氏体晶核形成之后，它一面与渗碳体相接，另一面与铁素体接。在奥氏体中靠
近铁素体一侧含碳量（CA-F）较低，而靠近渗碳体一侧含碳量（CA-Fe3C）较高,由于CA-Fe3C>CA-F，这使
得在奥氏体中出现了碳的浓度梯度，引起碳在奥氏体中由高浓度的Fe3C/γ相界面向低浓度的α/γ相界面扩
散。随着碳在奥氏体中的扩散，破坏了原先相界面处碳浓度的平衡，即造成靠近铁素体一侧奥氏体的碳
浓度增高（>CA-F），靠近渗碳体一侧奥氏体的碳浓度降低（<CA-Fe3C）。为了恢复原先碳浓度的平衡，
势必促使铁素体向奥氏体转变以及渗碳体的溶解。这样，奥氏体中与铁素体和渗碳体相界面处碳平衡浓度
的破坏与恢复的反复循环过程，就使奥氏体逐渐向铁素体和渗碳体两方向长大，直至铁素体全部转变为奥
氏体为止(图2-8)。
　　2、碳原子在铁素体内部的扩散：
    碳在奥氏体中的扩散的同时，在奥氏体中出现了碳的浓度梯度（CA-Fe3C－CA-F），碳在铁素体中也
进行扩散,促使奥氏体长大。由于F中与A交界的界面浓度CF-A<CF-Fe3C(F中与Fe3C交界的界面浓度），碳
原子向A一侧扩散，使F中碳浓度升高，有利于向奥氏体的转化。
　　（三）、剩余渗碳体溶解：
铁素体消失以后，仍有部分渗碳体尚未溶解，这部分渗碳体称为剩余渗碳体。
　　1、实验现象：
　　（1）、F消失时，组织中的Fe3C还未完全转变；
　　（2）、测定后发现A中含碳量低于共析成分0.77%。
　　2、原因：
　　Fe-Fe3C相图上ES线斜度大于GS线(见图2-8)，S点不在CA-F与CA-Fe3C中点，而稍偏右。所以A中平均
碳浓度，即(CA-F + CA-Fe3C)/2低于S点成分。当F全部转变为A后，多余的碳即以Fe3C形式存在。
　　通过随着保温时间延长或继续升温，剩余渗碳体通过碳原子的扩散，不断溶入奥氏体中，使奥氏体的碳浓度逐渐接近共析成分。这一阶段一直进行到渗碳体全部消失为止。
　　（四）、奥氏体成分均匀化：
当剩余渗碳体全部溶解后，奥氏体中的碳浓度仍是不均匀的，原来存在渗碳体的区域碳浓度较高，而原来存在铁素体的区域碳浓度较低，只有继续延长保温时间，使碳原子充分扩散才能得到成分均匀的单相奥氏体。
共析碳钢的奥氏体等温形成是通过碳、铁原子的扩散，通过形核—长大—碳化物溶解—奥氏体均匀化四个步骤实现的。
三、非共析钢奥氏体的形成：
    非共析钢和共析钢奥氏体形成基本相同，也经历上述四个过程。但加热温度仅超过Ac1时，只能使原
始组织中的P转变为奥氏体，仍保留一部分先共析α和先共析Fe3C，只有当加热温度超过Ac3或Accm时并保
温足够时间，原始组织才能全部转变为均匀的单相奥氏体。即：
    亚共析钢：α＋P → α＋γ→γ；
    过共析钢：Fe3C＋P →α＋γ→γ。铁素体是碳溶解在a－Fe中的间隙固溶体，常用符号F表示。

不锈钢中的“铁素体”,指的是碳溶解在a－Fe中的间隙固溶体，其溶碳能力很小，常温下仅能溶解为0.0008％的碳，在727℃时最大的溶碳能力为0.02％,它仍保持的体心立方晶格.常用符号F表示。
由于铁素体含碳量很低，其性能与纯铁相似，塑性、韧性很好，伸长率δ＝45％～50％。强度、硬度较低，σb≈250MPa，而HBS＝80。
所谓铁素体不锈钢.指的是在使用状态下以铁素体组织为主的不锈钢。它的含铬量在11%~30%，具有体心立方晶体结构,至于不锈钢含铁量与它是否是铁素体不锈钢并无关系.铁素体不锈钢只取决于在使用状态下，它是否以铁素体组织为主.
铁素体有磁性.