Você também precisa definir fastcgi_cache microcache; em algum momento da sua configuração. O valor padrão null desativou o armazenamento em cache: link
Para verificar, veja se o cabeçalho X-Cache-Debug está presente na resposta. Se não, você está sendo muito restritivo para o que pode ser armazenado em cache. O Nginx também honra o cabeçalho Cache-Control que você definiu na resposta HTTP - você pode usar / verificar em seus aplicativos em vez de adicionar muitas condições para o armazenamento em cache.