摘 要:304不銹鋼和鐵素體不銹鋼的耐腐蝕性能較好,導致材料的晶粒度評級比較困難。將高 錳酸鉀硫酸溶液作為腐蝕劑,水浴加熱后對304不銹鋼進行腐蝕,可獲得清晰、完整的奧氏體晶粒, 且不顯示晶粒內(nèi)孿晶界;采用放置約3a的王水作為腐蝕劑對鐵素體不銹鋼進行腐蝕,可獲得清晰 的晶粒形貌,實現(xiàn)其晶粒度級別的準確評定。

關鍵詞:304不銹鋼;鐵素體不銹鋼;晶粒度;腐蝕方法

中圖分類號:TB31;TG115.21 文獻標志碼:A 文章編號:1001-4012(2023)03-0016-03

304不銹鋼具有良好的耐腐蝕性、耐熱性、熱加 工性和可焊性,且無熱處理硬化現(xiàn)象,廣泛應用于醫(yī) 療器具、建材、化學、食品工業(yè)等領域[1-3]。鐵素體不 銹鋼具有導熱系數(shù)大、熱膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、 耐應力腐蝕性能良好等優(yōu)點,多用于制造耐大氣、水 蒸氣、氧化性酸腐蝕的零部件[4-5]。金屬材料的力學 性能與其晶粒大小密切相關,因此需要準確測量材 料的晶粒尺寸。304不銹鋼和鐵素體不銹鋼的耐腐 蝕性能較好,導致材料的晶粒顯示不全,晶粒度評級 較難。

采用王水、FeCl3 等多種腐蝕劑對304不銹鋼 材料進行腐蝕,獲得的奧氏體組織不能全部清晰顯 示,晶粒度評級存在很大困難,且奧氏體晶粒內(nèi)的孿 晶對晶粒度評級造成干擾,從而進一步影響晶粒度 評級的準確性。為解決304不銹鋼和鐵素體不銹鋼 晶粒顯示困難的問題,筆者找到了合適的腐蝕劑和 腐蝕方法,獲得了304不銹鋼和鐵素體不銹鋼材料 清晰、完整的微觀組織形貌,保證了晶粒度評級的準 確性。

1 試驗材料及制備方法

對選取的304不銹鋼進行化學成分分析,結果 如表1所示。

在該304不銹鋼上取3個尺寸為1.5mm×1.5mm×10mm(長×寬×高)的試樣。將所取試 樣在砂輪機上進行倒角預處理,然后將試樣的待觀 察面依次在200,600,800,1000目的水砂紙上進行 機械研磨。研磨結束后,用拋光機對試樣進行拋光, 拋光至待觀察面在顯微鏡下看不到劃痕,呈干凈、明 亮的鏡面。

參考304不銹鋼的試樣制備方法,制備鐵素體 不銹鋼試樣,拋光后待用。

2 試驗方法及結果

2.1 304不銹鋼的傳統(tǒng)腐蝕方法

304不銹鋼晶粒顯示的常用方法為化學腐蝕 法,常用腐蝕液有王水、FeCl3 溶液和 CuSO4 溶液 等。將拋光后的3個304不銹鋼試樣分別用王水、 FeCl3 溶液和 CuSO4 溶液進行腐蝕,腐蝕方法為: 將3種腐蝕液分別倒入培養(yǎng)皿中,將試樣待觀察面 放入腐蝕液中;腐蝕時間約10~20s,試樣待觀察面 的鏡面消失;然后依次用水和乙醇沖洗試樣,用吹風 機吹干,在光學顯微鏡下觀察試樣,結果如圖1所 示。從下圖1可以看出,3個試樣奧氏體晶界顯示 不均勻,有深有淺,且附著有大量黑色點狀或塊狀腐 蝕產(chǎn)物,組織顯示效果非常不理想。在晶界不完整、 大量腐蝕產(chǎn)物及孿晶等因素的影響下,晶粒度評級 結果誤差很大,不能獲得準確的晶粒度等級。

2.2 304不銹鋼的新腐蝕方法

奧氏體晶粒晶界和晶內(nèi)孿晶的形成機理和能量 差均不同,因此配制對孿晶有抑制作用、對晶界敏感 的腐 蝕 液 非 常 重 要。新 配 制 的 腐 蝕 液 為 1.8g KMnO4+8mLH2SO4+100mLH2O的高錳酸鉀硫 酸溶液。具體的配制和腐蝕方法為:在燒杯中加入 100mL超純水,將玻璃棒插入超純水中,將硫酸沿著 玻璃棒緩慢加入,并攪拌散熱,最后加入高錳酸鉀,并 攪拌至全部溶解;將盛放腐蝕液的燒杯置于水浴鍋 中,加熱至90℃;待水浴鍋溫度穩(wěn)定3min后,將3 個試樣輕放至盛有腐蝕液的燒杯中,試樣待觀察面朝 上,腐蝕時間為3~7min;腐蝕結束后,依次用水和乙 醇沖洗試樣,試樣表面的黑紫色附著物可以采用拋光 的方法去除,拋光機的轉速為200~300r/min;將試 樣清洗、吹干,最后用光學顯微鏡進行觀察,結果如圖 2所示。由圖2可知,3個試樣的奧氏體晶粒晶界清 晰,晶內(nèi)孿晶界并未顯現(xiàn),整個試樣的腐蝕面組織均 勻,腐蝕效果良好。說明采用新方法腐蝕304不銹 鋼,可有效、清晰地顯示材料的奧氏體晶界。

按照 GB/T6394—2017《金屬平均晶粒度測定 方法》中截點法的相關規(guī)定,分別對3個試樣的晶粒 度進行評級,結果分別為7.24,7.14,7.29級,相對誤 差分別為3.26%,4.23%,3.78%,3組測試結果的相 對誤差均不大于10%,即3組測試結果視為有效。

2.3 鐵素體不銹鋼的新腐蝕方法

鐵素體不銹鋼的 Cr元素含量較高,因此其耐 腐蝕性能較好。選用放置期約為3a的王水作為 腐蝕劑,腐蝕時間約為5min,腐蝕效果最好,此時 鐵素體不銹鋼的晶界清晰,可完全顯示其晶粒形 貌(見圖3)。

3 結論

采用高錳酸鉀硫酸溶液作為腐蝕劑,水浴加熱 至90℃后對304不銹鋼進行腐蝕,可獲得清晰、完 整的奧氏體晶粒,且不顯示晶粒內(nèi)孿晶界。該方法 排除了晶粒內(nèi)孿晶的影響,可用來準確評定304不 銹鋼的晶粒度等級。采用放置期約為3a的王水作 為腐蝕劑,對鐵素體不銹鋼進行腐蝕,可獲得晶界清 晰的晶粒形貌,實現(xiàn)其晶粒度等級的準確評定,滿足 GB/T6394—2017的要求。

參考文獻:

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<文章來源>材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 59卷 > 3期 (pp:16-18)>