王欽娟 ,劉 東

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，福州 350007；2.福州大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福州 350108)

鑄造雙相不銹鋼金相浸蝕劑的研究

王欽娟1,劉 東2

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系，福州 350007；2.福州大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福州 350108)

由于雙相不銹鋼具有優(yōu)異的耐蝕性能，常規(guī)金相浸蝕劑無(wú)法達(dá)到預(yù)期的浸蝕效果，因此必須選用合適的浸蝕劑，在特定的浸蝕工藝下，對(duì)樣品進(jìn)行試驗(yàn)才能獲得清晰的金相顯微組織，為質(zhì)量檢驗(yàn)提供基礎(chǔ)。文中研究了金相浸蝕劑對(duì)雙相不銹鋼微觀組織的顯示效果，并探討了浸蝕的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雙相不銹鋼在浸蝕過(guò)程中，兩相組織以不同速度溶解從而顯示出金相組織；具有強(qiáng)氧化劑的堿性浸蝕劑的顯示效果優(yōu)于酸性浸蝕劑的顯示效果。

雙相不銹鋼；金相；浸蝕劑；研究

金相分析檢驗(yàn)是雙相不銹鋼質(zhì)量檢驗(yàn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)對(duì)材料在冶金、加工等各種條件下形成的組織進(jìn)行觀察、分析，研究雙相不銹鋼中各相的成分及其含量對(duì)性能的影響，對(duì)于改進(jìn)制造工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的意義[6-7]。由于雙相不銹鋼具有優(yōu)異的耐蝕性能，通用的金相浸蝕劑無(wú)法達(dá)到預(yù)期的浸蝕效果，必須選用合適的浸蝕劑，在特定的浸蝕工藝下，對(duì)樣品進(jìn)行試驗(yàn)才能獲得清晰的金相顯微組織，為質(zhì)量檢驗(yàn)提供基礎(chǔ)。

本文以獲得清晰的雙相不銹鋼顯微組織為目標(biāo)，對(duì)超級(jí)雙相不銹鋼進(jìn)行浸蝕，觀察其金相組織，分析兩相組織的組織成分，分析浸蝕過(guò)程中的電化學(xué)反應(yīng)，為雙相不銹鋼金相檢驗(yàn)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

樣品進(jìn)行浸蝕試驗(yàn)后用XJP-04光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察并拍照，所采用的浸蝕劑及工藝如表1所示。

表1 浸蝕劑及浸蝕工藝

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 浸蝕效果

對(duì)試樣分別用表1中所列的4種浸蝕劑進(jìn)行試驗(yàn)后，從中選擇具有代表性的試樣組織進(jìn)行比較，如圖1～圖4所示。從顯微照片分析得出，試樣組織主要由基體和分布在基體上的島狀相組成。在浸蝕效果上， 除1號(hào)浸蝕劑顯示的兩相灰度對(duì)比不明顯之外，其余3種浸蝕劑均能從灰度上有效區(qū)分出鐵素體相與奧氏體相兩種組織。對(duì)于雙相組織的顯示，2號(hào)和4號(hào)浸蝕劑的顯示效果最佳，能清晰地顯示出雙相組織，晶界輪廓清晰；3號(hào)浸蝕劑對(duì)其中一相的浸蝕不均勻，導(dǎo)致其金相組織呈斑駁狀。

通過(guò)EDS對(duì)基體與島狀組織進(jìn)行成分分析，所得的兩相Cr、Ni和Mo元素含量如表2所示。

表2 兩相Ni、Cr、Mo成分 Wt

圖1 經(jīng)1號(hào)浸蝕劑浸蝕后材料金相照片

圖2 經(jīng)2號(hào)浸蝕劑浸蝕后材料金相照片

圖3 經(jīng)3號(hào)浸蝕劑浸蝕后材料金相照片

圖4 經(jīng)4號(hào)浸蝕劑浸蝕后材料金相照片

由于鎳是強(qiáng)烈形成奧氏體和擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，所以試樣組織中奧氏體相的含鎳量應(yīng)大于鐵素體相中的含鎳量；另外，鐵素體相中的含鉻量和含鉬量高于奧氏體相中的含量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的兩相的化學(xué)成分可知，基體組織為鐵素體相，島狀組織為奧氏體相。雙相不銹鋼中兩相組織電極電位的高低取決于其所固溶的合金元素的種類和含量。若電極電位H/H+=0 V,則其他合金元素對(duì)應(yīng)的電極電位分別為[8]：

Ni/Ni2+=-0.257(V)

Cr/Cr3+=-0.744(V)

Mo/Mo3+=-0.200(V)

2.2 分析和討論

在堿性環(huán)境，即2號(hào)、4號(hào)浸蝕劑中，溶液的pH值高，F(xiàn)e雖處于鈍態(tài)，但由于2號(hào)、4號(hào)浸蝕劑中分別加入了KMnO4和K3Fe(CN)6等強(qiáng)氧化性物質(zhì)，推測(cè)在2號(hào)浸蝕劑中，在OH-的作用下可發(fā)生的反應(yīng)如下：

在4號(hào)浸蝕劑中，發(fā)生以下反應(yīng)：

在堿性條件下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，由于兩相電極電位差異，使鐵素體優(yōu)先溶解，從而顯示出兩相組織。但2號(hào)浸蝕劑需要在75 ℃環(huán)境下使用，使用工藝性不如4號(hào)浸蝕劑。

3 結(jié)束語(yǔ)

1) 4 g KMnO4+4 g NaOH+100 mL H2O浸蝕劑和30 g K3Fe(CN)6+30 g KOH+60 mLH2O浸蝕劑效果最好，能明顯地顯示鐵素體相與奧氏體相，并且顯示了清晰的相區(qū)輪廓。

2)雙相不銹鋼顯微組織經(jīng)分析可知，其基體組織為鐵素體相，島狀組織為奧氏體相。

3)酸性浸蝕劑使雙相不銹鋼兩相組織溶解速率相近，無(wú)法得到清晰的金相組織；在OH-離子作用下的強(qiáng)氧化劑可以清晰地浸蝕出兩相組織。

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Study on Metallographic Etchant for Cast Duplex Stainless Steel

WANG Qinjuan1, LIU Dong2

(1. Department of Mechanical Engineering, Fujian Chuangzheng Communications College, Fuzhou 350007, China;2. School of Mechanical Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China)

Conventional metallurgical etchant can not achieve the desired results because of duplex stainless steel has excellent corrosion resistance. It is necessary to choose suitable etchant and be in particular etching process. The clear microstructure is obtained, which would provide a basis for quality inspection. This paper studies on the display performance of the different etchant for duplex stainless steel, and discusses the process of erosion of the electrochemical reaction. The results showed that, in the process of etching for duplex stainless steel, the display of microstructure for two phases is owing to the different dissolution rate between austenite and ferrite phases. Alkali with strong oxidant etching agent display performance is better than that of acid etching agent.

duplex stainless; metallography; etchant; study

2014-04-10；修改日期:2014-06-16

福建省教育廳B類科技研究基金資助項(xiàng)目(JB12367)。

王欽娟(1983-),女,碩士,助教,主要從事黑色金屬材料的制備工作。

TG174.42

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.004