谷秀銳, 劉麗君, 劉燕霞, 白麗娟, 段路昭, 宋 月

(1.河鋼材料技術(shù)研究院, 石家莊 050000; 2.河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué), 石家莊 050000)

高錳鋼具有優(yōu)越的性能,可應(yīng)用在較多特殊環(huán)境下。錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%～14%的高錳鋼是傳統(tǒng)耐磨材料之一。該鋼種在抵抗強(qiáng)沖擊載荷、高應(yīng)力工況下的磨料或鑿削磨損方面具有優(yōu)異的性能。該類高錳鋼被廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、礦山機(jī)械、水泥、煤炭及安保等行業(yè)的結(jié)構(gòu)件中,如坦克履帶板、粉磨機(jī)襯板、顎式破碎機(jī)岔板、大型球磨機(jī)襯板等重要的易磨損構(gòu)件。錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%～28%的高錳鋼可用于存儲(chǔ)運(yùn)輸液化天然氣(LNG),使用溫度可達(dá)-163 ℃,該類高錳鋼在室溫下的顯微組織為奧氏體,不易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)脆現(xiàn)象,保證了LNG儲(chǔ)罐用鋼材的安全性[1-4]。

奧氏體晶粒大小對不同含量錳元素高錳鋼的組織和性能有很大影響。細(xì)化晶粒不僅可提高高錳鋼的屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度,同時(shí)可改進(jìn)高錳鋼的塑性和沖擊韌性,增強(qiáng)其耐磨性能,降低高錳鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度。因此,對耐磨高錳鋼室溫奧氏體組織顯示方法的研究有助于制定合理的生產(chǎn)及熱處理工藝,以滿足對其性能的需求。

筆者介紹了兩種錳元素含量不同的高錳鋼顯微組織顯示的具體過程,成功解決了高錳鋼顯微組織顯示的問題,實(shí)現(xiàn)了高錳鋼室溫奧氏體的清晰顯示。研究結(jié)果可為提高高錳鋼的性能提供理論基礎(chǔ)。

1 試樣制備

在錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%～14%的耐磨高錳鋼上截取試樣1,在錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%～28%的超低溫環(huán)境用高錳鋼上截取試樣2,依次用180,400,800,1 000目(1目=25.4 mm)水砂紙研磨試樣1,2的觀察面,然后用拋光機(jī)將試樣1,2的觀察面拋光至鏡面,且無劃痕。拋光時(shí)需加水潤滑,并加拋光劑,以保證拋光效果。

2 耐磨高錳鋼的腐蝕方法

采用化學(xué)腐蝕的方法對耐磨高錳鋼進(jìn)行腐蝕,依據(jù)薄膜干涉顯示組織法原理,使腐蝕液與試樣拋光面進(jìn)行反應(yīng),進(jìn)而在拋光面上形成一層薄膜,隨后觀察試樣的顯微組織,不同取向的奧氏體晶粒和晶粒內(nèi)析出物可以呈現(xiàn)不同顏色和形貌,從而獲得耐磨高錳鋼的彩色奧氏體組織。

耐磨高錳鋼腐蝕液的配制方法為：首先在燒杯中加入100 mL無水乙醇,再依次加入4～4.5 mL硝酸、0.5 g草酸和0.8 g偏重亞硫酸鈉,充分?jǐn)嚢韬箪o置2 min。

耐磨高錳鋼的腐蝕過程為：將拋光好的試樣拋光面放入腐蝕液中,隨后取出,拋光面向上,不斷緩慢晃動(dòng)試樣,可多次蘸取腐蝕劑;腐蝕時(shí)間為90～110 s,直到試樣鏡面消失,試樣表面具有彩色光澤;依次用水、乙醇將試樣沖洗干凈,并吹干,最后將試樣置于光學(xué)顯微鏡下觀察。腐蝕后的試樣表面形成一層薄膜,切勿破壞,以免影響觀察效果。如果顯微組織顯示不清晰,可按照以上步驟和方法,重復(fù)進(jìn)行二次腐蝕,腐蝕時(shí)間需結(jié)合上次腐蝕效果確定。

耐磨高錳鋼的顯微組織形貌如圖1所示。由圖1可知：試樣的奧氏體組織顯示良好,色彩艷麗,晶內(nèi)滑移線排列整齊,析出物清晰可見,硫化錳呈藍(lán)色圓錐狀,氮化鈦呈淡紅色方塊狀。

圖1 耐磨高錳鋼的顯微組織形貌

3 超低溫環(huán)境用高錳鋼的腐蝕方法

超低溫環(huán)境用高錳鋼的錳元素含量較高,耐腐蝕性較好,其腐蝕液配制方法為：將16 mL濃硝酸加入到100 mL無水乙醇中,攪拌均勻,配制成腐蝕液1;將14 mL濃鹽酸加入到100 mL無水乙醇中,攪拌均勻,配制成腐蝕液2。

超低溫環(huán)境用高錳鋼的腐蝕過程為：將試樣拋光面朝下放入裝有腐蝕液1的玻璃皿中,停留約20 s后取出,待拋光面上的鏡面消失后,將試樣放入裝有腐蝕液2的玻璃皿中,停留時(shí)間約為10 s;將試樣取出后依次用水、乙醇沖洗干凈,并用吹風(fēng)機(jī)吹干試樣;最后將試樣置于光學(xué)顯微鏡下觀察。若奧氏體晶粒晶界顯示不連續(xù),可將試樣拋光后重新進(jìn)行腐蝕,適當(dāng)延長每步的腐蝕時(shí)間,具體腐蝕時(shí)間需結(jié)合第一次的腐蝕效果來決定。因該類高錳鋼的耐腐蝕性較好,出現(xiàn)過腐蝕的概率較低。

超低溫環(huán)境用高錳鋼的顯微組織形貌如圖2所示。由圖2可知：試樣的腐蝕效果較好,使用該方法可以獲得清晰的高錳鋼顯微組織。

圖2 超低溫環(huán)境用高錳鋼的顯微組織形貌

4 結(jié)論

采用草酸+硝酸+偏重亞硫酸鈉+無水乙醇溶液作為腐蝕液,在室溫下對錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%～14%的耐磨高錳鋼進(jìn)行腐蝕,通過薄膜干涉顯示組織法,可獲得清晰完整、色彩艷麗的彩色顯微組織形貌。

采用硝酸+無水乙醇溶液和鹽酸+無水乙醇溶液復(fù)合的腐蝕方法,對錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%～28%的超低溫環(huán)境用高錳鋼進(jìn)行腐蝕,可以獲得清晰的顯微組織形貌。