摘 要:2205雙相不銹鋼因具有高耐腐蝕性,在進(jìn)行材料性能評(píng)定時(shí),其顯微組織很難快速、清 晰地顯現(xiàn)出來。在現(xiàn)有雙相不銹鋼腐蝕方法的基礎(chǔ)上,采用草酸、碳酸氫鈉、硝酸和甘油的配方,對(duì) 腐蝕液進(jìn)行優(yōu)化,運(yùn)用電解腐蝕的方法,可以在短時(shí)間內(nèi)得到清晰的雙相不銹鋼顯微組織。 

關(guān)鍵詞:2205雙相不銹鋼;金相檢驗(yàn);耐腐蝕性;電解腐蝕;顯微組織 

中圖分類號(hào):TG178                                  文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A                                            文章編號(hào):1001-4012(2022)05-0004-03

2205(022Cr23Ni5Mo3N)雙 相 不 銹 鋼 是 第 二 代新型含氮雙相不銹鋼,經(jīng)過固溶處理后,其組織 中鐵素體和奧氏體含量大致相同,均由鉻元素(質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為22%)、鎳元素(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%)等主要 元素構(gòu)成。由于雙相不銹鋼中同時(shí)存在奧氏體與 鐵素體,因此與單純的奧氏體不銹鋼相比,晶間腐 蝕傾向更小。由于雙相不銹鋼在敏化溫度范圍內(nèi) 加熱時(shí),Cr23C6 未在奧氏體晶界析出,而先在鐵素 體內(nèi)析出,這就使得鉻化物不會(huì)在晶界處聚集,從 而造成嚴(yán) 重 的 貧 鉻 現(xiàn) 象。此 外,雙 相 不 銹 鋼 的 耐 腐蝕性也高于奧氏體不銹鋼,由于2205雙相不銹 鋼的兩相含 量 幾 乎 相 同,在 許 多 介 質(zhì) 中 能 達(dá) 到 鈍 化 狀 態(tài),故 而 有 較 好 的 耐 腐 蝕 性[1-2],但 優(yōu) 秀 的 耐 腐蝕性卻導(dǎo)致雙相不銹鋼在金相檢驗(yàn)中很難得到 清晰的顯微組織。 

1 金相檢驗(yàn)及原有腐蝕方法 

1.1 金相檢驗(yàn)方法 

雙相不銹鋼經(jīng)切割→鑲嵌→磨制→拋光后得到 磨面平整光滑、沒有磨痕和變形層的金相試樣,用適 當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)或物理方法對(duì)試樣的拋光面進(jìn)行腐蝕,從 而在金相顯微鏡下可以清晰地顯示出金屬與合金的 內(nèi)部組織,這個(gè)過程稱為金屬材料的金相檢驗(yàn)[3]。

1.2 金屬材料的電化學(xué)腐蝕機(jī)理 

1.2.1 電化學(xué)腐蝕原理 

從廣義上講,金屬材料的電化學(xué)腐蝕是指金屬 與導(dǎo)電介質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)作用而造成的破壞,也可 以認(rèn)為其是依靠腐蝕電池的陰、陽(yáng)極反應(yīng)而進(jìn)行的 腐蝕過程。在生活中,金屬材料的電化學(xué)腐蝕處處 可見,如橋梁鋼架及露天放置的金屬設(shè)備在潮濕大 氣中的腐蝕,船體、碼頭及海上采油平臺(tái)在海水中的 腐蝕等。

1.2.2 電解的作用 

電解是指在外加直流電源的作用下,電流通過電解質(zhì)溶液引起電解池的陰、陽(yáng)兩極上發(fā)生化學(xué)變 化,從而將電能轉(zhuǎn)化為電解產(chǎn)物儲(chǔ)藏的化學(xué)能的過 程。電解時(shí),電解質(zhì)中的陰、陽(yáng)離子分別向電解池的 正、負(fù)極,即陽(yáng)、陰極移動(dòng),并分別在電極上得、失電 子發(fā)生氧化還原反應(yīng)[4]。 

電解侵蝕是基于電化學(xué)溶解的作用,被侵蝕的 試樣作為陽(yáng)極,不銹鋼作為陰極,容器中盛放電解 液,當(dāng)接通電流后,由于各相之間與晶粒之間的析出 電位不一致,在微弱電流作用下各相的侵蝕程度不 同,從而顯示各相的組織。 

1.3 金相檢驗(yàn)原有的腐蝕方法 

GB/T26956—2011 《金屬材料焊縫破壞性試 驗(yàn) 宏觀和微觀檢驗(yàn)用侵蝕劑》中規(guī)定的侵蝕劑能使 普通的不銹鋼形成較清晰的顯微組織,對(duì)于雙相不 銹鋼、超級(jí)雙相不銹鋼和鎳基合金等耐腐蝕性較強(qiáng) 的材料,其腐蝕效果往往無法達(dá)到要求[5]。

常用的雙相不銹鋼腐蝕方法有以下4種。 

(1)5g氯化高鐵、50 mL 鹽酸和100 mL 水, 在室溫(10~35 ℃)或者加熱情況下使用。這種方 法耗時(shí)長(zhǎng),鹽酸加熱會(huì)產(chǎn)生毒性物質(zhì),對(duì)人體傷害 大。鹽酸的購(gòu)買、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及處理都有很高要求。 

(2)熱腐蝕法:將10~15g鐵氰化鉀、10~30g 氫氧化鈉和100mL 水混合作為侵蝕劑,將侵蝕劑 煮沸后侵蝕試樣5~10 min。這種方法操作復(fù)雜, 容易過度侵蝕,侵蝕得到的顯微組織效果不好。 

(3)中國(guó)專利cn107976459a公開了一種雙相 不銹鋼金相腐蝕方法:采用體積分?jǐn)?shù)為10%~20% 的高氯酸酒精溶液電解拋光20~30s,電壓為10~ 20V,電流為1~2A;中國(guó)專利cn103924246a公開 了一種雙 相 不 銹 鋼 金 相 腐 蝕 方 法:侵 蝕 劑 含 鹽 酸 0.065~0.125g/mL,偏 重 亞 硫 酸 鉀 0.017 ~ 0.029g/mL,在保溫條件下侵蝕10~20min。以上 兩種方法均操作復(fù)雜,所用高氯酸、偏重亞硫酸鉀危 險(xiǎn)性較高。特別是高氯酸,有強(qiáng)氧化性和腐蝕性,與 有機(jī)物、還原劑、易燃物等接觸或混合時(shí)有燃燒、爆 炸的危險(xiǎn)。 

(4)中國(guó)專利cn103123318a公開了一種雙相 不銹鋼金相腐蝕液:使用鹽酸、苦味酸與無水乙醇的 體積 比 為 5∶1∶100 的 溶 液 進(jìn) 行 侵 蝕;中 國(guó) 專 利 cn106248460a公開了一種雙相不銹鋼金相腐蝕方 法:用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%~0.3%,pH 不大于2的三 氯化鐵、鹽酸水溶液對(duì)試樣進(jìn)行侵蝕,再經(jīng) 450~ 550℃加熱、保溫、冷卻。以上兩種方法所得到的顯微組織兩相區(qū)分度均不高,且被腐蝕相為黑色,與不 銹鋼中常出現(xiàn)的碳化物等無法區(qū)分;苦味酸具有強(qiáng) 烈的苦味,高溫、接觸明火、振動(dòng)、撞擊等都會(huì)使其發(fā) 生爆炸,且可引起慢性中毒,危害人體健康。此外, 以上兩種方法也容易出現(xiàn)過度侵蝕的情況。

2 電解腐蝕新方法驗(yàn)證試驗(yàn) 

2.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備 

試驗(yàn)主要使用的設(shè)備有電解腐蝕裝置、整流器 (電壓為1~12V,電流為0~100A)、掃描電子顯微 鏡(SEM)、光學(xué)顯微鏡。主要試驗(yàn)材料有草酸、碳 酸氫鈉、濃硝酸。 

2.2 試驗(yàn)過程 

(1)將待腐蝕試樣用120~2000目砂紙逐級(jí) 打磨 后,用 3.5μm 和 1μm 的 金 剛 石 研 磨 膏 拋 光[6]。 

(2)取適量草酸,加少量去離子水溶解,取適量 碳酸氫鈉,緩慢加入溶液并攪拌,等待溶液中的氣泡 平靜后,加熱至微沸并攪拌。待溶液均勻后用移液 管緩慢 加 入 少 量 濃 硝 酸,使 用 去 離 子 水 定 容 至 500mL,最后加入少量甘油,并靜置1h。其中硝酸 與甘油只需要少量即可,草酸與碳酸氫鈉的質(zhì)量比 約為1∶1。 

(3)將配置好的腐蝕液放入自制電解腐蝕裝 置,被腐蝕面面對(duì)腐蝕金屬板,電壓調(diào)整為5V,對(duì) 試樣進(jìn)行電解腐蝕。15s后將試樣取出,一邊用棉 花輕輕擦拭,一邊用去離子水沖洗。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果 

將腐蝕產(chǎn)物清洗干凈后,用酒精噴撒試樣的被 腐蝕面,并吹干。采用光學(xué)顯微鏡觀察試樣,其微觀 形貌如圖1所示。從圖1可以看出:試樣中的奧氏 體未被腐蝕(凸出,淺灰),鐵素體被腐蝕(凹下,白 色),邊界有少量的碳化物;試樣顯微組織清晰,兩種 組織和碳化物區(qū)分明顯。 

采用 SEM 對(duì) 試 樣 的 被 腐 蝕 面 進(jìn) 行 觀 察,其 SEM 形貌如圖2所示。從圖2可以看出:試樣的奧 氏體和鐵素體的凹凸顯示明顯,可以清楚地感受到 立體效果。 

3 結(jié)語 

(1)草酸、碳酸氫鈉和甘油都是較安全且無毒 的化學(xué)品,易于購(gòu)買;硝酸雖然是強(qiáng)酸,但是相較于 鹽 酸和硫酸,使用硝酸降低了實(shí)驗(yàn)室在管制化學(xué)藥品的硬件投入和日常管理投入。 

(2)電解腐蝕試驗(yàn)是在常溫下進(jìn)行的,無需加 熱,整個(gè)過程中不產(chǎn)生酸霧,不產(chǎn)生有毒、有刺激性 的化學(xué)物質(zhì),對(duì)人體的傷害較輕。 

(3)配置腐蝕液所采用的化學(xué)品濃度均較低, 試驗(yàn)中電流及電壓較小,提高了試驗(yàn)的安全性。電 解腐蝕時(shí)間短,腐蝕液可以重復(fù)使用,提高了工作 效率。 

(4)對(duì)于除2205鋼之外的其他雙相不銹鋼,可 以采用適當(dāng)延長(zhǎng)或者降低電解腐蝕時(shí)間的方法來獲 得清晰的顯微組織。

參考文獻(xiàn): 

[1] 王健.2205雙相不銹鋼的點(diǎn)蝕及再鈍化行為[D].大 連:大連理工大學(xué),2015. 

[2] 王雅倩.2205雙相不銹鋼在井下環(huán)境中的耐蝕性能 研究[D].西安:西安石油大學(xué),2018. 

[3] 機(jī)械工業(yè)理化檢驗(yàn)人員技術(shù)培訓(xùn)和資格鑒定委員會(huì), 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)理化檢驗(yàn)分會(huì).金屬材料金相檢驗(yàn) [M].北京:科學(xué)普及出版社,2015. 

[4] TALBOT DEJ,TALBOTJD R.Corrosionscience andtechnology[M].BocaRaton:CRCPress,2007. 

[5] 張秀荷,代緒成,劉宏,等.電解腐蝕技術(shù)在耐蝕合金 焊接接頭低倍金相制樣中的應(yīng)用[J].焊管,2019,42 (11):41-45.

[6] 劉釗,梁寧.2205雙相不銹鋼微觀組織性能研究[J]. 一重技術(shù),2021(2):47-52.

<文章來源   > 材料與測(cè)試網(wǎng)> 期刊論文 > 理化檢驗(yàn)－物理分冊(cè) > 58卷 > 5期 (pp:4-6)>