铸造双相不锈钢金相浸蚀剂的研究

王钦娟 ,刘 东

(1.福建船政交通职业学院 机械工程系，福州 350007；2.福州大学 机械工程及自动化学院，福州 350108)

铸造双相不锈钢金相浸蚀剂的研究

王钦娟1,刘 东2

(1.福建船政交通职业学院 机械工程系，福州 350007；2.福州大学 机械工程及自动化学院，福州 350108)

由于双相不锈钢具有优异的耐蚀性能，常规金相浸蚀剂无法达到预期的浸蚀效果，因此必须选用合适的浸蚀剂，在特定的浸蚀工艺下，对样品进行试验才能获得清晰的金相显微组织，为质量检验提供基础。文中研究了金相浸蚀剂对双相不锈钢微观组织的显示效果，并探讨了浸蚀的电化学反应过程。实验结果表明，双相不锈钢在浸蚀过程中，两相组织以不同速度溶解从而显示出金相组织；具有强氧化剂的碱性浸蚀剂的显示效果优于酸性浸蚀剂的显示效果。

双相不锈钢；金相；浸蚀剂；研究

金相分析检验是双相不锈钢质量检验的一个重要环节，通过对材料在冶金、加工等各种条件下形成的组织进行观察、分析，研究双相不锈钢中各相的成分及其含量对性能的影响，对于改进制造工艺，提高产品质量具有重要的意义[6-7]。由于双相不锈钢具有优异的耐蚀性能，通用的金相浸蚀剂无法达到预期的浸蚀效果，必须选用合适的浸蚀剂，在特定的浸蚀工艺下，对样品进行试验才能获得清晰的金相显微组织，为质量检验提供基础。

本文以获得清晰的双相不锈钢显微组织为目标，对超级双相不锈钢进行浸蚀，观察其金相组织，分析两相组织的组织成分，分析浸蚀过程中的电化学反应，为双相不锈钢金相检验提供参考。

1 实验材料及方法

样品进行浸蚀试验后用XJP-04光学显微镜进行观察并拍照，所采用的浸蚀剂及工艺如表1所示。

表1 浸蚀剂及浸蚀工艺

2 实验结果与分析

2.1 浸蚀效果

对试样分别用表1中所列的4种浸蚀剂进行试验后，从中选择具有代表性的试样组织进行比较，如图1～图4所示。从显微照片分析得出，试样组织主要由基体和分布在基体上的岛状相组成。在浸蚀效果上， 除1号浸蚀剂显示的两相灰度对比不明显之外，其余3种浸蚀剂均能从灰度上有效区分出铁素体相与奥氏体相两种组织。对于双相组织的显示，2号和4号浸蚀剂的显示效果最佳，能清晰地显示出双相组织，晶界轮廓清晰；3号浸蚀剂对其中一相的浸蚀不均匀，导致其金相组织呈斑驳状。

通过EDS对基体与岛状组织进行成分分析，所得的两相Cr、Ni和Mo元素含量如表2所示。

表2 两相Ni、Cr、Mo成分 Wt

图1 经1号浸蚀剂浸蚀后材料金相照片

图2 经2号浸蚀剂浸蚀后材料金相照片

图3 经3号浸蚀剂浸蚀后材料金相照片

图4 经4号浸蚀剂浸蚀后材料金相照片

由于镍是强烈形成奥氏体和扩大奥氏体相区的元素，所以试样组织中奥氏体相的含镍量应大于铁素体相中的含镍量；另外，铁素体相中的含铬量和含钼量高于奥氏体相中的含量。根据实验所得的两相的化学成分可知，基体组织为铁素体相，岛状组织为奥氏体相。双相不锈钢中两相组织电极电位的高低取决于其所固溶的合金元素的种类和含量。若电极电位H/H+=0 V,则其他合金元素对应的电极电位分别为[8]：

Ni/Ni2+=-0.257(V)

Cr/Cr3+=-0.744(V)

Mo/Mo3+=-0.200(V)

2.2 分析和讨论

在碱性环境，即2号、4号浸蚀剂中，溶液的pH值高，Fe虽处于钝态，但由于2号、4号浸蚀剂中分别加入了KMnO4和K3Fe(CN)6等强氧化性物质，推测在2号浸蚀剂中，在OH-的作用下可发生的反应如下：

在4号浸蚀剂中，发生以下反应：

在碱性条件下发生氧化还原反应，由于两相电极电位差异，使铁素体优先溶解，从而显示出两相组织。但2号浸蚀剂需要在75 ℃环境下使用，使用工艺性不如4号浸蚀剂。

3 结束语

1) 4 g KMnO4+4 g NaOH+100 mL H2O浸蚀剂和30 g K3Fe(CN)6+30 g KOH+60 mLH2O浸蚀剂效果最好，能明显地显示铁素体相与奥氏体相，并且显示了清晰的相区轮廓。

2)双相不锈钢显微组织经分析可知，其基体组织为铁素体相，岛状组织为奥氏体相。

3)酸性浸蚀剂使双相不锈钢两相组织溶解速率相近，无法得到清晰的金相组织；在OH-离子作用下的强氧化剂可以清晰地浸蚀出两相组织。

[1] 吴玖. 双相不锈钢[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1999.

[2] 刘福伦. 双相不锈钢管在大型石化装置中的应用[J].石油化工设计， 2003,20(1):39～42.

[3] 李玉兵. 浅谈双相不锈钢在海水淡化处理中的应用[J].科技咨询导报， 2007(11):76.

[4] 陈国虞, 周金鸿. 高速船用高强度双相不锈钢[J].热处理，2006,21(4):12～16.

[5] 李春树. 双相不锈钢及其在炼油工业中的应用[J].全面腐蚀控制，2003(5)：12-14.

[6] 龚磊清，金长庚，刘发信.铸造铝合金金相图谱[M].湖南：中南工业大学出版社，1987: 7.

[7] 段虹.金相试样显微组织的显示原理[J].天津职业技术师范学院学报，1996，11(15)：30.

[8] 郭鹤桐，覃奇贤.电化学教程[M].天津：天津大学出版社，2000：91～113.

[9] 肖纪美．不锈钢的金属学问题[M].北京：冶金工业出版社，2006:132～201.

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

福建省教育厅B类科技研究基金资助项目(JB12367)。

王钦娟(1983-),女,硕士,助教,主要从事黑色金属材料的制备工作。

TG174.42

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.004