电化学方法腐蚀原奥氏体晶界的研究

来源:西安交通大学金属材料强度国家重作者:孙雪娇

研究了电化学腐蚀法对X80 管线钢、调质态35CrMo 钢、调质态45 钢、GCr15 轴承钢和超高碳钢5 种钢原奥氏体晶界的显示效果。结果表明,采用配比为100 mL 过饱和苦味酸+ 2 mL 盐酸+ 0. 5 g 十二烷基苯磺酸钠+ 3 g 硝酸钠的电解液,从开路电位沿阳极方向进行线性扫描,当扫描曲线进入钝化区时停止试验,得到的奥氏体晶界腐蚀效果最佳。电化学腐蚀法对5 种试验钢的原奥氏体晶界均有良好的腐蚀效果,与常规化学腐蚀法相比,其操作过程简单,无需加热,无有毒气体散发,适用范围较广。

原奥氏体晶粒尺寸对钢铁的性能及相变影响很大,因此其显示方法备受关注。原奥氏体晶界能否清晰地显示取决于很多因素,比如样品的化学成分、组织、热处理状态、腐蚀的方法、试剂及时间等,采用4%硝酸酒精溶液腐蚀钢铁材料时,其显微组织易于显示,而晶界难以腐蚀。目前原奥氏体晶界的腐蚀方法有多种,如氧化法、网状铁素体法、网状珠光体法、网状渗碳体法、加热缓冷法、热化学侵蚀法等。但是这些方法操作非常复杂,且效果并不十分理想。文献对这些方法进行了详细的对比,结果显示效果最

好的是热侵蚀法,但是此方法需要在真空度大于1 Pa或者惰性气体氛围中对样品进行加热处理,试验条件要求苛刻且过程复杂。用常规的化学方法可腐蚀出部分钢种的原奥氏体晶界,其腐蚀剂均是以过饱和苦味酸为主要成分的溶液。例如兰英斌等提出将苦味酸溶液中加入洗涤剂并加热到( 60 ± 10) ℃,腐蚀出了20CrMnTi、40、40Cr、35CrMo 和8CrSiMoV 钢的原奥氏体晶界; 罗宏等用苦味酸加十二烷基苯磺酸钠溶液,将其加热到60 ~70 ℃,腐蚀出35CrMoA、25CrMo1VA 以及12Cr1MoV调质态钢的原奥氏体晶界; 杨湄等[17]用加热到( 40 ±10) ℃的苦味酸和洗洁精的混合溶液腐蚀出了45 钢和40Cr 钢淬火态的原奥氏体晶界; 董玉华等[19]将加入CrO3和NaOH 的苦味酸溶液加热到120 ℃,腐蚀出X60 管线钢的晶界。这些方法一般对腐蚀液有温度要求,腐蚀过程中易产生有毒气体,且腐蚀钢种多局限在低碳、中碳钢,对高碳、超高碳钢是否适用尚未见报道。

电化学腐蚀方法多用在不锈钢或耐蚀合金钢中测定晶间腐蚀敏感性,表征其抗晶间腐蚀性能,但采用电化学腐蚀方法对原奥氏体晶界显示的研究尚未见相关报道,本文对此进行尝试试验。本文试验分别选取不同含碳量、不同组织的X80 管线钢、调质态35CrMo钢、调质态45 钢GCr15 轴承钢和超高碳钢这5 种具有代表性的钢种,对其采用电化学腐蚀法分别进行原奥氏体晶界腐蚀,并与一种目前应用最广的苦味酸+缓蚀剂的晶界化学腐蚀法进行比较,对比分析电化学、化学腐蚀法的适用材料范围、应用条件等,其目的在于找出一种操作简便、材料适用范围广、晶界显示效果好的原奥氏体晶界腐蚀方法。

1、试验材料及方法

1.1、试验材料

选取X80 管线钢、调质态35CrMo 钢、调质态45钢、GCr15 轴承钢和超高碳钢分别进行晶界腐蚀试验,为了揭示各钢种的原奥氏体晶界,对5 种试验钢进行了不同的热处理,各钢种的化学成分及热处理工艺如表1 所示,其中化学成分中的余量均为Fe。

图1 为4%硝酸酒精溶液腐蚀后,5种试验钢经热处理后的显微组织。图1( a) 为X80 管线钢淬火组织,为马氏体岛加针状铁素体的显微结构。图1 ( b) 和( c) 分别为35CrMo 和45 钢调质处理后的组织,为回火索氏体。图1( d) 和( e) 分别为GCr15 轴承钢和超高碳钢的淬火组织,马氏体基体上弥散分布粒状碳化物。这几种试验钢的组织分别代表了几种常见的晶界较难腐蚀的显微组织,且含碳量由低到高均有涉及,因而具有一定的代表性。

表1 各试验钢的化学成分及热处理工艺

各试验钢的化学成分及热处理工艺

试验钢经4%硝酸酒精溶液腐蚀后的显微组织照片

图1 试验钢经4%硝酸酒精溶液腐蚀后的显微组织照片

( a) X80; ( b) 35CrMo; ( c) 45 钢; ( d) GCr15; ( e) 超高碳钢

3、结论

1) 采用化学腐蚀法可以腐蚀出X80 管线钢、调质态35CrMo 钢和调质态45 钢的原奥氏体晶界,但对于GCr15 钢和超高碳钢等含碳量较高的钢的腐蚀效果不明显。

2) 采用电化学腐蚀法可以腐蚀出X80 管线钢、调质态35CrMo 钢、调质态45 钢、GCr15 轴承钢和超高碳钢的原奥氏体晶界,电解液配比为100 mL 过饱和苦味酸+ 2 mL 盐酸+ 0. 5 g 十二烷基苯磺酸钠+ 3 g硝酸钠,腐蚀过程易于操作,无需加热,无有毒气体散发,适用范围比化学腐蚀法广,可推广应用到其他低合金钢。