显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂及腐蚀方法与流程

1.本发明属于金属材料金相组织观察领域，具体涉及一种显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂及其配制和腐蚀方法，特别适用于铬含量为9
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12％之间的高铬马氏体不锈钢原奥氏体晶界的显示和观察。


背景技术：

2.低碳高合金马氏体不锈钢由于具有优异的综合性能而在高参数火电机组、第四代核电、以及航空航天中大范围应用，是汽轮机转子、叶片、高温蒸汽管道、以及三通、阀门等大型铸锻件的重要用材。
3.马氏体不锈钢在淬火处理后得到马氏体组织，但其原始奥氏体晶界仍然保留，由于细化奥氏体晶粒既能提高材料强度，也能提高材料韧性，因此对其原始奥氏体晶粒尺寸进行观察和评级对评估钢材的性能有极为重要的作用。但是，由于马氏体不锈钢尤其是cr含量在9％以上的高铬马氏体不锈钢通常包括大量铬、镍、钼等耐蚀性成分，其晶界的腐蚀较为困难，如何简洁、清晰地显示原始奥氏体晶界一直是本领域的研究重点和难点之一。针对该问题，已积累了较多的方法，其中包括：
4.1.申请号为cn201510874430.0的中国发明专利公开了一种显示含co型铁素体耐热钢原奥氏体晶界的电解液及其制备，腐蚀液的组成为体积分数2.5～5％的硫酸、2.5～5％的酒精以及90～95％的饱和苦味酸溶液。其配制方法为，先将硫酸加至饱和苦味酸水溶液中，再加入酒精，搅匀即可。然后采用电解腐蚀的方法对样品进行腐蚀和观察。此发明的腐蚀液配方较为简单，酸的种类和数量均较少，配制简单。但该方法采用电解腐蚀，其电流和电压参数受试样中析出相种类的变化较为敏感，重现性不高。
5.2.申请号为cn2018106221604.6的中国发明专利公开了一种中碳钢原始奥氏体晶界的腐蚀液及腐蚀方法，腐蚀液由水、盐酸、苦味酸、四氯化碳、乙醇和拉芳牌洗发膏组成，上述组分的组成比例为38～42ml:2～3ml:4～5g:4～5ml:9～11ml:5～6ml，所述盐酸的浓度为36～38％(质量)。配制方法为：先将蒸馏水置入烧杯中，加入乙醇，然后不需按固定顺序依次缓慢加入盐酸、苦味酸、四氯化碳和拉芳牌洗发膏，最后搅拌混合均匀即可。该发明专利配方相对简单，强腐蚀性酸的含量不高，无需加热，安全性相对较高。但该配方仅适合管线钢等耐蚀性较差的合金，对于不锈钢尤其是cr含量较高、耐蚀性较好的马氏体不锈钢并不适用，无法应用于马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀和观察。
6.3.申请号为：201910730796.9的中国发明专利公开了一种显示超高强钢奥氏体晶界及晶内贝氏体和马氏体的腐蚀液及制备方法和应用，腐蚀液包括按以下质量份数比组成的组分：冰乙酸：1份，无水乙醇3
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8份，苦味酸：0.04
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0.10份。该方法配方和操作均较为简单，没有浓强酸和强腐蚀性酸，但其腐蚀时间较难控制，其实施例中的腐蚀时间从1分30秒
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40分钟不等，可见该方法在实际应用中稳定性较差，操作者较难准确掌握。
7.4.申请号为：202010972473.3的中国发明专利半条马氏体钢原奥氏体晶界的腐蚀剂及制备、腐蚀方法，腐蚀剂按质量百分含量计包括：4％
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6％苦味酸，88％
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92％蒸馏水和
4％
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6％具有缓蚀效果的阴离子表面活性剂；腐蚀方法包括：将试样至于水浴中加热并保温；之后将腐蚀剂以十字形反复擦拭在待测表面。该配方中不含浓强酸和腐蚀性酸，配方简单，但使用温度较高，需在70
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85℃的水浴中加热并保温，容易引起苦味酸的挥发和腐蚀剂失效，操作人员长期使用易引起苦味酸中毒等不良反应。
8.因此，找到一种可以显示多种状态下马氏体不锈钢原始奥氏体晶界的腐蚀剂，清晰地反应出各种cr含量的合金在各种热处理状态下的原奥氏体晶界，对于准确评定合金晶粒度、改善热处理制度、提高合金性能等方面均具有极为重要的作用。


技术实现要素：

9.针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂及腐蚀方法，本发明腐蚀剂配方成分简单，强酸含量少，腐蚀性低，无需对试样进行热处理或加热浸蚀，腐蚀时间短，晶界显示清晰，具有极好的适用性，尤其适用于cr含量在9
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12％之间的高铬马氏体不锈钢。
10.为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：
11.显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂，所述腐蚀剂包含饱和的苦味酸酒精溶液，且在每100ml饱和的苦味酸酒精溶液中含有2
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10g具有缓蚀效果的阴离子表面活性剂、不少于3滴的盐酸溶液和0.2
‑
2g钢片。
12.优选的，所述的酒精为无水乙醇。
13.优选的，所述的具有缓蚀效果的阴离子表面活性剂为磺酸盐。
14.进一步的，所述的磺酸盐为十二烷基苯磺酸钠、十三烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠。
15.优选的，所述盐酸的质量分数为36％－38％。
16.所述的显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂的配制方法，包括：
17.先取过量苦味酸加入酒精中，加热搅拌至苦味酸晶体完全溶解，静置冷却，待有晶体析出时取上层清液；向取出的上层清液中加入具有缓蚀效果的阴离子表面活性剂和盐酸溶液，充分搅拌，再加入钢片。
18.显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀方法，将试样放入所述的腐蚀剂中，在室温条件下进行金相腐蚀。
19.优选的，包括：
20.(1)室温条件下，将试样放入腐蚀剂中浸蚀；
21.(2)将浸蚀后的试样取出，进行抛光；
22.(3)重复上述(1)
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(2)所述的浸蚀和抛光过程不少于1次；
23.(4)将最后一次浸蚀完毕的试样清洗后进行观察。
24.进一步的，步骤(1)中，浸蚀时间不少于5分钟；
25.进一步的，步骤(4)中，清洗具体为：将最后一次浸蚀完毕的试样采用饱和na2co3溶液进行超声波清洗，然后喷洒酒精并吹干。
26.本发明至少具有如下有益的技术效果：
27.本发明提供的一种显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂，该腐蚀剂容易配制和长时间保存，所含的强酸、腐蚀性酸浓度较低；由于苦味酸难溶于冷水(1g苦味酸可溶于
78ml冷水)，较易溶于热水(1g苦味酸可溶于15ml沸水)，易溶于酒精(1g苦味酸可溶于12ml酒精)，因此用酒精取代蒸馏水可以增加单位体积腐蚀液中苦味酸的有效浓度。
28.本发明提供的一种显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀方法，在腐蚀液中增加了0.2
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2g的钢片，小尺寸钢片比表面积大于待腐蚀试样，加入后可迅速与苦味酸发生化学反应生成金属盐，增加腐蚀液的敏感度。由于本腐蚀液中苦味酸的有效浓度较高，且钢片的加入可提高腐蚀液的敏感性，因此无需对试样额外增加热处理步骤，可避免腐蚀液中酒精、盐酸、苦味酸等在高温下的挥发，减少对操作人员的毒性伤害，提高苦味酸使用的安全性。本发明对原材料具有较好的适用性，采用实验室常规的磨抛、擦拭装置即可完成，成本低廉，使用步骤简单。
附图说明
29.图1为本发明实施例1腐蚀得到的9cr0.5mo1.8wvnb钢(p92钢)在600℃时效100h后的原奥氏体晶界的金相照片。
30.图2为本发明实施例2腐蚀得到的9cr0.5mo1.8wvnb钢(p92钢)在600℃时效3000h后的原奥氏体晶界的金相照片。
31.图3为本发明实施例3腐蚀得到的11cr0.3mo1.5w1.5cosivnb钢(vm12钢)在600℃时效100h后的原奥氏体晶界的金相照片。
32.图4为本发明实施例4腐蚀得到的11cr0.3mo1.5w1.5cosivnb钢(vm12钢)在650℃时效1000h后的原奥氏体晶界的金相照片。
具体实施方式
33.为能进一步了解本发明的特征、技术手段及所达到的具体功能，下面以具体实施例对本发明做详细描述。
34.本发明显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂，包括苦味酸、酒精、具有缓蚀效果的阴离子表面活性剂、盐酸溶液和钢片，所述腐蚀剂的用量比例为：是在每100ml饱和的苦味酸酒精溶液中，加入具有缓蚀效果的阴离子表面活性剂2
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10g、盐酸溶液不少于3滴、钢片0.2
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2g。
35.所述的酒精为无水乙醇，所述的具有缓蚀效果的阴离子表面活性剂为磺酸盐，所述盐酸的质量分数为37％。
36.所述的磺酸盐为十二烷基苯磺酸钠、十三烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠。
37.所述显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂配制方法，包括：
38.先取略过量苦味酸放入装有无水乙醇的烧瓶中，缓慢加热并轻轻搅拌至晶体完全溶解，配制饱和的苦味酸酒精溶液，静置冷却，静置时间大于2小时，待有晶体析出时取上层清液备用；向上层清液中加入具有缓蚀效果的阴离子表面活性剂，轻轻搅拌至充分溶解，随后用滴管逐滴加入盐酸，并充分搅拌均匀，最后加入钢片。
39.一种显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀方法，采用上述显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂进行金相腐蚀，包括：
40.(1)对样品进行常规切割、镶嵌、磨抛处理后，用酒精清洗样品表面并吹干备用；
41.(2)取适当腐蚀剂置于培养皿中，在室温条件下，正面朝上将样品浸入腐蚀剂中，浸湿时间不少于5分钟；
42.(3)将浸蚀后的样品取出，用1μm的al2o3抛光膏和清水轻轻抛光，时间不少于5分钟；
43.(4)重复上述(2)
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(3)所述的浸蚀和轻抛过程，不少于1次；
44.(5)将最后一次浸蚀完毕的样品放入盛有饱和的na2co3溶液的烧杯中，并将上述烧杯放入超声波清洗机中，清洗不少于1分钟；
45.(6)将超声波清洗后的试样表面清洗干净，喷洒无水酒精并吹干，即可进行金相观察和拍照。
46.实施例1：
47.本发明提供的一种显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂，由下列组分按照重量配比组成：苦味酸的饱和酒精溶液100ml，十二烷基苯磺酸钠2g，hcl溶液3滴(约0.15ml)，最后加入一小块钢片约0.2g；待腐蚀样品为在600℃时效100h后的9cr0.5mo1.8wvnb钢(p92钢)。
48.配制及清洗步骤：
49.(1)、先取9g苦味酸放入烧瓶中，加入无水乙醇100ml，小火缓慢加热并轻轻搅拌至晶体完全溶解，配制饱和的苦味酸酒精溶液，静置1天，待有晶体析出时取上层清液静置备用。
50.(2)、取上述充分静置后的饱和苦味酸酒精溶液的上层清液100ml，加入十二烷基苯磺酸钠2g，轻轻搅拌至充分溶解，随后用滴管逐滴加入3滴盐酸，充分搅拌均匀，最后加入钢片约0.2g；此时腐蚀液配制完毕。
51.(3)、对9cr0.5mo1.8wvnb钢样品进行常规切割、镶嵌、磨抛处理后，用酒精清洗试样表面并吹干备用。
52.(4)、取适量上述腐蚀液置于培养皿中，在室温条件下，正面朝上将待观察样品浸入腐蚀液中，浸蚀10分钟；
53.(5)、将浸蚀后的样品取出，用1μm的al2o3抛光膏和清水轻轻抛光，时间约10分钟；
54.(6)、将抛光后的试样重复步骤(4)
‑
(5)，重复3次；
55.(7)、将最后一次浸蚀完毕的试样放入盛有饱和的na2co3溶液的烧杯中，并将上述烧杯放入超声波清洗机中，清洗10分钟；
56.(8)、将超声波清洗后的试样表面清洗干净喷洒无水酒精并吹干，即可进行金相观察和拍照。
57.如图1所示，为本实施例腐蚀得到的金相图，可以很清楚的观察到原奥氏体晶界。
58.实施例2：
59.本发明提供的一种显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂，由下列组分按照重量配比组成：苦味酸的饱和酒精溶液100ml，十三烷基苯磺酸钠2g，hcl溶液5滴(约0.25ml)，最后加入一小块钢片约1g；待腐蚀样品为在600℃时效1000h后9cr0.5mo1.8wvnb钢(p92钢)。
60.配制及清洗步骤：
61.(1)、先取9g苦味酸放入烧瓶中，加入无水乙醇100ml，小火缓慢加热并轻轻搅拌至
晶体完全溶解，配制饱和的苦味酸酒精溶液，静置1天，待有晶体析出时取上层清液静置备用。
62.(2)、取上述充分静置后的饱和苦味酸酒精溶液的上层清液100ml，加入十三烷基苯磺酸钠2g，轻轻搅拌至充分溶解，随后用滴管逐滴加入5滴盐酸，充分搅拌均匀，最后加入钢片约1g；此时腐蚀液配制完毕。
63.(3)、对9cr0.5mo1.8wvnb钢样品进行常规切割、镶嵌、磨抛处理后，用酒精清洗试样表面并吹干备用。
64.(4)、取适量上述腐蚀液置于培养皿中，在室温条件下，正面朝上将待观察样品浸入腐蚀液中，浸蚀5分钟；
65.(5)、将浸蚀后的样品取出，用1μm的al2o3抛光膏和清水轻轻抛光，时间约10分钟；
66.(6)、将抛光后的试样重复步骤(4)
‑
(5)，重复3次；
67.(7)、将最后一次浸蚀完毕的试样放入盛有饱和的na2co3溶液的烧杯中，并将上述烧杯放入超声波清洗机中，清洗10分钟；
68.(8)、将超声波清洗后的试样表面清洗干净喷洒无水酒精并吹干，即可进行金相观察和拍照。
69.如图2所示，为本实施例腐蚀得到的金相图，可以很清楚的观察到原奥氏体晶界。
70.实施例3：
71.本发明提供的一种显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂，由下列组分按照重量配比组成：苦味酸的饱和酒精溶液100ml，十二烷基苯磺酸钠10g，hcl溶液8滴(约0.4ml)，最后加入一小块钢片约2g；待腐蚀样品为在600℃时效100h后11cr0.3mo1.5w1.5cosivnb钢(vm12钢)。
72.配制及清洗步骤：
73.(1)、先取9g苦味酸放入烧瓶中，加入无水乙醇100ml，小火缓慢加热并轻轻搅拌至晶体完全溶解，配制饱和的苦味酸酒精溶液，静置1天，待有晶体析出时取上层清液静置备用。
74.(2)、取上述充分静置后的饱和苦味酸酒精溶液的上层清液100ml，加入十二烷基苯磺酸钠10g，轻轻搅拌至充分溶解，随后用滴管逐滴加入8滴盐酸，充分搅拌均匀，最后加入钢片约2g；此时腐蚀液配制完毕。
75.(3)、对11cr0.3mo1.5w1.5cosivnb钢样品进行常规切割、镶嵌、磨抛处理后，用酒精清洗试样表面并吹干备用。
76.(4)、取适量上述腐蚀液置于培养皿中，在室温条件下，正面朝上将待观察样品浸入腐蚀液中，浸蚀5分钟；
77.(5)、将浸蚀后的样品取出，用1μm的al2o3抛光膏和清水轻轻抛光，时间约10分钟；
78.(6)、将抛光后的试样重复步骤(4)
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(5)，重复1次；
79.(7)、将最后一次浸蚀完毕的试样放入盛有饱和的na2co3溶液的烧杯中，并将上述烧杯放入超声波清洗机中，清洗10分钟；
80.(8)、将超声波清洗后的试样清洗干净表面喷洒无水酒精并吹干，即可进行金相观察和拍照。
81.如图3所示，为本实施例腐蚀得到的金相图，可以很清楚的观察到原奥氏体晶界。
82.实施例4：
83.本发明提供的一种显示马氏体不锈钢原奥氏体晶界的腐蚀剂，由下列组分按照重量配比组成：苦味酸的饱和酒精溶液100ml，十二烷基磺酸钠10g，hcl溶液6滴(约0.6ml)，最后加入一小块钢片约2g；待腐蚀样品为在650℃时效1000h后11cr0.3mo1.5w1.5cosivnb钢(vm12钢)。
84.配制及清洗步骤：
85.(1)、先取9g苦味酸放入烧瓶中，加入无水乙醇100ml，小火缓慢加热并轻轻搅拌至晶体完全溶解，配制饱和的苦味酸酒精溶液，静置1天，待有晶体析出时取上层清液静置备用。
86.(2)、取上述充分静置后的饱和苦味酸酒精溶液的上层清液100ml，加入十二烷基磺酸钠10g，轻轻搅拌至充分溶解，随后用滴管逐滴加入6滴盐酸，充分搅拌均匀，最后加入钢片约2g；此时腐蚀液配制完毕。
87.(3)、对11cr0.3mo1.5w1.5cosivnb钢样品进行常规切割、镶嵌、磨抛处理后，用酒精清洗试样表面并吹干备用。
88.(4)、取适量上述腐蚀液置于培养皿中，在室温条件下，正面朝上将待观察样品浸入腐蚀液中，浸蚀5分钟；
89.(5)、将浸蚀后的样品取出，用1μm的al2o3抛光膏和清水轻轻抛光，时间约10分钟；
90.(6)、将抛光后的试样重复步骤(4)
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(5)，重复1次；
91.(7)、将最后一次浸蚀完毕的试样放入盛有饱和的na2co3溶液的烧杯中，并将上述烧杯放入超声波清洗机中，清洗10分钟；
92.(8)、将超声波清洗后的试样清洗干净表面喷洒无水酒精并吹干，即可进行金相观察和拍照。
93.如图4所示，为本实施例腐蚀得到的金相图，可以很清楚的观察到原奥氏体晶界。
94.本发明可有效解决现有腐蚀剂和腐蚀方法配方腐蚀性强、操作复杂、需对样品进行热处理等问题，采用室温浸蚀法和用量极少的盐酸完成对不同热处理状态的马氏体不锈钢的原奥氏体晶界的腐蚀。