一种染色金相腐蚀剂及其制备方法和在马氏体耐热钢中高温铁素体定量检测的应用与流程

1.本发明属于金相显微组织定量分析领域，具体涉及一种染色金相腐蚀剂及其制备方法和在马氏体耐热钢中高温铁素体定量检测的应用。


背景技术：

2.马氏体耐热钢主要用于热力设备运行的高温高压环境下,要求既具备较高的高温持久强度和韧性、又要有一定的耐蚀性，被广泛用于火电及核电领域，其显微组织由马氏体组织或马氏体加贝氏体(包括少量高温铁素体)构成，主要包括p92、p91、p122等牌号。由于在其组织中经常会存在少量的高温铁素体，高温铁素体是液态铁水在1538℃是发生包晶转变析出产生的，又称为δ-铁素体。一般情况下，高温铁素体在常温环境中较为少见，但是在部分耐热钢中却经常存在。由于高温铁素体属于脆性相，降低材料的韧性，在加工过程中易引起微裂纹，并容易引发点腐蚀，因此在马氏体耐热钢作为有害相加以控制其含量。
3.在标准yb/t4402-2014《马氏体不锈钢中铁素体含量金相测定法》中推荐采用了两种金相腐蚀液(苦味酸盐酸酒精溶液、硫酸铜盐酸水溶液)和两种电解腐蚀方法(10％的na(oh)水溶液、硝酸水溶液和草酸水溶液)。在上述方法中高温铁素体呈现一般呈现灰色，与基体衬度差别不到，无法利用灰度值差别进行色彩的提取，只能进行形貌观察，然后与标准提供的图谱对比进行粗略定量。
4.2013年11月27日公开的公开号为cn 103411972a的中国发明专利《一种马氏体耐热钢中δ铁素体相面积含量统计方法》中提供了一种采用在水浴环境下电解侵蚀使高温铁素体变为黑色，基体为白色，利用金相定量软件进行高温铁素体的定量。该方法需要电解浸蚀，电解过程中需水浴加热，工艺复杂，成本高。
5.2013年10月2日公开的公开号为cn103336102a的中国发明专利《9-12％cr马氏体耐热钢焊缝中δ-铁素体含量的测定方法》提供了一种马氏体耐热钢焊缝金属中高温铁素体含量计算公式，但是必须首先测得焊缝金属碳、氮、镍、钴等12中元素含量，然后利用回归分析计算出高温铁素体含量，该方法工艺复杂。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种染色金相腐蚀剂及其制备方法，采用全新的原料，使马氏体耐热钢中的各类组织呈现不同色彩。彩色金相又称为薄膜染色法。此法是利用特有的腐蚀剂与磨面上各相发生化学反应，形成一层厚薄不均的膜(或反应沉淀物)，在白光的照射下，由于光的干涉使各相呈现不同的颜射衬度，从而提高对金属及合金中各种相的鉴别能力。
7.本发明还有一个目的在于提供一种染色金相腐蚀剂在马氏体耐热钢中高温铁素体定量检测的应用，使马氏体耐热钢中高温铁素体、马氏体和贝氏体在显微镜目镜下呈现不同的色彩，可以对各类组织的分布、形貌能够进行清晰地观察，进而进一步采用定量金相
进行高温铁素体含量的测定。
8.本发明具体技术方案如下：
9.一种染色金相腐蚀剂，包括高锰酸钾、铬酐、高氯酸和水。
10.所述高锰酸钾、铬酐和水的质量比为：3-6：8-10：100；
11.所述高氯酸和水的体积比为：1-3：100。
12.所述水为蒸馏水。
13.所述染色金相腐蚀剂ph在4-5。
14.本发明提供的一种染色金相腐蚀剂的制备方法，具体为：
15.将高锰酸钾、铬酐、高氯酸和水质量比混合，静置，即可。
16.所述静置，时间为55-65min；
17.上述制备方法为：在23℃-28℃温度下进行，本发明制备可在室温下进行，不需要严格控制温度，成本低。
18.本发明提供的染色金相腐蚀剂在马氏体耐热钢中高温铁素体定量检测的应用，具体应用方法为：
19.1)马氏体耐热钢制样；
20.2)将试样采用硝酸酒精预腐蚀后，然后采用无水乙醇清洗、吹干；
21.3)将步骤2)处理后的试样浸入染色金相腐蚀剂中，检测面朝上；
22.4)腐蚀后，在金相显微镜下观察，高温铁素体呈白色、马氏体呈棕色、贝氏体为深蓝色，再进行相定量统计。
23.步骤1)包括以下步骤：
24.1-1)将马氏体耐热钢切块；
25.1-2)将检测面在金相试样磨平机上进行粗磨，再用砂纸细磨；
26.1-3)磨制好的试样采用机械抛光继续进行抛光。
27.步骤1-1)中切块，具体切块试样尺寸以适合金相检验观察为宜，一般情况下金相检测面应不小于10mm
×
10mm，如试样过小，应采用镶嵌方法对试样进行处理。取样过程中应避免温度升高导致的显微组织变化。
28.步骤1-2)中细磨是：依次采用240#、600#、1000#砂纸进行细磨，去除粗磨过程中磨痕，每换一道次砂纸垂直前道磨痕进行磨制。即每换一道砂纸，试样转90
°
使上道次的磨痕与本道次的磨痕方向垂直。每道次磨制以磨面平整、磨痕方向一致、且覆盖上道次磨痕为止。
29.步骤1-3)中，抛光采用金相抛光剂进行粗抛和细抛，以去除细磨而产生的划痕和形变扰乱层，去除肉眼可见的划痕，使试样表面变为光滑无暇的镜面。粗抛过程为抛光时使检测面均衡地轻压在旋转的抛光盘上并转动抛光的方向，抛光过程应不时补充抛光液同时保持抛光面合适的湿度。精抛过程是检测面在粗抛后继续进行精抛，以去除变微细划痕和变形层，精抛完毕后，认真清洗染色试样表面，使试样表面清洁，无任何油污。
30.步骤2)中，将步骤1)处理后的样品首先采用体积浓度2-4％硝酸酒精预腐蚀1-2秒后，然后采用无水乙醇清洗并用热风吹干。
31.步骤3)中，将吹干后的试样用木夹子夹住浸入配置好的染色金相腐蚀剂中，检测面朝上，使肉眼能够看到检测面颜色的变化，并不断晃动试样，使检测面均匀受到腐蚀。
32.步骤3)中腐蚀时间为40-60s；
33.步骤3)中，根据能使检测面表面形成有效的薄膜干涉效应，腐蚀时间应该由肉眼观察检测面宏观颜色变化来决定，颜色变化应为黄色-蓝色-紫色-浅棕色，室温腐蚀，腐蚀时间在40s-60s之间，当颜色变为浅棕色时取出试样，立即采用无水乙醇清洗并热风吹干，保持检测面干燥、清洁，不允许存在任何污物和水迹。
34.本发明提供的染色金相腐蚀剂的可循环使用，使用次数≤4次。
35.步骤4)中，将制备好的试样放置在金相显微镜下观察，调节合适的孔径和视场光栏。调节聚焦旋钮，使成像清晰，在目镜下高温铁素体呈白色、马氏体呈棕色、贝氏体为深蓝色。采用金相定量统计软件，依据国标gb/15749-2008，利用不同组织的阈值的差别进行提取待测组织，计算高温马氏体含量，同时还可以计算出马氏体和贝氏体含量。
36.本发明的腐蚀剂可以清晰区分马氏体、贝氏体和高温铁素体，同时利用定量金相可以对马氏体耐热钢中高温铁素体含量进行测定，还能确定钢中马氏体和贝氏体含量，不同的组织颜色差异大，区分清楚，为耐热钢的生产工艺优化提供技术支持。
附图说明
37.图1本发明腐蚀耐热钢p91钢试样1彩色金相照片；
38.图2为本发明腐蚀耐热钢p91钢试样2彩色金相照片；高温铁素体含量在3.2％，贝氏体为44.7％，马氏体为52.1％；
39.图3为本发明腐蚀耐热钢p91钢试样3彩色金相照片，高温铁素体含量在5.8％，贝氏体为45.4％，马氏体为48.8％。
具体实施方式
40.下面通过实施例进一步说明本发明。结合附图和具体步骤对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明。
41.实施例1
42.一种染色金相腐蚀剂在马氏体耐热钢中高温铁素体定量检测的应用，检测对象为马氏体耐热钢p91(试样1)，具体应用方法为：
43.1)、选取大工业生产的马氏体耐热钢p91为研究对象，将耐热钢切成块状，具体试样尺寸以为金相检测面应不小于10mm
×
10mm，如试样过小，应采用镶嵌方法对试样进行处理。取样过程中应避免温度升高导致的显微组织变化；将检测面在金相试样磨平机上进行粗磨，然后依次采用240#、600#、1000#砂纸进行细磨，去除粗磨过程中磨痕，每换一道砂纸垂直前道磨痕进行磨制。即每换一道砂纸，试样转90
°
使上道次的磨痕与本道次的磨痕方向垂直。每道次磨制以磨面平整、磨痕方向一致、且覆盖上道次磨痕为止；磨制好的试样采用机械抛光继续进行抛光。抛光采用金相抛光剂进行粗抛和细抛，以去除细磨而产生的划痕和形变扰乱层，去除肉眼可见的划痕，使试样表面变为光滑无暇的镜面。粗抛过程为抛光时使检验面均衡地轻压在旋转的抛光盘上并转动抛光的方向，抛光过程应不时补充抛光液同时保持抛光面合适的湿度。精抛过程是检验面在粗抛后继续进行精抛，以去除变微细划痕和变形层，精抛完毕后，认真清洗染色试样表面，使试样表面清洁，无任何油污。
44.2)将抛光好的试样用4％硝酸酒精预腐蚀2秒，起到活化检测面作用，然后采用无
水乙醇清洗并用热风吹干。
45.3)将吹干后的试样用木夹子夹住浸入染色金相腐蚀剂中，检测面朝上，使肉眼能够看到检测面颜色的变化，并不断晃动试样，使观察面均匀受到腐蚀。腐蚀时间应该由检测面颜色变化来决定，正确的颜色变化应为黄色-蓝色-紫色-浅棕色，腐蚀时间在45s，当颜色变为浅棕色时取出试样，立即采用无水乙醇清洗并热风吹干，保持检测面干燥、清洁，不允许存在任何污物和水迹。
46.所述染色金相腐蚀剂的制备方法为：室温下，将高锰酸钾4g，铬酐9g，高氯酸3ml和蒸馏水100ml，混合；腐蚀剂保证ph＝4，溶液配制好后在室温下静置60分钟后即可使用。配置染色金相腐蚀剂的可循环使用，使用次数≤4次，配置的环境温度在23℃-28℃范围。
47.3)将制备好的试样放置在金相显微镜下观察，调节合适的孔径和视场光栏。调节聚焦旋钮，使成像清晰，在目镜下高温铁素体呈白色、马氏体呈棕色、贝氏体为深蓝色。采用金相定量统计软件，依据国标gb/15749-2008，利用不同组织的阈值的差别进行提取待测组织，计算高温马氏体含量，本实施例中p91高温铁素体含量在3.8％，贝氏体为29.3％，马氏体为66.9％。
48.实施例2
49.一种染色金相腐蚀剂在马氏体耐热钢中高温铁素体定量检测的应用，检测对象为马氏体耐热钢p91，具体所用的染色金相腐蚀剂的制备方法为：室温下，将高锰酸钾3g，铬酐9.5g，高氯酸2.5ml和蒸馏水100ml，混合；腐蚀剂保证ph＝4，溶液配制好后在室温下静置60分钟后即可使用。配置的环境温度在23℃-28℃范围。检测试样2，其他同实施例1，检测结果如图2。
50.实施例3
51.一种染色金相腐蚀剂在马氏体耐热钢中高温铁素体定量检测的应用，检测对象为马氏体耐热钢p91，具体所用的染色金相腐蚀剂的制备方法为：室温下，将高锰酸钾6g，铬酐8.2，高氯酸3ml和蒸馏水100ml，混合；腐蚀剂保证ph＝4，溶液配制好后在室温下静置60分钟后即可使用，配置的环境温度在23℃-28℃范围。其他同实施例1，检测试样3，检测结果如图3。
52.对比例1
53.按照与实施例1相同的方法和腐蚀剂处理相同的马氏体耐热钢p91，腐蚀30s,在腐蚀时间不足，由于腐蚀剂不能充分与试样发生反应，无法形成完整的衍射膜。在显微镜白光的照射下，会形成各类颜色假象，且色彩深浅不一，无法相鉴别及定量。