谷秀銳, 劉麗君, 劉燕霞, 白麗娟, 段路昭, 宋 月

(1.河鋼材料技術(shù)研究院, 石家莊 050000; 2.河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué), 石家莊 050000)

高錳鋼具有優(yōu)越的性能,可應(yīng)用在較多特殊環(huán)境下。錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%～14%的高錳鋼是傳統(tǒng)耐磨材料之一。該鋼種在抵抗強(qiáng)沖擊載荷、高應(yīng)力工況下的磨料或鑿削磨損方面具有優(yōu)異的性能。該類(lèi)高錳鋼被廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電、礦山機(jī)械、水泥、煤炭及安保等行業(yè)的結(jié)構(gòu)件中,如坦克履帶板、粉磨機(jī)襯板、顎式破碎機(jī)岔板、大型球磨機(jī)襯板等重要的易磨損構(gòu)件。錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%～28%的高錳鋼可用于存儲(chǔ)運(yùn)輸液化天然氣(LNG),使用溫度可達(dá)-163 ℃,該類(lèi)高錳鋼在室溫下的顯微組織為奧氏體,不易發(fā)生低溫轉(zhuǎn)脆現(xiàn)象,保證了LNG儲(chǔ)罐用鋼材的安全性[1-4]。

奧氏體晶粒大小對(duì)不同含量錳元素高錳鋼的組織和性能有很大影響。細(xì)化晶粒不僅可提高高錳鋼的屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度,同時(shí)可改進(jìn)高錳鋼的塑性和沖擊韌性,增強(qiáng)其耐磨性能,降低高錳鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度。因此,對(duì)耐磨高錳鋼室溫奧氏體組織顯示方法的研究有助于制定合理的生產(chǎn)及熱處理工藝,以滿足對(duì)其性能的需求。

筆者介紹了兩種錳元素含量不同的高錳鋼顯微組織顯示的具體過(guò)程,成功解決了高錳鋼顯微組織顯示的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了高錳鋼室溫奧氏體的清晰顯示。研究結(jié)果可為提高高錳鋼的性能提供理論基礎(chǔ)。

1 試樣制備

在錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%～14%的耐磨高錳鋼上截取試樣1,在錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%～28%的超低溫環(huán)境用高錳鋼上截取試樣2,依次用180,400,800,1 000目(1目=25.4 mm)水砂紙研磨試樣1,2的觀察面,然后用拋光機(jī)將試樣1,2的觀察面拋光至鏡面,且無(wú)劃痕。拋光時(shí)需加水潤(rùn)滑,并加拋光劑,以保證拋光效果。

2 耐磨高錳鋼的腐蝕方法

采用化學(xué)腐蝕的方法對(duì)耐磨高錳鋼進(jìn)行腐蝕,依據(jù)薄膜干涉顯示組織法原理,使腐蝕液與試樣拋光面進(jìn)行反應(yīng),進(jìn)而在拋光面上形成一層薄膜,隨后觀察試樣的顯微組織,不同取向的奧氏體晶粒和晶粒內(nèi)析出物可以呈現(xiàn)不同顏色和形貌,從而獲得耐磨高錳鋼的彩色奧氏體組織。

耐磨高錳鋼腐蝕液的配制方法為：首先在燒杯中加入100 mL無(wú)水乙醇,再依次加入4～4.5 mL硝酸、0.5 g草酸和0.8 g偏重亞硫酸鈉,充分?jǐn)嚢韬箪o置2 min。

耐磨高錳鋼的腐蝕過(guò)程為：將拋光好的試樣拋光面放入腐蝕液中,隨后取出,拋光面向上,不斷緩慢晃動(dòng)試樣,可多次蘸取腐蝕劑;腐蝕時(shí)間為90～110 s,直到試樣鏡面消失,試樣表面具有彩色光澤;依次用水、乙醇將試樣沖洗干凈,并吹干,最后將試樣置于光學(xué)顯微鏡下觀察。腐蝕后的試樣表面形成一層薄膜,切勿破壞,以免影響觀察效果。如果顯微組織顯示不清晰,可按照以上步驟和方法,重復(fù)進(jìn)行二次腐蝕,腐蝕時(shí)間需結(jié)合上次腐蝕效果確定。

耐磨高錳鋼的顯微組織形貌如圖1所示。由圖1可知：試樣的奧氏體組織顯示良好,色彩艷麗,晶內(nèi)滑移線排列整齊,析出物清晰可見(jiàn),硫化錳呈藍(lán)色圓錐狀,氮化鈦呈淡紅色方塊狀。

圖1 耐磨高錳鋼的顯微組織形貌

3 超低溫環(huán)境用高錳鋼的腐蝕方法

超低溫環(huán)境用高錳鋼的錳元素含量較高,耐腐蝕性較好,其腐蝕液配制方法為：將16 mL濃硝酸加入到100 mL無(wú)水乙醇中,攪拌均勻,配制成腐蝕液1;將14 mL濃鹽酸加入到100 mL無(wú)水乙醇中,攪拌均勻,配制成腐蝕液2。

超低溫環(huán)境用高錳鋼的腐蝕過(guò)程為：將試樣拋光面朝下放入裝有腐蝕液1的玻璃皿中,停留約20 s后取出,待拋光面上的鏡面消失后,將試樣放入裝有腐蝕液2的玻璃皿中,停留時(shí)間約為10 s;將試樣取出后依次用水、乙醇沖洗干凈,并用吹風(fēng)機(jī)吹干試樣;最后將試樣置于光學(xué)顯微鏡下觀察。若奧氏體晶粒晶界顯示不連續(xù),可將試樣拋光后重新進(jìn)行腐蝕,適當(dāng)延長(zhǎng)每步的腐蝕時(shí)間,具體腐蝕時(shí)間需結(jié)合第一次的腐蝕效果來(lái)決定。因該類(lèi)高錳鋼的耐腐蝕性較好,出現(xiàn)過(guò)腐蝕的概率較低。

超低溫環(huán)境用高錳鋼的顯微組織形貌如圖2所示。由圖2可知：試樣的腐蝕效果較好,使用該方法可以獲得清晰的高錳鋼顯微組織。

圖2 超低溫環(huán)境用高錳鋼的顯微組織形貌

4 結(jié)論

采用草酸+硝酸+偏重亞硫酸鈉+無(wú)水乙醇溶液作為腐蝕液,在室溫下對(duì)錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%～14%的耐磨高錳鋼進(jìn)行腐蝕,通過(guò)薄膜干涉顯示組織法,可獲得清晰完整、色彩艷麗的彩色顯微組織形貌。

采用硝酸+無(wú)水乙醇溶液和鹽酸+無(wú)水乙醇溶液復(fù)合的腐蝕方法,對(duì)錳元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%～28%的超低溫環(huán)境用高錳鋼進(jìn)行腐蝕,可以獲得清晰的顯微組織形貌。