多相組織高級別管線鋼原始奧氏體晶界腐蝕劑及使用方法與流程
2023-07-03 21:48:46 1
本發明涉及金相檢驗分析技術技術領域，特別是涉及多相組織高級別管線鋼原始奧氏體晶界腐蝕劑及使用方法。
背景技術：
管線鋼在國家能源輸送中起著舉足輕重的作用，我國管線鋼管線的蓬勃發展主要經歷過三個階段：第一階段時間大概為1980-2000年，第一代管線鋼，管線鋼組織以珠光體-鐵素體，主要為X52-X65為代表的普通級別管線鋼，主要應用於陝京一線建設；2000年-2011年，管線鋼以針狀鐵素體為主，主要以X70/X80管線鋼為主，大規模應用到西氣東輸一線、二線工程建設，2011-至今，開發多相組織管線鋼，即第三代管線鋼，這類管線鋼通過對管線鋼組織及軟硬相的精確控制開發出具有一定比例軟硬相的多相組織X80、X90、X100級別管線鋼。第一代、第二代管線鋼金相組織主要以珠光體和鐵素體為主；而第三代管線鋼組織為細小的多相組織，包括準多邊形鐵素體、針狀鐵素體、粒狀/板條貝氏體、M-A島甚至馬氏體，各組織交錯纏結，協同作用，使鋼材具有很好的強韌性匹配。
鋼的奧氏體晶粒度對鋼的強韌性具有重要影響，對於鋼鐵材料中組織的轉變規律和金相組織的細化具有重要作用，也對鋼板軋製冷卻工藝的控制乃至鋼板最終的性能具有不可低估的參考意義，因此，原始奧氏體晶粒尺寸的腐蝕及檢測對鋼板的生產特別是工藝控制窗口窄的管線鋼更是意義重大。原始奧氏體晶界能否被清晰的腐蝕顯示，取決於試樣的化學成分、組織狀態和腐蝕試劑的選擇是否合理等因素，第一第二代管線鋼組織比較單一，比較容易腐蝕出原始奧氏體晶界，但對多相組織高級別管線鋼，即X80-X100第三代管線鋼，由於鋼板多採用超低碳成分，且位錯密度高，組織混雜且細化纏結，按照常規方法很難腐蝕出原始奧氏體晶界，因此，迫切需要在常規腐蝕試劑和方法上進行創新，來專門針對此類管線鋼奧氏體原始奧氏體晶界進行腐蝕監測。
由於奧氏體晶粒尺寸腐蝕及監測在鋼鐵行業中的重要意義，國內外也有很多專利對其進行了深入研究，其中包括：
1）中國專利，公開號:CN 103163004 A，發明涉及一種中碳微合金鋼高溫形變條件下奧氏體晶界顯示的方法。屬於物理檢測技術領域。步驟為：試樣製備：高溫變形後立即淬火，經粗磨、細磨、拋光，將拋光好的試樣放入45℃的腐蝕劑中，腐蝕劑配方為：自來水60ml、苦味酸1.2~1.6g，洗髮膏0.4~0.5g，二甲苯0.04~0.06ml，鹽酸0.08~0.12ml，氫氟酸0.06~0.1ml，氯化銅8~10mg；腐蝕1~2min後，待試樣表面變暗時取出，用酒精洗淨，吹乾；在顯微鏡下就可觀察到較為清晰的原始奧氏體晶粒。此發明的優點在於解決了中碳微合金鋼高溫形變條件下無法清晰顯示其奧氏體晶粒的問題，此發明實施簡單、操作方便。
2）中國專利，公開號:CN 103411814 A，發明涉及一種快速顯示含Cr 馬氏體時效鋼原始奧氏體晶粒的方法，其特徵是：包括如下步驟：a. 製備試樣：將時效態試樣研磨、拋光；b. 配置腐蝕劑：取蒸餾水放到器皿中，然後向蒸餾水倒入鹽酸、硝酸，並用玻璃棒攪拌，靜置；所述鹽酸的質量百分比為36%，用量10ml，硝酸的重量百分比為68%，用量1 ～ 2ml，蒸餾水用量10ml ；c. 試樣腐蝕：在器皿底部放入脫脂棉，將拋光的試樣放到腐蝕劑中腐蝕，試樣浸蝕面朝下，浸蝕時間20～30s，待試樣拋光面變成灰色時取出，洗淨、吹乾，在顯微鏡下觀察奧氏體晶粒。其優點是：不需要加熱，在常溫下即可進行；操作簡單，腐蝕時間短；有較好的重現性。
3）中國專利，公開號:CN 104374627 A，發明公開了一種超低鋼原始奧氏體晶界的腐蝕液及腐蝕方法，按照體積份數計，組分包括19～21 份飽和苦味酸、1.8～ 2.2份洗滌劑、0.8～1.2 份鹽酸，所述鹽酸濃度為37％，所述洗滌劑為洗潔精。超低鋼原始奧氏體晶界的腐蝕液的腐蝕方法，包括將超低碳鋼進行切割取樣並進行金相研磨拋光；將拋光好的超低碳鋼浸泡在腐蝕液中腐蝕； 腐蝕結束後用飽和草酸溶液擦洗，並吹乾；吹乾後通過金相顯微鏡觀察，得到原始奧氏體組織圖；浸泡時間為180～220秒。本發明不僅節省時間和試劑，還可以得到清晰的原始奧氏體晶界。
4）中國專利，授權公告號:CN 101995349 B，發明提供一種高鋼級管線鋼金相組織的腐蝕劑及顯示方法，腐蝕劑組成：1～10g純度≥99.8％的分析純苦味酸、100ml去離子水、0.1～2ml濃度為10％的稀鹽酸、5～25ml 洗潔精。顯示方法：1)腐蝕劑的配製：將1～10g 分析純苦味酸溶入100ml去離子水中，攪拌均勻後滴入5～25ml洗潔精，再加入0.1～2ml稀鹽酸，攪拌均勻；2)加工試樣：將試樣拋光後，在硝酸酒精溶液中腐蝕0.5～5秒後用清水流衝，如此重複2～5次；3)腐蝕試樣：將腐蝕劑加熱到50～100℃保持恆溫，將試樣浸入腐蝕劑60～600秒，並不斷用棉花擦拭試樣表面。採用本發明能使高鋼級管線鋼的組織既顯示出各種鐵素體組織又顯示出原始奧氏體晶界。
以上專利文獻均涉及鋼板原始奧氏體晶粒尺寸腐蝕。其中1）針對中碳鋼變形條件下的奧氏體晶界顯示方法，在加熱條件下腐蝕時間在1-2min；2）僅針對馬氏體時效鋼的晶界腐蝕，並不適合多相組織管線鋼的晶界腐蝕；3）針對的是一種超低碳原始奧氏體晶界的腐蝕，但腐蝕時間達到180-220S，也沒有考慮加入四氯化碳試劑、氯化鈉和試樣製備消除變形、中間侵蝕對原始奧氏體晶界腐蝕的影響，重現性不高；4）針對一種高鋼級管線鋼金相組織的腐蝕劑及腐蝕方法，需要在50-100℃的恆溫溫度下腐蝕，容易引起試劑中鹽酸、苦味酸的揮發，試劑容易時效，操作人員不易長時間進行試驗也易中毒，實際操作性不強。
技術實現要素：
本發明的目的就是針對上述存在的缺陷為第三代多相組織高級別管線鋼提供一種方法便捷、試劑簡單易行、靈活可控、重現性強的原始奧氏體晶界腐蝕劑及多相組織高鋼級管線鋼奧氏體晶界快速顯示方法，以對高級別管線鋼的研發和生產提供技術支撐。
本發明的多相組織高級別管線鋼原始奧氏體晶界腐蝕劑及使用方法技術方案為，一種多相組織高級別管線鋼原始奧氏體晶界腐蝕劑，包括主腐蝕劑和輔助腐蝕劑，主腐蝕劑由以下成分組成：海鷗牌洗滌劑（中輕海鷗洗滌劑用品有限公司生產的海鷗洗滌劑）、四氯化碳、飽和苦味酸溶液、氯化鈉、體積濃度為30%的鹽酸溶液、體積濃度為75%的乙醇溶液；
輔助腐蝕劑為體積濃度3-6%的硝酸酒精。
所述的多相組織高級別管線鋼原始奧氏體晶界腐蝕劑，主腐蝕劑由以下成分組成：
海鷗牌洗滌劑8-12ml、四氯化碳4-8ml、飽和苦味酸溶液40-50ml、氯化鈉0.2-0.5g、體積濃度為30%的鹽酸溶液1-2ml、體積濃度為75%的乙醇溶液10ml。
所述的多相組織高級別管線鋼原始奧氏體晶界腐蝕劑，配製方法如下：
A.輔助腐蝕劑：用量杯量取硝酸40mm,用引流棒緩慢加入960毫升無水酒精中，靜置，搖勻，待用。
B. 主腐蝕劑：
（1）取自來水40-50mm，邊攪拌邊加入固態苦味酸，直至苦味酸不再溶解為止；
（2）將8-12ml海鷗牌洗滌劑，加入4-8ml四氯化碳中，攪拌均勻，再加入40-50mm步驟（1）配好的飽和苦味酸溶液和0.2-0.5g氯化鈉顆粒，最後加入1-2ml體積濃度為30%鹽酸和10ml乙醇溶液（體積濃度75%）攪拌均勻，鹽酸加入頻率按照1次/5min，得到多相組織高級別管線鋼原始奧氏體晶界腐蝕劑。
所述的多相組織高級別管線鋼原始奧氏體晶界腐蝕劑的使用方法，將多相組織高級別管線鋼原始奧氏體晶界腐蝕劑配製好後，將拋光後的試樣放入主腐蝕劑在室溫侵蝕5-10s，待試樣表面變暗並有一層類似網膜狀物產生時，立即停止腐蝕並取出試樣用脫脂棉擦淨試樣表面，再用吹風機快速吹乾，在顯微鏡下可觀察到清晰的原始奧氏體晶界，拋光過程中採用輔助腐蝕劑浸蝕。
試樣狀態是經過TMCP軋制狀態的高級別管線鋼試樣，先將試樣表面的氧化皮磨掉，然後將試樣腐蝕面按照程序依次進行100#、200#、300#、600#、800#、1000#自動精磨，然後進行拋光。
拋光時拋光劑採用1.5um 金剛石拋光膏，用循環水作潤滑劑；將拋光後的試樣取下再用清水在絲織物上手工輕拋1min以上，直至拋光後試樣拋光面對著光照傾斜45°角觀察不到明顯劃痕為止。
在在拋光過程中採用1～2次輔助腐蝕劑浸蝕消除或減輕變形層的影響，且在拋光完之後，試樣用酒精清洗並用高壓氬氣吹乾，避免在試樣表面形成斑點或圓環。
所述的多相組織高級別管線鋼原始奧氏體晶界腐蝕劑及其使用方法，適用的多相組織高級別管線鋼板各成分含量為：C：0.04~0.06wt%，Si：0.20~0.35wt%，Mn：1.70~1.95wt%，並含有Nb、Ni、Cr、V、Mo合金元素，其中Nb+V+Ti≤0.15%，Cr≤0.50%，Mo≤0.15%，控軋控冷工藝得到。
本發明的有益效果為：
採用本發明多相組織高級別管線鋼原始奧氏體晶界腐蝕劑及其使用方法能排除各種混合組織的幹擾，清晰得到清晰的原始奧氏體晶界。分析如下：首先，多相組織管線鋼試樣經過TMCP工藝軋制，並經過砂輪打磨後，引起變形特別是試樣表面變形嚴重，造成組織失真，雖然經過機械和人工拋光，但尚不足以消除表面應力。本發明通過1-2次中間液（4%硝酸酒精）侵蝕並配合機械、人工拋光基本消除變形層的幹擾。本發明採用飽和苦味酸、四氯化碳和鹽酸顯示奧氏體晶界，但容易使基體組織產生其它幹擾組織，添加一定量的海鷗牌洗滌劑和氯化鈉可以抑制其它幹擾組織的形成，另外添加鹽酸還可以一定程度上延長四氯化碳的腐蝕時效時間。腐蝕可在常溫下操作並快速生效，環保安全也更利於該試劑及方法的廣泛推廣，腐蝕時間短也利用試樣的批量腐蝕。試劑各組分加入量範圍較寬，也利用操作人員配製。
本發明腐蝕劑配製便捷，不需要加熱，在常溫下即可進行；操作簡單，腐蝕時間短；有較好的重現性，適合多相組織管線鋼的批量化腐蝕。
通過上述試劑配比、試樣製備和侵蝕方法，可以清晰地顯示出多相組織高鋼級管線鋼奧氏體晶界，迅速得到一組晶界完整清晰、乾淨的原始奧氏體晶粒照片，突破了難以得到多相細化管線鋼原始奧氏體組織的難題，為生產企業研究該類鋼變形過程中工藝參數對組織演變的影響提供重要的理論依據，對生產高級別管線鋼合理控制工藝參數和保證產品性能均可起到重要作用，也為其它超低碳微合金鋼的原始奧氏體晶界的腐蝕提供經驗。
說明書附圖：
圖1所示為本發明實施例1得到的X80管線鋼原始奧氏體晶界；
圖2所示為本發明實施例2得到的X90管線鋼原始奧氏體晶界；
圖3所示為本發明實施例3得到的X100管線鋼原始奧氏體晶界。
具體實施方式：
為了更好地理解本發明，下面用具體實例來詳細說明本發明的技術方案，但是本發明並不局限於此。
實施例１
多相組織高級別X80管線鋼由以下質量百分比的組分製備而成：C：0.04%，Si：0.20%，Mn：1.72%， Nb：0.05%，Mo:0.20%，Cu:0.20%，Ni:0.20%，Ti：0.018%，Al：0.01%，。
1) 試樣製備工序：試樣狀態是經過TMCP軋制狀態的高級別管線鋼試樣，先將試樣表面的氧化皮在砂輪機上磨掉，然後將試樣牢固安裝在Tegrapol-35自動研磨拋機磨頭上，將腐蝕面按照程序依次進行100#、200#、300#、600#、800#、1000#自動精磨，然後進行拋光；拋光劑採用1.5um 金剛石拋光膏，用循環水作潤滑劑；將自動拋光後的試樣取下再用清水在絲織物上手工輕拋1min，直至拋光後試樣拋光面對著光照傾斜45°角觀察不到明顯劃痕為止。
2) 拋光工序：在拋光過程中採用1次輔助腐蝕劑輕度浸蝕消除或減輕變形層的影響。且在拋光完之後，試樣細心地用酒精清洗並用高壓氬氣吹乾，輔助腐蝕劑選擇體積濃度6%的硝酸酒精溶液。
3) 腐蝕劑配製及侵蝕工序：首先用量筒量取自來水40mm，邊攪拌邊加入固態苦味酸，直至苦味酸不再溶解為止；在另外一個容器中將海鷗牌洗滌劑加入四氯化碳中，攪拌均勻，再加入配好的飽和苦味酸溶液和氯化鈉顆粒，最後加入鹽酸和乙醇溶液攪拌均勻，鹽酸加入頻率按照1次/5min，溶液配製好後，將試樣在室溫侵蝕5s，待試樣表面變暗並有一層類似網膜狀物產生時，立即停止腐蝕並取出試樣用脫脂棉擦拭表面殘餘的酒精擦淨試樣表面，再用吹風機快速吹乾，在顯微鏡下可觀察到清晰的原始奧氏體晶界。
5.主腐蝕劑由以下成分組成：海鷗牌洗滌劑（中輕海鷗洗滌劑用品有限公司生產的海鷗洗滌劑）約8ml、四氯化碳4ml，飽和苦味酸溶液40ml，氯化鈉0.2g，體積濃度為30%的鹽酸溶液1ml（頻次1次/5min），體積分數為75%的乙醇溶液10ml。
按照上述配比和試驗方法得到如說明書附圖圖1所示的奧氏體晶界。
實施例2
多相組織高級別X90管線鋼由以下質量百分比的組分製備而成：C：0.05%，Si：0.25%，Mn：1.72%， Nb：0.06%，Mo:0.26%，Cu:0.21%，Ni:0.20%，Ti：0.020%，Al：0.02%，。
1) 試樣製備工序：試樣狀態是經過TMCP軋制狀態的高級別管線鋼試樣，先將試樣表面的氧化皮在砂輪機上磨掉，然後將試樣牢固安裝在Tegrapol-35自動研磨拋機磨頭上，將腐蝕面按照程序依次進行100#、200#、300#、600#、800#、1000#自動精磨，然後進行拋光；拋光劑採用1.5um 金剛石拋光膏，用循環水作潤滑劑；將自動拋光後的試樣取下再用清水在絲織物上手工輕拋2min，直至拋光後試樣拋光面對著光照傾斜45°角觀察不到明顯劃痕為止。
2) 拋光工序：在拋光過程中採用2次輔助腐蝕劑輕度浸蝕消除或減輕變形層的影響。且在拋光完之後，試樣細心地用酒精清洗並用高壓氬氣吹乾，輔助腐蝕劑選擇體積濃度4%的硝酸酒精溶液。
3) 腐蝕劑配製及侵蝕工序：首先用量筒量取自來水50mm，邊攪拌邊加入固態苦味酸，直至苦味酸不再溶解為止；在另外一個容器中將海鷗牌洗滌劑加入四氯化碳中，攪拌均勻，再加入配好的飽和苦味酸溶液和氯化鈉顆粒，最後加入鹽酸和乙醇溶液攪拌均勻，鹽酸加入頻率按照1次/5min，溶液配製好後，將試樣在室溫侵蝕10s，待試樣表面變暗並有一層類似網膜狀物產生時，立即停止腐蝕並取出試樣用脫脂棉擦拭表面殘餘的酒精擦淨試樣表面，再用吹風機快速吹乾，在顯微鏡下可觀察到清晰的原始奧氏體晶界。
5. 主腐蝕劑由以下成分組成：海鷗牌洗滌劑（中輕海鷗洗滌劑用品有限公司生產的海鷗洗滌劑）約12ml、四氯化碳8ml，飽和苦味酸溶液50ml，氯化鈉0.5g，體積濃度為30%的鹽酸溶液1ml（頻次1次/5min），體積分數為75%的乙醇溶液10ml。
按照上述配比和試驗方法得到如圖2所示的奧氏體晶界。
實施例3
本實施例的高級別X100管線鋼由以下質量百分比的組分製備而成：C：0.06%，Si：0.35%，Mn：1.95%， Nb：0.08%，Mo:0.20%，Cu:0.21%，Ni:0.22%，Ti：0.018%，V:0.02%，Al：0.02%。
1) 試樣製備工序：試樣狀態是經過TMCP軋制狀態的高級別管線鋼試樣，先將試樣表面的氧化皮在砂輪機上磨掉，然後將試樣牢固安裝在Tegrapol-35自動研磨拋機磨頭上，將腐蝕面按照程序依次進行100#、200#、300#、600#、800#、1000#自動精磨，然後進行拋光；拋光劑採用1.5um 金剛石拋光膏，用循環水作潤滑劑；將自動拋光後的試樣取下再用清水在絲織物上手工輕拋1.5min，直至拋光後試樣拋光面對著光照傾斜45°角觀察不到明顯劃痕為止。
2) 拋光工序：在拋光過程中採用1次輔助腐蝕劑輕度浸蝕消除或減輕變形層的影響。且在拋光完之後，試樣細心地用酒精清洗並用高壓氬氣吹乾，輔助腐蝕劑選擇體積濃度4%的硝酸酒精溶液。
3) 腐蝕劑配製及侵蝕工序：首先用量筒量取自來水45mm，邊攪拌邊加入固態苦味酸，直至苦味酸不再溶解為止；在另外一個容器中將海鷗牌洗滌劑加入四氯化碳中，攪拌均勻，再加入配好的飽和苦味酸溶液和氯化鈉顆粒，最後加入鹽酸和乙醇溶液攪拌均勻，鹽酸加入頻率按照1次/5min，溶液配製好後，將試樣在室溫侵蝕5s，待試樣表面變暗並有一層類似網膜狀物產生時，立即停止腐蝕並取出試樣用脫脂棉擦拭表面殘餘的酒精擦淨試樣表面，再用吹風機快速吹乾，在顯微鏡下可觀察到清晰的原始奧氏體晶界。
5. 腐蝕劑配方為：海鷗牌洗滌劑（中輕海鷗洗滌劑用品有限公司生產的海鷗洗滌劑）約10ml、四氯化碳6ml，飽和苦味酸溶液45ml，氯化鈉0.3g，體積濃度為30%的鹽酸溶液1.5ml（頻次1次/5min），體積分數為75%的乙醇溶液10ml。
按照上述配比和試驗方法得到如說明書附圖圖3所示的奧氏體晶界。