高锰钢显微组织的显示方法

谷秀锐, 刘丽君, 刘燕霞, 白丽娟, 段路昭, 宋 月

(1.河钢材料技术研究院, 石家庄 050000; 2.河北工业职业技术大学, 石家庄 050000)

高锰钢具有优越的性能,可应用在较多特殊环境下。锰元素质量分数为11%～14%的高锰钢是传统耐磨材料之一。该钢种在抵抗强冲击载荷、高应力工况下的磨料或凿削磨损方面具有优异的性能。该类高锰钢被广泛应用于火力发电、矿山机械、水泥、煤炭及安保等行业的结构件中,如坦克履带板、粉磨机衬板、颚式破碎机岔板、大型球磨机衬板等重要的易磨损构件。锰元素质量分数为22%～28%的高锰钢可用于存储运输液化天然气(LNG),使用温度可达-163 ℃,该类高锰钢在室温下的显微组织为奥氏体,不易发生低温转脆现象,保证了LNG储罐用钢材的安全性[1-4]。

奥氏体晶粒大小对不同含量锰元素高锰钢的组织和性能有很大影响。细化晶粒不仅可提高高锰钢的屈服强度、疲劳强度,同时可改进高锰钢的塑性和冲击韧性,增强其耐磨性能,降低高锰钢的脆性转变温度。因此,对耐磨高锰钢室温奥氏体组织显示方法的研究有助于制定合理的生产及热处理工艺,以满足对其性能的需求。

笔者介绍了两种锰元素含量不同的高锰钢显微组织显示的具体过程,成功解决了高锰钢显微组织显示的问题,实现了高锰钢室温奥氏体的清晰显示。研究结果可为提高高锰钢的性能提供理论基础。

1 试样制备

在锰元素质量分数为11%～14%的耐磨高锰钢上截取试样1,在锰元素质量分数为22%～28%的超低温环境用高锰钢上截取试样2,依次用180,400,800,1 000目(1目=25.4 mm)水砂纸研磨试样1,2的观察面,然后用抛光机将试样1,2的观察面抛光至镜面,且无划痕。抛光时需加水润滑,并加抛光剂,以保证抛光效果。

2 耐磨高锰钢的腐蚀方法

采用化学腐蚀的方法对耐磨高锰钢进行腐蚀,依据薄膜干涉显示组织法原理,使腐蚀液与试样抛光面进行反应,进而在抛光面上形成一层薄膜,随后观察试样的显微组织,不同取向的奥氏体晶粒和晶粒内析出物可以呈现不同颜色和形貌,从而获得耐磨高锰钢的彩色奥氏体组织。

耐磨高锰钢腐蚀液的配制方法为：首先在烧杯中加入100 mL无水乙醇,再依次加入4～4.5 mL硝酸、0.5 g草酸和0.8 g偏重亚硫酸钠,充分搅拌后静置2 min。

耐磨高锰钢的腐蚀过程为：将抛光好的试样抛光面放入腐蚀液中,随后取出,抛光面向上,不断缓慢晃动试样,可多次蘸取腐蚀剂;腐蚀时间为90～110 s,直到试样镜面消失,试样表面具有彩色光泽;依次用水、乙醇将试样冲洗干净,并吹干,最后将试样置于光学显微镜下观察。腐蚀后的试样表面形成一层薄膜,切勿破坏,以免影响观察效果。如果显微组织显示不清晰,可按照以上步骤和方法,重复进行二次腐蚀,腐蚀时间需结合上次腐蚀效果确定。

耐磨高锰钢的显微组织形貌如图1所示。由图1可知：试样的奥氏体组织显示良好,色彩艳丽,晶内滑移线排列整齐,析出物清晰可见,硫化锰呈蓝色圆锥状,氮化钛呈淡红色方块状。

图1 耐磨高锰钢的显微组织形貌

3 超低温环境用高锰钢的腐蚀方法

超低温环境用高锰钢的锰元素含量较高,耐腐蚀性较好,其腐蚀液配制方法为：将16 mL浓硝酸加入到100 mL无水乙醇中,搅拌均匀,配制成腐蚀液1;将14 mL浓盐酸加入到100 mL无水乙醇中,搅拌均匀,配制成腐蚀液2。

超低温环境用高锰钢的腐蚀过程为：将试样抛光面朝下放入装有腐蚀液1的玻璃皿中,停留约20 s后取出,待抛光面上的镜面消失后,将试样放入装有腐蚀液2的玻璃皿中,停留时间约为10 s;将试样取出后依次用水、乙醇冲洗干净,并用吹风机吹干试样;最后将试样置于光学显微镜下观察。若奥氏体晶粒晶界显示不连续,可将试样抛光后重新进行腐蚀,适当延长每步的腐蚀时间,具体腐蚀时间需结合第一次的腐蚀效果来决定。因该类高锰钢的耐腐蚀性较好,出现过腐蚀的概率较低。

超低温环境用高锰钢的显微组织形貌如图2所示。由图2可知：试样的腐蚀效果较好,使用该方法可以获得清晰的高锰钢显微组织。

图2 超低温环境用高锰钢的显微组织形貌

4 结论

采用草酸+硝酸+偏重亚硫酸钠+无水乙醇溶液作为腐蚀液,在室温下对锰元素质量分数为11%～14%的耐磨高锰钢进行腐蚀,通过薄膜干涉显示组织法,可获得清晰完整、色彩艳丽的彩色显微组织形貌。

采用硝酸+无水乙醇溶液和盐酸+无水乙醇溶液复合的腐蚀方法,对锰元素质量分数为22%～28%的超低温环境用高锰钢进行腐蚀,可以获得清晰的显微组织形貌。