高錳鋼具有優越的性能,可應用在較多特殊環境下。錳元素質量分數為11%～14%的高錳鋼是傳統耐磨材料之一。該鋼種在抵抗強沖擊載荷、高應力工況下的磨料或鑿削磨損方面具有優異的性能。該類高錳鋼被廣泛應用于火力發電、礦山機械、水泥、煤炭及安保等行業的結構件中,如坦克履帶板、粉磨機襯板、顎式破碎機岔板、大型球磨機襯板等重要的易磨損構件。錳元素質量分數為22%～28%的高錳鋼可用于存儲運輸液化天然氣(LNG),使用溫度可達－163 ℃,該類高錳鋼在室溫下的顯微組織為奧氏體,不易發生低溫轉脆現象,保證了LNG儲罐用鋼材的安全性[1－4]。 

奧氏體晶粒大小對不同含量錳元素高錳鋼的組織和性能有很大影響。細化晶粒不僅可提高高錳鋼的屈服強度、疲勞強度,同時可改進高錳鋼的塑性和沖擊韌性,增強其耐磨性能,降低高錳鋼的脆性轉變溫度。因此,對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及熱處理工藝,以滿足對其性能的需求。 

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程,成功解決了高錳鋼顯微組織顯示的問題,實現了高錳鋼室溫奧氏體的清晰顯示。研究結果可為提高高錳鋼的性能提供理論基礎。 

1.   試樣制備

在錳元素質量分數為11%～14%的耐磨高錳鋼上截取試樣1,在錳元素質量分數為22%～28%的超低溫環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,然后用拋光機將試樣1,2的觀察面拋光至鏡面,且無劃痕。拋光時需加水潤滑,并加拋光劑,以保證拋光效果。 

2.   耐磨高錳鋼的腐蝕方法

采用化學腐蝕的方法對耐磨高錳鋼進行腐蝕,依據薄膜干涉顯示組織法原理,使腐蝕液與試樣拋光面進行反應,進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析出物可以呈現不同顏色和形貌,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,充分攪拌后靜置2 min。 

耐磨高錳鋼的腐蝕過程為：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,不斷緩慢晃動試樣,可多次蘸取腐蝕劑；腐蝕時間為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,重復進行二次腐蝕,腐蝕時間需結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,晶內滑移線排列整齊,析出物清晰可見,硫化錳呈藍色圓錐狀,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.   超低溫環境用高錳鋼的腐蝕方法

超低溫環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無水乙醇中,攪拌均勻,配制成腐蝕液2。 

超低溫環境用高錳鋼的腐蝕過程為：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,并用吹風機吹干試樣；最后將試樣置于光學顯微鏡下觀察。若奧氏體晶粒晶界顯示不連續,可將試樣拋光后重新進行腐蝕,適當延長每步的腐蝕時間,具體腐蝕時間需結合第一次的腐蝕效果來決定。因該類高錳鋼的耐腐蝕性較好,出現過腐蝕的概率較低。 

超低溫環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  超低溫環境用高錳鋼的顯微組織形貌

4.   結論

采用草酸＋硝酸＋偏重亞硫酸鈉＋無水乙醇溶液作為腐蝕液,在室溫下對錳元素質量分數為11%～14%的耐磨高錳鋼進行腐蝕,通過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＋無水乙醇溶液和鹽酸＋無水乙醇溶液復合的腐蝕方法,對錳元素質量分數為22%～28%的超低溫環境用高錳鋼進行腐蝕,可以獲得清晰的顯微組織形貌。 

文章來源——材料與測試網