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雙相不銹鋼

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奧氏體不銹鋼鍛后空冷態(tài)試樣金相檢測(cè)

來源:至德鋼業(yè) 日期:2020-07-09 01:49:30 人氣:1419

 金相是材料檢測(cè)最直觀方便的方法,也是成本相對(duì)低廉的檢測(cè)手段,是檢測(cè)材料內(nèi)部組織最主要的手段之一。


一、金相試樣處理過程


浙江至德鋼業(yè)有限公司采用線切割設(shè)備將實(shí)驗(yàn)鋼切為直徑為10mm高度為10mm的圓柱形試樣,樣品個(gè)數(shù)為15個(gè),每一種成分的試驗(yàn)鋼試樣為5個(gè),保留一個(gè)備用樣品。線切割后的試樣為鍛后空冷態(tài),每個(gè)成分選取4個(gè)試樣進(jìn)行1150℃固溶處理,固溶處理后每個(gè)成分保留一個(gè)試樣,其他三組試樣分別在700℃、800℃、900℃進(jìn)行14小時(shí)時(shí)效處理實(shí)驗(yàn)。制樣過程如下:


 1. 粗磨

 

   在黑色120目砂紙上進(jìn)行上。在實(shí)驗(yàn)室的水龍頭下進(jìn)行水磨,保持試樣平整,用力磨掉試樣表面的薄層,露出金屬層。


 2. 細(xì)磨


  依次用黑400目、600目、800目、1000目、1200目、1500目、2000目金相砂紙磨光,再換成白色金相砂紙依次使用白600目、800目、1000目、1200目、1400目、1600目、2000目,再進(jìn)行拋光。


 3. 拋光


  拋光時(shí)要緊握樣品,防止在在拋光時(shí),樣品從手中飛出。用力須適中,用力過猛會(huì)導(dǎo)致樣品出現(xiàn)新的劃痕,用力太輕則會(huì)使拋光時(shí)間大大增加。因?yàn)?a href="http://m.bjm-distribution.com/post/380.html" target="_blank" title="奧氏體不銹鋼" style="color: rgb(255, 0, 0); text-decoration: underline;">奧氏體不銹鋼基底為白色,腐蝕時(shí)間稍長(zhǎng)就會(huì)迅速變臟、變黑,通過對(duì)各種腐蝕溶液進(jìn)行嘗試,都未能達(dá)到較好的效果,其中包括硝酸-酒精溶液、CuC2溶液、FeCl3溶液、苦味酸等。按表配制本實(shí)驗(yàn)所用金相腐蝕劑,該腐蝕劑為慢性腐蝕劑,腐蝕時(shí)間在3分鐘左右效果較好,過程便于控制,對(duì)奧氏體不銹鋼腐蝕劑的選擇是一個(gè)很好的參考。該腐蝕劑失效時(shí)間快,需現(xiàn)配現(xiàn)用。將樣品磨好并拋光后,在實(shí)驗(yàn)室配置好試劑。氫氟酸為劇毒物質(zhì),在進(jìn)行腐蝕劑的配置和使用時(shí)必須佩戴口罩和手套,若腐蝕劑濺射而出,須立即用大量清楚清洗干凈。


  腐蝕過程: 將配置好的腐蝕液倒入燒杯中,在另一燒杯中裝入飽和Na2CO3溶液用以中和腐蝕液。用筷子夾住拋光后的樣品浸入腐蝕液燒杯時(shí),開始計(jì)時(shí),在3分45秒時(shí)取出樣品,馬上用清水沖洗,再用鑷子夾住樣品放入碳酸鈉溶液中進(jìn)行中和。中和一分鐘左右,之后先后使用自來水、酒精沖洗,放入試樣袋中,最后使用金相顯微鏡觀察其組織結(jié)構(gòu)。


二、金相檢測(cè)結(jié)果分析


 1. 201不銹鋼鍛后空冷態(tài)金相組織


  圖為201不銹鋼鍛后空冷態(tài)金相照片,試樣表面存在明顯顏色不同的區(qū)域,基體為奧氏體,條狀組織由XRD檢測(cè)結(jié)果為α-Fe相。通過金相顯微鏡觀察到的鍛后空冷態(tài)201不銹鋼,組織致密,晶粒細(xì)小,沒有宏觀裂紋、大型夾雜物,但是存在一些顯微孔洞,1#(0.14%N)試樣最為明顯。


  通過Image-Pro Plus 6.0軟件標(biāo)定晶粒直徑,結(jié)果如表3.2所示。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JISG0551-1998,如表為金屬晶粒度等級(jí)對(duì)應(yīng)的晶粒大小,晶粒度越高,晶粒越細(xì)。至德鋼業(yè)研究的201不銹鋼晶粒等級(jí)在5到7級(jí)之間。對(duì)于1#(0.14%N)試樣晶粒較大的原因?yàn)椋涸嚇与S著氮含量的增加,晶粒減小。


 2. 201不銹鋼固溶態(tài)金相組織


  采用金相顯微鏡對(duì)201不銹鋼1150℃固溶處理后的顯微組織進(jìn)行觀察,在晶界處出現(xiàn)腐蝕坑,三種樣品均有條狀組織α-Fe相存在,與鍛后空冷態(tài)相比,試驗(yàn)鋼在固溶處理之后晶粒明顯增大。在金相顯微鏡1000倍下觀察發(fā)現(xiàn),條狀組織大小不均,有一定方向性,斷斷續(xù)續(xù)。為對(duì)條狀組織進(jìn)行定性判斷,采用掃描電鏡及EDS對(duì)組織進(jìn)行分析。發(fā)現(xiàn)該組織成分與基體幾乎一致,氮元素的峰值較低,可能儀器對(duì)對(duì)低原子序數(shù)元素,也可能樣品中的氮含量太低,儀器檢測(cè)難度較大。文獻(xiàn)中指出鐵素體的溶氮量較少,與本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,可以判定金相中的條狀組織為α-Fe相。


 3. 201不銹鋼不同溫度時(shí)效態(tài)金相組織


  圖為201不銹鋼700℃時(shí)效試樣的金相組織圖,晶粒大小比固溶態(tài)時(shí)增大,經(jīng)過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)。三個(gè)試樣的晶界中均出現(xiàn)了條狀組織,1#(0.14%N)試樣最多,3#(0.19%N)試樣最少。1#(0.14%N)試樣出現(xiàn)腐蝕不均勻的情況,2#(0.16%N)試樣晶界變粗,3#(0.19%N)試樣晶界變淺。


  圖為201不銹鋼800℃時(shí)效試樣的金相組織圖,經(jīng)過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)1#(0.14%N)試樣中鋼中的組織略微粗大,再結(jié)晶比較充分;2#(0.16%N)試樣的晶粒大小僅次于1#(0.14%N)樣;3#(0.19%N)試樣的晶粒最小,再結(jié)晶充分。與700℃時(shí)效相同,800℃時(shí)效的三個(gè)試樣的晶界中均出現(xiàn)了條狀組織,1#(0.14%N)試樣最多,2#(0.16%N)試樣其次,3#(0.19%N)試樣最少。說明隨著氮含量的增加,晶體內(nèi)的條狀組織減少,相比較,同一試樣的條狀組織隨時(shí)效溫度的增加而減少。1#(0.14%N)試樣的晶界細(xì)小,3#(0.19%N)試樣的晶界最為粗大,3#(0.19%N)試樣的析出相數(shù)量最多。當(dāng)有化合物相從晶界析出時(shí),晶界會(huì)變粗,導(dǎo)致晶界貧鉻,然后化合物相開始充分析出。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),800℃時(shí)效處理時(shí)化合物析出較為充分。


 從圖中可以看出隨著時(shí)效溫度越高,晶粒越大,這是因?yàn)闇囟仍礁?,晶粒間相互吞并長(zhǎng)大的過程越快。腐蝕坑主要位于晶界上,因?yàn)榫Ы缟系幕钚员绕渌胤礁?,同樣條件下更容易析出化合物相。同時(shí)比較相同溫度時(shí)效下的氮含量不同的試樣,可以得知,隨著氮含量的增加,晶界寬度減小,這是因?yàn)槲龀鑫镌诰Ы缟系奈龀隽繙p少,說明了氮具有抑制和延緩析出物在晶界的析出的作用,有效的減少貧絡(luò)區(qū),提高耐腐蝕性。同時(shí)使得析出物在樣品內(nèi)分布更加均勻,經(jīng)時(shí)效處理,生成的彌散強(qiáng)化相增加,提高了不銹鋼的強(qiáng)度。將圖作比較可以看出條狀組織隨著氮含量的增加而減少,隨著溫度的升高而降低。圖中并未明顯發(fā)現(xiàn)沿著晶界生成的化合物相,這可能是由于鋼中鉻錳含量較高,氮溶解度增加,全部固溶到基體中。


三、晶粒大小標(biāo)定


  浙江至德鋼業(yè)有限公司通過Image-Pro Plus 6.0軟件標(biāo)定金相顯微照片晶粒大小,如圖所示。從圖中可以看出,經(jīng)過熱處理的試樣晶粒大小要超過鍛后空冷態(tài)試樣,同時(shí)時(shí)效態(tài)晶粒大小要超過固溶態(tài),而且時(shí)效熱處理的溫度越高,晶粒直徑就越大,鍛后空冷態(tài)2#(0.16%N)試樣晶粒最小,而1#(0.14%N)試樣900℃時(shí)效的晶粒大小為最大。說明了時(shí)效處理能顯著增加樣品的晶粒大小,時(shí)效溫度越高,樣品晶粒大小增加幅度越大。隨著氮含量的增加,晶粒減小,這說明氮有細(xì)化晶粒的作用。


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