CN100519843C

CN100519843C - 一种409l铁素体不锈钢用复合侵蚀剂及使用方法

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Publication number: CN100519843C
Application number: CNB2007100385269A
Authority: CN
Inventors: 杨军; 沈春飞; 常锷; 陆斌
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: CN101275229A

Abstract

本发明公开了一种409L铁素体不锈钢用复合侵蚀剂及其使用方法，所述侵蚀剂包括：侵蚀剂1：其重量百分配比为：苦味酸4.4～4.7%，37%盐酸水溶液5.2～14.9%，氯化苯甲烃铵1.0～6.0%，乙醇74.4～89.4%；侵蚀剂2：其重量百分配比为：盐酸12～35%，其余为蒸馏水。所述使用方法：抛光后试样先浸入侵蚀剂1中，40～70秒后取出试样直接浸入侵蚀剂2，60秒后取出洗净、烘干并观察腐蚀情况；每个循环试样在侵蚀剂1中的停留时间比上一循环递减10秒，最小试样停留时间为10秒，侵蚀剂2中试样停留时间保持不变。该发明具有使409L铁素体不锈钢试样侵蚀后表面清晰，晶界和晶粒显示质量高，侵蚀剂保存时间长的优点，并且可重复使用多次，减少废液排放，有利于环保。

Description

一种409L铁素体不锈钢用复合侵蚀剂及使用方法

技术领域

本发明涉及不锈钢技术，特别属于409L铁素体不锈钢金相侵蚀剂配比和其配套使用方法。

背景技术

冷轧409L铁素体不锈钢退火后的显微组织是评判冷轧、退火工艺是否合理的重要手段，也是产品最终性能的主要影响因素，如何能真实、快速地反映409L铁素体不锈钢的显微结构是其中一项关键技术。

要显示金属材料的显微组织，首要条件必须腐蚀出晶界和不同相晶粒的不同颜色。绝大多数铁素体不锈钢在常温下为单相组织，故侵蚀过程无法利用电化学微电池效应，而只能采取化学腐蚀(溶解)的方法。其原理为：

在铁素体不锈钢侵蚀时由于晶界位错富集、原子排列紊乱，缺陷及杂质较多，具有较高的能量，故晶界容易被侵蚀而呈沟壑状。在显微镜下观察时，使光线在晶界处被反射而不能进入物镜，因次显示出一条条黑色的晶界。同时，铁素体不锈钢各个晶粒的成分虽然相同，但由于其原子排列位相不同，也会使磨面上各个晶粒的侵蚀程度不一致，在垂直光线照射下呈现出明暗不一的颜色，(见图1)。

就目前钢铁材料显微组织显示方法而言，虽然新的技术层出不穷，但侵蚀法仍然是最主要、最经济的一种显微组织显示方法。对于409L铁素体不锈钢来说，抛光后的试样在光学显微镜下观察时，除了研磨时产生的划痕、钢中的大型非金属夹杂、钢中原有的裂纹等以外，只能看到平滑、光亮的试样磨面，如果需要在光学显微镜下进行不锈钢铁素体显微组织研读或判定，则必须进行试样的侵蚀操作，使所需观察的显微组织在侵蚀剂的作用下呈现不同的颜色，以达到区别不同组织和显示晶界的作用。侵蚀的方法有多种，如化学法、电解法等，其中最常用的是化学侵蚀法，其机理是利用侵蚀液在试样表面所产生的化学溶解作用或电化学作用来显示特定的组织形态或取向。

409L铁素体不锈钢金相测试中常用的侵蚀剂主要为氯化铁盐酸水溶液、醋酸盐酸硝酸混合溶液、王水甘油溶液等，都是在同一溶液中完成钝化膜破坏、晶界腐蚀等功能的操作模式，其溶液成分范围(重量百分比)为：

氯化铁盐酸水溶液：氯化铁2~4.5％，盐酸25~40％，其余为蒸馏水；

醋酸盐酸硝酸混合溶液：醋酸25~33％，硝酸23~28％，其余为盐酸溶液；

王水甘油溶液：硝酸14~21％，甘油47~57％，双氧水7~12％，其余为盐酸溶液。

在长期实践过程中发现，但由于409L铁素体不锈钢的耐腐蚀特点，在使用上述侵蚀剂后铁素体显微组织显示存在下列问题：

1.侵蚀剂起效(破坏钝化膜)慢，但侵蚀(晶界)速度快，使试样侵蚀时间把握困难，金相显示质量不稳定，(见图2)。

2.由于晶界显示不清晰，若延长侵蚀时间极易形成过腐蚀，导致侵蚀过程失败，(见图3)。

3.溶液失效速度快，持续利用时间短(3天至1周)。

发明内容

本发明的目的是提供一种409L铁素体不锈钢用复合侵蚀剂及其使用方法，用以提高409L铁素体不锈钢金相测试中试样侵蚀后的质量，提供清晰、真实的微结构图像。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种409L铁素体不锈钢用复合侵蚀剂，具体包括：

(1).侵蚀剂1：其重量百分配比为：苦味酸4.4～4.7％，37％盐酸水溶液5.2～14.9％，氯化苯甲烃铵1.0～6.0％，乙醇74.4～89.4％；

(2).侵蚀剂2：其重量百分配比为：盐酸12～35％，其余为蒸馏水。

所述侵蚀剂2中的蒸馏水可用乙醇代替。(注：所述12～35％为盐酸中HCL的百分含量)

一种409L铁素体不锈钢用复合侵蚀剂的使用方法，具体包含以下步骤：

侵蚀剂1和侵蚀剂2各侵蚀1次称为1个循环，根据试样表面情况侵蚀1至数个循环直至晶界完全显示。

所述侵蚀剂的使用方法，将抛光后试样先浸入侵蚀剂1中，抛光面朝下轻轻晃动，40~70秒后取出试样直接浸入侵蚀剂2，60秒后取出洗净、烘干并观察腐蚀情况；每个循环试样在侵蚀剂1中的停留时间比上一循环递减10秒，最小试样停留时间为10秒，侵蚀剂2中试样停留时间保持不变。

本发明铁素体不锈钢用组合侵蚀剂组成确定的理由如下：

苦味酸、硝酸作为主要腐蚀液，硝酸是氧化性强酸，铁素体不锈钢在硝酸酸蚀后表面有难以去除的残渣，需要在碱液中处理才能去除，过程比较复杂，故不考虑选用；盐酸对金属氧化物有很强的化学溶解作用，但常温下对钢铁基体的溶解十分缓慢，特别是铁素体类不锈钢，几乎无法有效侵蚀；苦味酸[C₅H₂(NO₂)₃OH]是弱酸，电离度比硝酸小.而且(NO₂)没有(NO₃)氧化性强，所以腐蚀能力没有硝酸强，侵蚀时间容易控制；同时苦味酸对晶界高自由能区域十分敏感，对铁素体不锈钢显示晶界十分有利，且侵蚀后磨面无残留物，无需再次处理，所以选用苦味酸作为主腐蚀液。

溶剂选择在蒸馏水和乙醇之间进行。在实验中发现，苦味酸水溶液腐蚀试样速度快于苦味酸乙醇溶液，但易在磨面形成粘附膜，引起钝化，因此往往效果不佳，晶界不清晰。所以选择乙醇作为溶剂。

为防止苦味酸对铁素体不锈钢晶界的过度腐蚀，需要选择一种既能减慢晶界腐蚀速度，又不会抑制磨面侵蚀整体速度的缓蚀剂。氯化苯甲烃铵属于有机缓蚀剂，机理为静电吸附，它能吸附在铁素体不锈钢磨面表面形成极薄的粘附膜，但阻滞效果并不强烈，所以选用其作为缓蚀剂。

以上三种溶液构成了侵蚀剂1，配方确定前根据经验可以得到：苦味酸浓度不影响腐蚀效果，故采用饱和苦味酸溶液(侵蚀液中含有黄色固体苦味酸颗粒)；适量盐酸加入可以去除试样磨面的钝化层，但浓度过高影响苦味酸对晶界的侵蚀；氯化苯甲烃铵的加入量以减缓但不抑制侵蚀过程为宜。根据上述原则设计数个设计配方，并根据实际效果从中选择了目前的侵蚀液1的配比。

由于无法在侵蚀液1中加入大量盐酸，在侵蚀剂1的使用中存在磨面钝化现象，试样侵蚀速度还是不稳定。故选择盐酸溶液作为侵蚀剂1的辅助侵蚀剂，这里称为侵蚀剂2。选择盐酸溶液的主要原因为：盐酸对金属氧化物具有较强的化学溶解作用，但在室温下对钢铁基体的溶解却比较缓慢。因此，利用盐酸溶液去除侵蚀剂1使用后试样表面的钝化层，又不至于对不锈钢基体产生腐蚀作用，使侵蚀剂1处理试样时可以保持一个稳定、可把握的腐蚀速度，两者作为一种复合侵蚀剂使用。盐酸溶液的浓度不大于20％，否则基体溶解速度将大于表面钝化层。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1、409L铁素体不锈钢试样侵蚀速度稳定，无经验操作人员亦可正确把握侵蚀程度，减少过腐蚀和腐蚀不到位现象。

2、侵蚀后试样表面清晰，晶界和晶粒显示质量高，易于进行分析和研究工作。

3、侵蚀剂保存时间长(和传统不锈钢侵蚀剂比较)，一般在20天以上，可重复使用多次，减少废液排放，有利于环保。

附图说明

图1是现有409L铁素体不锈钢显微组织示意图。

图2是现有409L铁素体不锈钢显微组织晶界显示不清晰示意图。

图3是现有409L铁素体不锈钢显微组织过腐蚀示意图。

图4是实施例1的金相照片。

图5是实施例2的金相照片。

图6是实施例3的金相照片。

图7是实施例4的金相照片。

图8是实施例5的金相照片。

图9是实施例6的金相照片。

图10是实施例7的金相照片。

图11是实施例8的金相照片。

具体实施方式

采用本发明铁素体不锈钢复合侵蚀剂操作工艺详述如下：

侵蚀剂1和侵蚀剂2分装于2个阔口玻璃器皿中。抛光后试样抛光面朝下轻轻晃动，读秒40~70秒后取出试样直接浸入侵蚀剂2，试样在侵蚀剂2中浸泡60秒后取出洗净、烘干并观察腐蚀情况；如试样晶界仍未显现，则再次浸入侵蚀剂1中，停留时间为30~60秒，读秒后取出试样直接浸入侵蚀剂2，试样在侵蚀剂2中浸泡60秒后取出洗净、烘干并观察腐蚀情况；该操作循环进行直至晶界完全显示。每个循环试样在侵蚀剂1中的停留时间比上一循环递减10秒，最小试样停留时间为10秒，侵蚀剂2中试样停留时间保持不变，为60秒。

本复合侵蚀剂在铁素体不锈钢409L中实施，操作过程严格遵守上述步骤，复合侵蚀剂成分组合在上述范围内调整。试样规格为5×10×1mm。侵蚀后试样在带PC控制Bioquant IV图像分析系统的光学显微镜下被评估和照相。

实施例1.(见图4)

复合侵蚀剂配比：

侵蚀剂1：苦味酸(过饱和)+37％盐酸水溶液5.2％+氯化苯甲烃铵4.9％+乙醇85.4％

侵蚀剂2：盐酸19％

侵蚀剂1中停留时间为70、60、50秒

实施例2.(见图5)

复合侵蚀剂配比：

侵蚀剂1：苦味酸(过饱和)+37％盐酸水溶液14.9％+氯化苯甲烃铵1％+乙醇79.6％

侵蚀剂2：盐酸20％。

侵蚀剂1中停留时间为40、30、20、10、10、10秒

实施例3.(见图6)

复合侵蚀剂配比：

侵蚀剂1：苦味酸(过饱和)+37％盐酸水溶液7.8％+氯化苯甲烃铵1％+乙醇86.7％

侵蚀剂2：盐酸22％。

侵蚀剂1中停留时间为55、45、35、25秒

实施例4.(见图7)

复合侵蚀剂配比：

侵蚀剂1：苦味酸(过饱和)+37％盐酸水溶液7.8％+氯化苯甲烃铵6.0％+乙醇81.7％

侵蚀剂2：盐酸20％。

侵蚀剂1中停留时间为70、60、50秒

实施例5.(见图8)

复合侵蚀剂配比：

侵蚀剂1：苦味酸(过饱和)+37％盐酸水溶液7.8％+氯化苯甲烃铵3％+乙醇84.7％

侵蚀剂2：盐酸12％。

侵蚀剂1中停留时间为70、60、50、40秒

实施例6.(见图9)

复合侵蚀剂配比：

侵蚀剂2：盐酸35％。

侵蚀剂1中停留时间为40、30、20、10、10秒

实施例7.(见图10)

复合侵蚀剂配比：

侵蚀剂1：苦味酸(过饱和)+37％盐酸水溶液9.8％+氯化苯甲烃铵3.1％+乙醇82.6％

侵蚀剂2：盐酸20％。

侵蚀剂1中停留时间为60、50、40、30、20秒

实施例8.(见图11)

复合侵蚀剂配比：

侵蚀剂1：苦味酸(过饱和)+37％盐酸水溶液5.2％+氯化苯甲烃铵1％+乙醇89.3％

侵蚀剂2：盐酸12％。

侵蚀剂1中停留时间为40、30、20、10秒

实施结果如图4-图11的金相照片可以看出，使用该复合侵蚀剂均可以清晰地显示出409L铁素体不锈钢晶界和晶粒，质量十分理想。

本发明技术方案中，侵蚀剂1的配比采用的是浓度为37％的盐酸溶液，是为了能清楚地表示出HCL的含量，并非是仅限定于37％浓度的盐酸。使用其他浓度的盐酸溶液，只要达到侵蚀剂1中所需的HCL的含量，仍可以实现本发明的目的，且都落入本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种409L铁素体不锈钢用复合侵蚀剂，其特征在于包括：

侵蚀剂1：其重量百分配比为：苦味酸4.4～4.7％，37％盐酸水溶液5.2～14.9％，氯化苯甲烃铵1.0～6.0％，乙醇74.4～89.4％；

侵蚀剂2：其重量百分配比为：HCl 12～35％，其余为蒸馏水。

2.如权利要求1所述的409L铁素体不锈钢用复合侵蚀剂，其特征在于：所述侵蚀剂2的蒸馏水用乙醇代替。

3.如权利要求1所述的409L铁素体不锈钢用复合侵蚀剂的使用方法，其特征在于包括以下步骤：侵蚀剂1和侵蚀剂2各侵蚀1次称为1个循环，根据试样表面情况侵蚀1至数个循环直至晶界完全显示。

4.如权利要求3所述的409L铁素体不锈钢用复合侵蚀剂的使用方法，其特征在于：抛光后试样先浸入侵蚀剂1中，抛光面朝下轻轻晃动，40～70秒后取出试样直接浸入侵蚀剂2，60秒后取出洗净、烘干并观察腐蚀情况；每个循环试样在侵蚀剂1中的停留时间比上一循环递减10秒，最小试样停留时间为10秒，侵蚀剂2中试样停留时间保持不变。