CN116103654A

CN116103654A - 一种奥氏体不锈钢金相腐蚀剂及其制备方法和应用

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Publication number: CN116103654A
Application number: CN202310015940.7A
Authority: CN
Inventors: 李艳军; 胡锋涛; 蔡红生; 李世涛; 马东方; 魏泉泉; 高秀娜; 杨希锐
Original assignee: Rundian Energy Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Rundian Energy Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2023-01-06
Filing date: 2023-01-06
Publication date: 2023-05-12

Abstract

本发明属于金相检验技术领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢金相腐蚀剂及其制备方法和应用。奥氏体不锈钢金相腐蚀剂，包括以下重量份计的组分：三氯化铁1～2份、过硫酸盐1～3份、酸试剂5～15份、溶剂80～120份。本发明制得的腐蚀剂具有腐蚀效果良好、稳定性强、检测效率高、安全性高等的特点，能够方面清晰的显示奥氏体晶界和σ相、M23C6等有害老化析出相，可用于(超)临界锅炉用奥氏体不锈钢管现场组织评定，所能检测的奥氏体不锈钢管材质包含但不限于S30432、TP347H、HR3C等，避免了割管检验，大幅节约火电厂检修工期和成本。

Description

一种奥氏体不锈钢金相腐蚀剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于金相检验技术领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢金相腐蚀剂及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，在火力发电机组深度调峰运行工况下，也给(超)临界机组过热器、再热器等管屏壁温控制带来较大挑战，各类受热面管超温情况越来越频繁，而现场奥氏体不锈钢金相检验一直是行业内难点，主要表现在现场检测工况恶劣，高温密闭空间、灰尘大；常规腐蚀剂不能很好的显示组织形貌，晶界、析出相不清晰，不能很好的匹配现场检测环境。

王水是奥氏体不锈钢金相检验常用腐蚀剂之一，但王水腐蚀性强、易挥发，现场通常为密闭空间，王水不适用于现场金相检验工况，尤其是在不锈钢管壁温度较高时，组织显示效果不佳，腐蚀时间控制难度大，且使用风险高。苦味酸盐酸酒精溶液侵蚀不锈钢速率较慢，且苦味酸为易爆化学品，购买和使用受到严格管控。三氯化铁盐酸水溶液可用于实验室检测奥氏体不锈钢组织，但在现场金相检验时发现组织效果不佳，侵蚀不均易出现花斑等腐蚀不均匀的现象，侵蚀时间难以把握。

中国专利CN114594098A，公开了一种可供选择的金相腐蚀剂，这种腐蚀剂虽然能清晰显示奥氏体不锈钢中σ相(光学显微镜下呈黑色)，但不能清晰地显示晶界，不易判定晶粒度，在试样腐蚀时，反应剧烈，不易操作，存在一定的安全隐患，而且上述的方法不适用于锅炉炉膛奥氏体不锈钢受热面管多灰尘的检测环境，在现场金相显微镜下灰尘颗粒和该方法中σ相均显示黑色，不易于辨别。因此，为了更便捷的开展现场奥氏体不锈钢金相组织老化及晶粒度评定检验工作，亟需开发一种适用于现场的腐蚀剂。

发明内容

本发明旨在提供一种奥氏体不锈钢金相腐蚀剂及其制备方法和应用。本发明制得的腐蚀剂具有腐蚀效果良好、稳定性强、检测效率高、安全性高等的特点，能够方面清晰的显示奥氏体晶界和σ相、M23C6等有害老化析出相，可用于(超)临界锅炉用奥氏体不锈钢管现场组织评定，所能检测的奥氏体不锈钢管材质包含但不限于S30432、TP347H、HR3C等，避免了割管检验，大幅节约火电厂检修工期和成本。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种奥氏体不锈钢金相腐蚀剂，包括以下重量份计的组分：三氯化铁1～2份、过硫酸盐1～3份、酸试剂5～15份、溶剂80～120份。

优选地，所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂，包括以下重量份计的组分：三氯化铁1份、过硫酸盐2份、酸试剂10份、溶剂100份。

优选地，所述三氯化铁为六水合氯化铁，分子式为FeCl₃·6H₂O。

优选地，所述过硫酸盐包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种。更优选地，所述过硫酸盐为过硫酸铵。

优选地，所述酸试剂包括浓盐酸、硫酸中的至少一种。更优选地，所述浓盐酸的浓度为36％～38％。

优选地，所述溶剂为过氧化氢溶液与乙醇溶液制得的混合溶液(过氧化氢乙醇溶液)。其中，过氧化氢溶液的浓度为5％～10％，乙醇溶液的纯度为99.5％以上。

优选地，所述过氧化氢溶液的体积为混合溶液总体积的40～60％。

优选地，所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂，还包括表面活性剂组分0.05～0.1份。

优选地，所述表面活性剂包括烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠中的至少一种。本发明中的表面活性剂也可以由主要成分为烷基磺酸钠和脂肪醇醚硫酸钠的洗洁精替代。

本发明还请求保护一种所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

将除酸试剂外的所有组分依次溶解于溶剂中，之后缓慢添加酸试剂，静置1小时以上，制得奥氏体不锈钢金相腐蚀剂。

本发明还请求保护一种所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂在检测奥氏体不锈钢金相组织老化情况及晶粒度中的应用。

本发明制得的腐蚀剂中含有Fe³⁺、S₂O₈ ^2-、H⁺及H₂O₂等组分，在对金相制样点侵蚀时，主要发生的是酸根腐蚀和氧化腐蚀的共同反应，体系中含有的(S₂O₈)^2-和H₂O₂具有较高的标准电极电位，使得相应的离子(分子)具有强氧化性，因此(NH₄)₂S₂O₈和H₂O₂可以将Fe、Fe²⁺氧化为Fe³⁺，为腐蚀剂提供相对稳定的Fe³⁺浓度环境，同时体系中含有的H⁺离子和H₂O₂分子可以有效抑制(S₂O₈)^2-离子的水解，从而实现在较低离子浓度下，(S₂O₈)^2-、Fe³⁺和H⁺共同作用实现金相组织的良好呈现。

另外，生产现场的金相制样点通常采用油性钻石粉末抛光膏，表面通常残留有油性污垢，本发明中采用过氧化氢乙醇溶液作为溶剂，并加入适量的表面活性剂，可以有效减小溶剂液体表面张力，避免了金相制样点冲洗不佳而造成侵蚀不均的现象，使得侵蚀更为均匀易于控制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明制得的腐蚀剂稳定，适用于现场高温密闭环境，易于操作、侵蚀时间容易控制，使用脱脂棉球蘸取试剂直接擦拭金相抛光点即可达到100％一次显示量好组织形貌的效果。同时由于所配置试剂为低浓度试剂，随侵蚀时间延长，试剂中有效成分逐渐消耗殆尽，因而不会出现过度侵蚀情况。

(2)本发明的腐蚀剂具有优良的腐蚀效果，可清晰显示出晶界、析出相，尤其是σ相(光学显微镜下呈纯白色)，在多灰尘环境中，和附于金相测点表面的灰尘颗粒有显著色差，易于分辨，检测人员很方便获取晶粒度级别及组织老化级别等关键信息。同时本发明制得的腐蚀剂酸浓度低，使用风险小，侵蚀过程中如不慎沾到皮肤，立即用水或酒精清洗即可，不会对皮肤造成损伤。

(3)本发明制得的腐蚀剂具有检测效率高的优点，使用本发明的腐蚀剂，现场检测奥氏体不锈钢金相速度效率可大幅度提高，适用于现场奥氏体不锈钢大范围老化及晶粒度普查。蘸取一个腐蚀剂棉球，可以同时进行3～5个金相制样点的侵蚀工作，且一般不会出现因腐蚀过轻或过重而导致二次返工的情况。使用本发明的腐蚀剂，每组金相检测人员平均每天(按7h有效工作时间)可检测100点以上金相，检测效率提高5倍以上。经某电厂过热器金相普查工作实际测试，两组金相检测人员使用本发明的腐蚀剂7天即完成了现场约1700点金相检测工作，发现约30％金相测点晶粒度不符合标准要求，约5.7％发生4级以上老化，为电厂争取了更多的检修施工时间。

附图说明

图1为本发明实施例1腐蚀剂检测奥氏体不锈钢轻度老化组织显示效果图。

图2为本发明实施例1腐蚀剂检测奥氏体不锈钢中度老化组织显示效果图。

图3为本发明实施例1腐蚀剂检测奥氏体不锈钢重度老化组织显示效果图。

图4为本发明实施例2腐蚀剂检测奥氏体不锈钢重度老化组织显示效果图。

图5为本发明实施例3腐蚀剂检测奥氏体不锈钢无明显老化组织显示效果图。

图6为本发明对比例1腐蚀剂检测奥氏体不锈钢轻度老化组织显示效果图。

图7为本发明对比例1腐蚀剂检测奥氏体不锈钢中度老化组织显示效果图。

图8为本发明对比例1腐蚀剂检测奥氏体不锈钢重度老化组织显示效果图。

图9为本发明对比例2腐蚀剂检测奥氏体不锈钢金相组织显示效果图。

图10为本发明对比例3腐蚀剂检测奥氏体不锈钢金相组织显示效果图。

图11为本发明对比例4腐蚀剂检测奥氏体不锈钢金相组织显示效果图。

图12为本发明对比例5腐蚀剂检测奥氏体不锈钢金相组织显示效果图。

图13为本发明对比例6腐蚀剂检测奥氏体不锈钢金相组织显示效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例、对比例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、本发明奥氏体不锈钢金相腐蚀剂及其制备方法

配方：三氯化铁1g、过硫酸铵2g、浓盐酸10ml、过氧化氢乙醇溶液100ml(过氧化氢的体积为氧化氢乙醇溶液总体积50％)。

制备方法：将三氯化铁、过硫酸铵依次充分溶于过氧化氢乙醇溶液中，之后缓慢添加浓盐酸，静止2小时。

实施例2、本发明奥氏体不锈钢金相腐蚀剂及其制备方法

配方：三氯化铁2g、过硫酸钾1g、浓盐酸5ml、过氧化氢乙醇溶液80ml(过氧化氢的体积为氧化氢乙醇溶液总体积60％)。

实施例3、本发明奥氏体不锈钢金相腐蚀剂及其制备方法

配方：三氯化铁2g、过硫酸钠3g、浓盐酸15ml、过氧化氢乙醇溶液120ml(过氧化氢的体积为氧化氢乙醇溶液总体积40％)、烷基磺酸钠0.1ml。

制备方法：将三氯化铁、过硫酸钠、烷基磺酸钠依次充分溶于过氧化氢乙醇溶液中，之后缓慢添加浓盐酸，静止2小时。

对比例1

与实施例1相比，本对比例的区别在于，选用本领域的常规腐蚀剂(DL/T884-2019)。

配方：5g三氯化铁、50ml浓盐酸、100ml水。

制备方法参考实施例1。

对比例2

与实施例1相比，本对比例的区别仅在于，未添加过硫酸铵组分。

制备方法参考实施例1。

对比例3

与实施例1相比，本对比例的区别仅在于，用等量水替换过氧化氢溶液组分。

制备方法参考实施例1。

对比例4

与实施例1相比，本对比例的区别仅在于，选用了更高浓度的腐蚀剂。

配方：3g三氯化铁、5g过硫酸铵、10ml浓盐酸、过氧化氢乙醇溶液100ml(过氧化氢的体积为氧化氢乙醇溶液总体积50％)。

制备方法参考实施例1。

对比例5

与实施例1相比，本对比例的区别仅在于，用等量的硫酸铜替换三氯化铁。

制备方法参考实施例1。

对比例6

与实施例1相比，本对比例的区别仅在于，用等量的高锰酸钾替换过硫酸铵。

制备方法参考实施例1。

试验例一、腐蚀效果测试

将实施例1～3、对比例1～6制得的腐蚀剂进行腐蚀效果测试。

测试方法：

S1、侵蚀前表面处理，现场采用油性钻石粉末抛光膏+机械抛光方式，抛光膏粒度在2.5～5.0μm范围；

S2、在金相检测点抛光后，采用挤压后的酒精棉球擦拭去除表面油污；

S3、使用脱脂棉球蘸取配置好的腐蚀剂擦拭金相制样点，以约3秒可以观察到抛光面变色为宜，侵蚀至检测表面为均匀灰色，总侵蚀时间在10～30秒；

S4、侵蚀完成后，使用酒精喷洒侵蚀表面，采用挤压后的酒精棉球擦拭去除表面残留酒精及灰尘；

S5、使用现场金相检测设备，进行金相检测。

实验结果如表1以及附图1～13所示。

表1

从表1以及附图1～13可以得知，本发明实施例制得的腐蚀具有良好的腐蚀效果，且晶界清晰，在光学显微镜下，组织中常见的老化σ相、M23C6析出相均呈纯白色，辨识度高，检测人员可以依据组织图片很方便获取晶粒度级别及组织老化级别等关键信息。

对比例1中选用本领域常规的腐蚀剂进行腐蚀，对中度以上老化试样可以清晰显示黑色块状σ相，可以辨识晶内析出第二相，但晶界显示效果不佳；对比例2缺少过硫酸铵、对比例3中用等量水替换过氧化氢溶液、对比例5用等量的硫酸铜替换三氯化铁、对比例6用等量高锰酸钾替换过硫酸铵，其制得的腐蚀剂所具有的金相腐蚀效果均差于实施例；对比例4使用了较高浓度腐蚀剂，可以显示白色块状σ相，但晶界、晶内显示效果不佳。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种奥氏体不锈钢金相腐蚀剂，其特征在于，包括以下重量份计的组分：三氯化铁1～2份、过硫酸盐1～3份、酸试剂5～15份、溶剂80～120份。

2.如权利要求1所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂，其特征在于，包括以下重量份计的组分：三氯化铁1份、过硫酸盐2份、酸试剂10份、溶剂100份。

3.如权利要求1或2所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂，其特征在于，所述过硫酸盐包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的至少一种。

4.如权利要求1或2所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂，其特征在于，所述酸试剂包括浓盐酸、硫酸中的至少一种。

5.如权利要求1或2所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂，其特征在于，所述溶剂为过氧化氢溶液与乙醇溶液制得的混合溶液。

6.如权利要求5所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂，其特征在于，所述过氧化氢溶液的体积为混合溶液总体积的40～60％。

7.如权利要求1或2所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂，其特征在于，还包括表面活性剂组分0.05～0.1份。

8.如权利要求7所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂，其特征在于，所述表面活性剂包括烷基磺酸钠、脂肪醇醚硫酸钠中的至少一种。

9.一种如权利要求1～8任一所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将除酸试剂外的所有组分依次溶解于溶剂中，之后添加酸试剂，静置1小时以上，制得奥氏体不锈钢金相腐蚀剂。

10.一种如权利要求1～8任一所述奥氏体不锈钢金相腐蚀剂在检测奥氏体不锈钢金相组织老化情况及晶粒度中的应用。