多相组织高级别管线钢原始奥氏体晶界腐蚀剂及使用方法与流程

本发明涉及金相检验分析技术技术领域，特别是涉及多相组织高级别管线钢原始奥氏体晶界腐蚀剂及使用方法。

背景技术：

管线钢在国家能源输送中起着举足轻重的作用，我国管线钢管线的蓬勃发展主要经历过三个阶段：第一阶段时间大概为1980-2000年，第一代管线钢，管线钢组织以珠光体-铁素体，主要为X52-X65为代表的普通级别管线钢，主要应用于陕京一线建设；2000年-2011年，管线钢以针状铁素体为主，主要以X70/X80管线钢为主，大规模应用到西气东输一线、二线工程建设，2011-至今，开发多相组织管线钢，即第三代管线钢，这类管线钢通过对管线钢组织及软硬相的精确控制开发出具有一定比例软硬相的多相组织X80、X90、X100级别管线钢。第一代、第二代管线钢金相组织主要以珠光体和铁素体为主；而第三代管线钢组织为细小的多相组织，包括准多边形铁素体、针状铁素体、粒状/板条贝氏体、M-A岛甚至马氏体，各组织交错缠结，协同作用，使钢材具有很好的强韧性匹配。

钢的奥氏体晶粒度对钢的强韧性具有重要影响，对于钢铁材料中组织的转变规律和金相组织的细化具有重要作用，也对钢板轧制冷却工艺的控制乃至钢板最终的性能具有不可低估的参考意义，因此，原始奥氏体晶粒尺寸的腐蚀及检测对钢板的生产特别是工艺控制窗口窄的管线钢更是意义重大。原始奥氏体晶界能否被清晰的腐蚀显示，取决于试样的化学成分、组织状态和腐蚀试剂的选择是否合理等因素，第一第二代管线钢组织比较单一，比较容易腐蚀出原始奥氏体晶界，但对多相组织高级别管线钢，即X80-X100第三代管线钢，由于钢板多采用超低碳成分，且位错密度高，组织混杂且细化缠结，按照常规方法很难腐蚀出原始奥氏体晶界，因此，迫切需要在常规腐蚀试剂和方法上进行创新，来专门针对此类管线钢奥氏体原始奥氏体晶界进行腐蚀监测。

由于奥氏体晶粒尺寸腐蚀及监测在钢铁行业中的重要意义，国内外也有很多专利对其进行了深入研究，其中包括：

1）中国专利，公开号:CN 103163004 A，发明涉及一种中碳微合金钢高温形变条件下奥氏体晶界显示的方法。属于物理检测技术领域。步骤为：试样制备：高温变形后立即淬火，经粗磨、细磨、抛光，将抛光好的试样放入45℃的腐蚀剂中，腐蚀剂配方为：自来水60ml、苦味酸1.2~1.6g，洗发膏0.4~0.5g，二甲苯0.04~0.06ml，盐酸0.08~0.12ml，氢氟酸0.06~0.1ml，氯化铜8~10mg；腐蚀1~2min后，待试样表面变暗时取出，用酒精洗净，吹干；在显微镜下就可观察到较为清晰的原始奥氏体晶粒。此发明的优点在于解决了中碳微合金钢高温形变条件下无法清晰显示其奥氏体晶粒的问题，此发明实施简单、操作方便。

2）中国专利，公开号:CN 103411814 A，发明涉及一种快速显示含Cr 马氏体时效钢原始奥氏体晶粒的方法，其特征是：包括如下步骤：a. 制备试样：将时效态试样研磨、抛光；b. 配置腐蚀剂：取蒸馏水放到器皿中，然后向蒸馏水倒入盐酸、硝酸，并用玻璃棒搅拌，静置；所述盐酸的质量百分比为36%，用量10ml，硝酸的重量百分比为68%，用量1 ～ 2ml，蒸馏水用量10ml ；c. 试样腐蚀：在器皿底部放入脱脂棉，将抛光的试样放到腐蚀剂中腐蚀，试样浸蚀面朝下，浸蚀时间20～30s，待试样抛光面变成灰色时取出，洗净、吹干，在显微镜下观察奥氏体晶粒。其优点是：不需要加热，在常温下即可进行；操作简单，腐蚀时间短；有较好的重现性。

3）中国专利，公开号:CN 104374627 A，发明公开了一种超低钢原始奥氏体晶界的腐蚀液及腐蚀方法，按照体积份数计，组分包括19～21 份饱和苦味酸、1.8～ 2.2份洗涤剂、0.8～1.2 份盐酸，所述盐酸浓度为37％，所述洗涤剂为洗洁精。超低钢原始奥氏体晶界的腐蚀液的腐蚀方法，包括将超低碳钢进行切割取样并进行金相研磨抛光；将抛光好的超低碳钢浸泡在腐蚀液中腐蚀； 腐蚀结束后用饱和草酸溶液擦洗，并吹干；吹干后通过金相显微镜观察，得到原始奥氏体组织图；浸泡时间为180～220秒。本发明不仅节省时间和试剂，还可以得到清晰的原始奥氏体晶界。

4）中国专利，授权公告号:CN 101995349 B，发明提供一种高钢级管线钢金相组织的腐蚀剂及显示方法，腐蚀剂组成：1～10g纯度≥99.8％的分析纯苦味酸、100ml去离子水、0.1～2ml浓度为10％的稀盐酸、5～25ml 洗洁精。显示方法：1)腐蚀剂的配制：将1～10g 分析纯苦味酸溶入100ml去离子水中，搅拌均匀后滴入5～25ml洗洁精，再加入0.1～2ml稀盐酸，搅拌均匀；2)加工试样：将试样抛光后，在硝酸酒精溶液中腐蚀0.5～5秒后用清水流冲，如此重复2～5次；3)腐蚀试样：将腐蚀剂加热到50～100℃保持恒温，将试样浸入腐蚀剂60～600秒，并不断用棉花擦拭试样表面。采用本发明能使高钢级管线钢的组织既显示出各种铁素体组织又显示出原始奥氏体晶界。

以上专利文献均涉及钢板原始奥氏体晶粒尺寸腐蚀。其中1）针对中碳钢变形条件下的奥氏体晶界显示方法，在加热条件下腐蚀时间在1-2min；2）仅针对马氏体时效钢的晶界腐蚀，并不适合多相组织管线钢的晶界腐蚀；3）针对的是一种超低碳原始奥氏体晶界的腐蚀，但腐蚀时间达到180-220S，也没有考虑加入四氯化碳试剂、氯化钠和试样制备消除变形、中间侵蚀对原始奥氏体晶界腐蚀的影响，重现性不高；4）针对一种高钢级管线钢金相组织的腐蚀剂及腐蚀方法，需要在50-100℃的恒温温度下腐蚀，容易引起试剂中盐酸、苦味酸的挥发，试剂容易时效，操作人员不易长时间进行试验也易中毒，实际操作性不强。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对上述存在的缺陷为第三代多相组织高级别管线钢提供一种方法便捷、试剂简单易行、灵活可控、重现性强的原始奥氏体晶界腐蚀剂及多相组织高钢级管线钢奥氏体晶界快速显示方法，以对高级别管线钢的研发和生产提供技术支撑。

本发明的多相组织高级别管线钢原始奥氏体晶界腐蚀剂及使用方法技术方案为，一种多相组织高级别管线钢原始奥氏体晶界腐蚀剂，包括主腐蚀剂和辅助腐蚀剂，主腐蚀剂由以下成分组成：海鸥牌洗涤剂（中轻海鸥洗涤剂用品有限公司生产的海鸥洗涤剂）、四氯化碳、饱和苦味酸溶液、氯化钠、体积浓度为30%的盐酸溶液、体积浓度为75%的乙醇溶液；

辅助腐蚀剂为体积浓度3-6%的硝酸酒精。

所述的多相组织高级别管线钢原始奥氏体晶界腐蚀剂，主腐蚀剂由以下成分组成：

海鸥牌洗涤剂8-12ml、四氯化碳4-8ml、饱和苦味酸溶液40-50ml、氯化钠0.2-0.5g、体积浓度为30%的盐酸溶液1-2ml、体积浓度为75%的乙醇溶液10ml。

所述的多相组织高级别管线钢原始奥氏体晶界腐蚀剂，配制方法如下：

A.辅助腐蚀剂：用量杯量取硝酸40mm,用引流棒缓慢加入960毫升无水酒精中，静置，摇匀，待用。

B. 主腐蚀剂：

（1）取自来水40-50mm，边搅拌边加入固态苦味酸，直至苦味酸不再溶解为止；

（2）将8-12ml海鸥牌洗涤剂，加入4-8ml四氯化碳中，搅拌均匀，再加入40-50mm步骤（1）配好的饱和苦味酸溶液和0.2-0.5g氯化钠颗粒，最后加入1-2ml体积浓度为30%盐酸和10ml乙醇溶液（体积浓度75%）搅拌均匀，盐酸加入频率按照1次/5min，得到多相组织高级别管线钢原始奥氏体晶界腐蚀剂。

所述的多相组织高级别管线钢原始奥氏体晶界腐蚀剂的使用方法，将多相组织高级别管线钢原始奥氏体晶界腐蚀剂配制好后，将抛光后的试样放入主腐蚀剂在室温侵蚀5-10s，待试样表面变暗并有一层类似网膜状物产生时，立即停止腐蚀并取出试样用脱脂棉擦净试样表面，再用吹风机快速吹干，在显微镜下可观察到清晰的原始奥氏体晶界，抛光过程中采用辅助腐蚀剂浸蚀。

试样状态是经过TMCP轧制状态的高级别管线钢试样，先将试样表面的氧化皮磨掉，然后将试样腐蚀面按照程序依次进行100#、200#、300#、600#、800#、1000#自动精磨，然后进行抛光。

抛光时抛光剂采用1.5um 金刚石抛光膏，用循环水作润滑剂；将抛光后的试样取下再用清水在丝织物上手工轻抛1min以上，直至抛光后试样抛光面对着光照倾斜45°角观察不到明显划痕为止。

在在抛光过程中采用1～2次辅助腐蚀剂浸蚀消除或减轻变形层的影响，且在抛光完之后，试样用酒精清洗并用高压氩气吹干，避免在试样表面形成斑点或圆环。

所述的多相组织高级别管线钢原始奥氏体晶界腐蚀剂及其使用方法，适用的多相组织高级别管线钢板各成分含量为：C：0.04~0.06wt%，Si：0.20~0.35wt%，Mn：1.70~1.95wt%，并含有Nb、Ni、Cr、V、Mo合金元素，其中Nb+V+Ti≤0.15%，Cr≤0.50%，Mo≤0.15%，控轧控冷工艺得到。

本发明的有益效果为：

采用本发明多相组织高级别管线钢原始奥氏体晶界腐蚀剂及其使用方法能排除各种混合组织的干扰，清晰得到清晰的原始奥氏体晶界。分析如下：首先，多相组织管线钢试样经过TMCP工艺轧制，并经过砂轮打磨后，引起变形特别是试样表面变形严重，造成组织失真，虽然经过机械和人工抛光，但尚不足以消除表面应力。本发明通过1-2次中间液（4%硝酸酒精）侵蚀并配合机械、人工抛光基本消除变形层的干扰。本发明采用饱和苦味酸、四氯化碳和盐酸显示奥氏体晶界，但容易使基体组织产生其它干扰组织，添加一定量的海鸥牌洗涤剂和氯化钠可以抑制其它干扰组织的形成，另外添加盐酸还可以一定程度上延长四氯化碳的腐蚀时效时间。腐蚀可在常温下操作并快速生效，环保安全也更利于该试剂及方法的广泛推广，腐蚀时间短也利用试样的批量腐蚀。试剂各组分加入量范围较宽，也利用操作人员配制。

本发明腐蚀剂配制便捷，不需要加热，在常温下即可进行；操作简单，腐蚀时间短；有较好的重现性，适合多相组织管线钢的批量化腐蚀。

通过上述试剂配比、试样制备和侵蚀方法，可以清晰地显示出多相组织高钢级管线钢奥氏体晶界，迅速得到一组晶界完整清晰、干净的原始奥氏体晶粒照片，突破了难以得到多相细化管线钢原始奥氏体组织的难题，为生产企业研究该类钢变形过程中工艺参数对组织演变的影响提供重要的理论依据，对生产高级别管线钢合理控制工艺参数和保证产品性能均可起到重要作用，也为其它超低碳微合金钢的原始奥氏体晶界的腐蚀提供经验。

说明书附图：

图1所示为本发明实施例1得到的X80管线钢原始奥氏体晶界；

图2所示为本发明实施例2得到的X90管线钢原始奥氏体晶界；

图3所示为本发明实施例3得到的X100管线钢原始奥氏体晶界。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。

实施例１

多相组织高级别X80管线钢由以下质量百分比的组分制备而成：C：0.04%，Si：0.20%，Mn：1.72%， Nb：0.05%，Mo:0.20%，Cu:0.20%，Ni:0.20%，Ti：0.018%，Al：0.01%，。

1) 试样制备工序：试样状态是经过TMCP轧制状态的高级别管线钢试样，先将试样表面的氧化皮在砂轮机上磨掉，然后将试样牢固安装在Tegrapol-35自动研磨抛机磨头上，将腐蚀面按照程序依次进行100#、200#、300#、600#、800#、1000#自动精磨，然后进行抛光；抛光剂采用1.5um 金刚石抛光膏，用循环水作润滑剂；将自动抛光后的试样取下再用清水在丝织物上手工轻抛1min，直至抛光后试样抛光面对着光照倾斜45°角观察不到明显划痕为止。

2) 抛光工序：在抛光过程中采用1次辅助腐蚀剂轻度浸蚀消除或减轻变形层的影响。且在抛光完之后，试样细心地用酒精清洗并用高压氩气吹干，辅助腐蚀剂选择体积浓度6%的硝酸酒精溶液。

3) 腐蚀剂配制及侵蚀工序：首先用量筒量取自来水40mm，边搅拌边加入固态苦味酸，直至苦味酸不再溶解为止；在另外一个容器中将海鸥牌洗涤剂加入四氯化碳中，搅拌均匀，再加入配好的饱和苦味酸溶液和氯化钠颗粒，最后加入盐酸和乙醇溶液搅拌均匀，盐酸加入频率按照1次/5min，溶液配制好后，将试样在室温侵蚀5s，待试样表面变暗并有一层类似网膜状物产生时，立即停止腐蚀并取出试样用脱脂棉擦拭表面残余的酒精擦净试样表面，再用吹风机快速吹干，在显微镜下可观察到清晰的原始奥氏体晶界。

5.主腐蚀剂由以下成分组成：海鸥牌洗涤剂（中轻海鸥洗涤剂用品有限公司生产的海鸥洗涤剂）约8ml、四氯化碳4ml，饱和苦味酸溶液40ml，氯化钠0.2g，体积浓度为30%的盐酸溶液1ml（频次1次/5min），体积分数为75%的乙醇溶液10ml。

按照上述配比和试验方法得到如说明书附图图1所示的奥氏体晶界。

实施例2

多相组织高级别X90管线钢由以下质量百分比的组分制备而成：C：0.05%，Si：0.25%，Mn：1.72%， Nb：0.06%，Mo:0.26%，Cu:0.21%，Ni:0.20%，Ti：0.020%，Al：0.02%，。

1) 试样制备工序：试样状态是经过TMCP轧制状态的高级别管线钢试样，先将试样表面的氧化皮在砂轮机上磨掉，然后将试样牢固安装在Tegrapol-35自动研磨抛机磨头上，将腐蚀面按照程序依次进行100#、200#、300#、600#、800#、1000#自动精磨，然后进行抛光；抛光剂采用1.5um 金刚石抛光膏，用循环水作润滑剂；将自动抛光后的试样取下再用清水在丝织物上手工轻抛2min，直至抛光后试样抛光面对着光照倾斜45°角观察不到明显划痕为止。

2) 抛光工序：在抛光过程中采用2次辅助腐蚀剂轻度浸蚀消除或减轻变形层的影响。且在抛光完之后，试样细心地用酒精清洗并用高压氩气吹干，辅助腐蚀剂选择体积浓度4%的硝酸酒精溶液。

3) 腐蚀剂配制及侵蚀工序：首先用量筒量取自来水50mm，边搅拌边加入固态苦味酸，直至苦味酸不再溶解为止；在另外一个容器中将海鸥牌洗涤剂加入四氯化碳中，搅拌均匀，再加入配好的饱和苦味酸溶液和氯化钠颗粒，最后加入盐酸和乙醇溶液搅拌均匀，盐酸加入频率按照1次/5min，溶液配制好后，将试样在室温侵蚀10s，待试样表面变暗并有一层类似网膜状物产生时，立即停止腐蚀并取出试样用脱脂棉擦拭表面残余的酒精擦净试样表面，再用吹风机快速吹干，在显微镜下可观察到清晰的原始奥氏体晶界。

5. 主腐蚀剂由以下成分组成：海鸥牌洗涤剂（中轻海鸥洗涤剂用品有限公司生产的海鸥洗涤剂）约12ml、四氯化碳8ml，饱和苦味酸溶液50ml，氯化钠0.5g，体积浓度为30%的盐酸溶液1ml（频次1次/5min），体积分数为75%的乙醇溶液10ml。

按照上述配比和试验方法得到如图2所示的奥氏体晶界。

实施例3

本实施例的高级别X100管线钢由以下质量百分比的组分制备而成：C：0.06%，Si：0.35%，Mn：1.95%， Nb：0.08%，Mo:0.20%，Cu:0.21%，Ni:0.22%，Ti：0.018%，V:0.02%，Al：0.02%。

1) 试样制备工序：试样状态是经过TMCP轧制状态的高级别管线钢试样，先将试样表面的氧化皮在砂轮机上磨掉，然后将试样牢固安装在Tegrapol-35自动研磨抛机磨头上，将腐蚀面按照程序依次进行100#、200#、300#、600#、800#、1000#自动精磨，然后进行抛光；抛光剂采用1.5um 金刚石抛光膏，用循环水作润滑剂；将自动抛光后的试样取下再用清水在丝织物上手工轻抛1.5min，直至抛光后试样抛光面对着光照倾斜45°角观察不到明显划痕为止。

2) 抛光工序：在抛光过程中采用1次辅助腐蚀剂轻度浸蚀消除或减轻变形层的影响。且在抛光完之后，试样细心地用酒精清洗并用高压氩气吹干，辅助腐蚀剂选择体积浓度4%的硝酸酒精溶液。

3) 腐蚀剂配制及侵蚀工序：首先用量筒量取自来水45mm，边搅拌边加入固态苦味酸，直至苦味酸不再溶解为止；在另外一个容器中将海鸥牌洗涤剂加入四氯化碳中，搅拌均匀，再加入配好的饱和苦味酸溶液和氯化钠颗粒，最后加入盐酸和乙醇溶液搅拌均匀，盐酸加入频率按照1次/5min，溶液配制好后，将试样在室温侵蚀5s，待试样表面变暗并有一层类似网膜状物产生时，立即停止腐蚀并取出试样用脱脂棉擦拭表面残余的酒精擦净试样表面，再用吹风机快速吹干，在显微镜下可观察到清晰的原始奥氏体晶界。

5. 腐蚀剂配方为：海鸥牌洗涤剂（中轻海鸥洗涤剂用品有限公司生产的海鸥洗涤剂）约10ml、四氯化碳6ml，饱和苦味酸溶液45ml，氯化钠0.3g，体积浓度为30%的盐酸溶液1.5ml（频次1次/5min），体积分数为75%的乙醇溶液10ml。

按照上述配比和试验方法得到如说明书附图图3所示的奥氏体晶界。