专利名称：一种高强高韧Fe-Mn-C系孪晶诱发塑性钢的电解腐蚀方法
技术领域：
本发明属于高强高韧钢的表面处理领域，并涉及一种高强高韧Fe-Mn-C系孪晶诱 发塑性钢的电解腐蚀方法。
背景技术：
出于成本、能源、安全、环境等方面的考虑，汽车轻量化是现代汽车产业的发展方 向。追求高强度、高塑性成为未来汽车用钢的设计和研究的一种趋势。近年来，世界各主要 钢铁企业和研究部门开展了集中攻关，开发出一系列高强高韧的汽车用钢，如双相钢、相变 诱导塑性钢和孪晶诱发塑性钢(TWIP钢)，其中TWIP钢的综合性能为最佳，其强塑积通常在 50000MPa% 以上。TffIP钢主要包括Fe-Mn-Si-Al、Fe-Mn-C, Fe-Mn-Al-C等成分体系，但采用含量较 高的Al和Si的Fe-Mn-Si-Al系和Fe-Mn-Al-C系TWIP钢板因浇铸和表面质量问题已被证 明很难用于大规模的工业生产，仅适用于科学研究。而Fe-Mn-C系相对较容易的熔炼浇铸， 因此最具产业化和工业应用前景，是TWIP钢研究的热点和重点。在TWIP钢的研究领域中，常需要对TWIP钢形变前组织形貌、晶界特征、织构等进 行观测，而TWIP钢因初始硬度低、易加工硬化等特点，机械抛光和腐蚀后通常会留有划痕 和抛光变形所导致的扰动层、形变孪晶等附加表面变形，从而影响了微观组织观察和实验 数据的准确性和稳定性。电解腐蚀是另一种常用的合金表面制备手段，目前，TWIP钢在该领域的研究较少， 相关报道和专利中，仅见苏钰等(CN101701353A)提供了一种针对热轧Fe_(25% 33% ) Mn-(2% 4% )Α1-(2. 3 2. 55% ) Si系TWIP钢的电解抛光方法。发明人尝试使用该方 法类似地制备Fe-Mn-C系TWIP钢，发现几乎无法获得正常的金相组织。其原因可能在于两 种钢虽然同属于TWIP钢，然两种钢合金成分的巨大差异显著地改变了电化学性能。考虑到 Fe-Mn-Al-Si体系TWIP钢已被证明难以产业化而Fe-Mn-C系TWIP钢具有良好的工业化前 景，有必要开发一种显像性能好、简单易行、可推广实用的Fe-Mn-C系TWIP钢的电解腐蚀方 法，为TWIP钢的科学研究和产业发展提供必要的推力。
发明内容
本发明目的在于提供一种Fe-Mn-C系TWIP钢的电解腐蚀方法，用该方法所制 Fe-Mn-C系TWIP钢的电解腐蚀组织中可以清晰看到奥氏体晶粒以及退火孪晶，不存在划痕 和抛光变形所导致的扰动层、形变孪晶等附加表面变形，图片细节突出，效果良好，简单实 用，易于推广，可满足实验室和企业对不同尺寸Fe-Mn-C系TWIP钢的金相、晶界类型分析、 应力测试、织构测算等要求。本发明通过如下步骤实现TWIP钢的化学组分(以重量计)为0. 2 0. 7% C， 17 24% Mn，其余为Fe和熔炼过程中不可避免的杂质。第一步，调配腐蚀电解液，按体积分数(10 %高氯酸、80% 90%冰醋酸和0
310%丙三醇)量取高氯酸、冰醋酸和丙三醇，注入电解槽并搅拌均勻；第二步，将TWIP钢试样与电解腐蚀仪阳极连接，与电解腐蚀仪阴极共置于电解液 中，保持阴阳极距离1 5cm，施加工作电压为30 45V，电流密度为0. 5 1. 5A/cm2,并用 搅拌器勻速搅拌电解液；腐蚀液温度为10 50°C，腐蚀时间为30 120s。第三步，结束后取出试样，立即置于蒸馏水中超声清洗IOs以去除残余电解液，再 用无水乙醇漂洗后冷风吹干，即得电解腐蚀好的试样。
本发明具有的有益效果1、经本发明所得Fe-Mn-C系TWIP钢显微组织中不存在划痕和抛光变形所导致的 扰动层、形变孪晶等附加表面变形。2、经本发明所得Fe-Mn-C系TWIP钢腐蚀组织清晰，细节突出，有利于对TWIP钢组 织特征的观察。3、由于电解腐蚀的电流与试样工作面积成正比，本发明所得电解腐蚀方法重演性 好，所得参数可满足各种场合对不同尺寸Fe-Mn-C系TWIP钢的金相、应力测试、织构测算、 晶界类型分析等要求。4、电解腐蚀与电解抛光的原理上相通，因此本发明所得电解腐蚀方法对Fe-Mn-C 系TWIP钢工业生产中镀锌前的电解抛光方法具有指导意义。
图1采用本发明电解腐蚀制备的金相组织照片图2采用常规金相制备方法制备的金相组织照片图3采用本发明电解腐蚀制备的金相组织照片图4采用本发明电解腐蚀制备的金相组织照片
具体实施例方式实施例1 TffIP钢成分(以重量计)0· 7% C，17% Mn，其余为Fe和熔炼过程中不可避免的杂质。实验方法第一步，调配腐蚀电解液，按体积分数(10%高氯酸、80%冰醋酸、10% 丙三醇)量取高氯酸、冰醋酸和丙三醇，注入电解槽并搅拌均勻；第二步，将TWIP钢试样与 电解腐蚀仪阳极连接，与电解腐蚀仪阴极共置于电解液中，保持阴阳极距离5cm，施加工作 电压为30V，电流密度为0. 5A/cm2，并用搅拌器勻速搅拌电解液；腐蚀时间为120s，结束后 取出试样，立即置于蒸馏水中超声清洗IOs以去除残余电解液，再用无水乙醇漂洗后冷风 吹干，即得电解腐蚀好的试样。成果电解抛光后组织金相照片如图1所示。如图可见，电解腐蚀组织中可以清晰 看到奥氏体晶粒以及退火孪晶。不存在划痕和抛光变形所导致的扰动层、形变孪晶等附加 表面变形。图片细节突出，效果良好。作为对比，图2显示了同样的合金经过常规的金相制 备方法(砂纸磨平，抛光，5%硝酸酒精浸蚀)所得金相组织，可以发现图片中存在大量的由 于水渍造成的黑点。虽然也能观察到一些退火孪晶特征，但由于砂纸磨平及抛光时在表面 产生了形变层，使得晶界难以清晰腐蚀出，整个图像显得较为模糊。
实施例2
TffIP钢成分(以重量计)0. 2% C, 24% Mn，其余为Fe和熔炼过程中不可避免的 杂质。实验方法第一步，调配腐蚀电解液，按体积分数(10%高氯酸、90%冰醋酸)量取 高氯酸和冰醋酸，注入电解槽并搅拌均勻；第二步，将TWIP钢试样与电解腐蚀仪阳极连接， 与电解腐蚀仪阴极共置于电解液中，保持阴阳极距离lcrn，施加工作电压为45V，电流密度 为1. 5A/cm2,并用搅拌器勻速搅拌电解液；腐蚀时间为30s，结束后取出试样，立即置于蒸 馏水中超声清洗IOs以去除残余电解液，再用无水乙醇漂洗后冷风吹干，即得电解腐蚀好 的试样。成果电解抛光后组织金相照片如图3所示。如图可见，电解腐蚀组织中可以清晰 看到奥氏体晶粒以及退火孪晶。不存在划痕和抛光变形所导致的扰动层、形变孪晶等附加 表面变形。图片细节突出，效果良好。实施例3 TWIP钢成分(以重量计)0. 45% C，21% Mn，其余为Fe和熔炼过程中不可避免的 杂质。实验方法第一步，调配腐蚀电解液，按体积分数(10%高氯酸、85%冰醋酸和5% 丙三醇)量取高氯酸、冰醋酸个丙三醇，注入电解槽并搅拌均勻；第二步，将TWIP钢试样与 电解腐蚀仪阳极连接，与电解腐蚀仪阴极共置于电解液中，保持阴阳极距离3cm，施加工作 电压为37V，电流密度为lA/cm2，并用搅拌器勻速搅拌电解液；腐蚀时间为85s，结束后取出 试样，立即置于蒸馏水中超声清洗IOs以去除残余电解液，再用无水乙醇漂洗后冷风吹干， 即得电解腐蚀好的试样。成果电解抛光后组织金相照片如图4所示。如图可见，电解腐蚀组织中可以清晰 看到奥氏体晶粒以及退火孪晶，不存在划痕和抛光变形所导致的扰动层、形变孪晶等附加 表面变形。图片细节突出，效果良好。上述具体实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制。在本发明的精 神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变都落入本发明的保护范围。
权利要求
一种高强高韧Fe Mn C系孪晶诱发塑性(TWIP)钢的电解腐蚀方法，其特征在于钢的化学组分(以重量计)为0.2～0.7％C，17～24％Mn，其余为Fe和熔炼过程中不可避免的杂质。方法实施过程为第一步，调配电解腐蚀液，按体积分数(10％高氯酸、80％～90％冰醋酸和0～10％丙三醇)量取高氯酸、冰醋酸和丙三醇，注入电解槽并搅拌均匀；第二步，将TWIP钢试样与电解腐蚀仪阳极连接，与电解腐蚀仪阴极共置于槽内电解液中，保持阴阳极距离1～5cm，施加工作电压为30～45V，电流密度为0.5～1.5A/cm2，并开动搅拌器匀速搅拌电解液，腐蚀液温度为10～50℃，腐蚀时间为30～120s；第三步，结束后取出试样，立即置于蒸馏水中超声清洗10s以去除残余电解液，用无水乙醇漂洗后冷风吹干，即得电解腐蚀好的试样。
2.如权利要求1所述的高强高韧Fe-Mn-C系TWIP钢的电解腐蚀方法，其特征在于电 解腐蚀液为10%高氯酸、80% 90%冰醋酸和0 10%丙三醇(以体积计)混合溶液，工作 电压为30 45V，电流密度为0. 5 1. 5A/cm2，腐蚀时间为30 120s，腐蚀液温度为10 50°C，阴阳极距离1 5cm。
3.如权利要求1所述的高强高韧Fe-Mn-C系TWIP钢的电解腐蚀方法，其特征在于电 解腐蚀TWIP钢的化学组分(以重量计)为0. 2 0. 7% C，17 24% Mn，其余为Fe和熔炼 过程中不可避免的杂质。
4.如权利要求1所述的高强高韧Fe-Mn-C系TWIP钢的电解腐蚀方法，其特征在于电 解腐蚀过程中电流密度为0. 5 1. 5A/cm2，特别优选的是0. 9 1. lA/cm2。
5.如权利要求1所述的高强高韧Fe-Mn-C系TWIP钢的电解腐蚀方法，其特征在于电 解腐蚀过程中腐蚀液温度为10 50°C，特别优选的是25 28°C。
6.如权利要求1所述的高强高韧Fe-Mn-C系TWIP钢的电解腐蚀方法，其特征在于电 解腐蚀过程中阴阳极距离1 5cm，特别优选的是3cm。
全文摘要
本发明公开了一种高强高韧Fe-Mn-C系孪晶诱发塑性(TWIP)钢的电解腐蚀方法。该钢种作为第二代TWIP钢，适用于汽车抗冲击结构件或其他领域，包含以下化学组分(以重量计)0.2～0.7％C，17～24％Mn，其余为Fe和熔炼过程中不可避免的杂质。其特征在于电解腐蚀液为10％高氯酸、80％～90％冰醋酸和0～10％丙三醇(以体积计)混合溶液，工作电压为30～45V，电流密度为0.5～1.5A/cm2，腐蚀时间为30～120s，腐蚀液温度为10～50℃，阴阳极距离1～5cm。该方法简便易行，重演性好，所制得TWIP钢表面不存在划痕和抛光变形所导致的扰动层、形变孪晶等附加表面变形，可满足对不同尺寸Fe-Mn-C系TWIP钢试样的金相、晶界类型分析、应力测试、织构测算等实验的要求。
文档编号C22C38/04GK101974777SQ20101054046
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者刘向海, 刘嘉斌, 刘薇, 舒康颖 申请人:中国计量学院