服役5万小时后HR3C钢显微组织腐蚀液配制方法和应用与流程

本发明属于金属材料领域，涉及不锈钢的金相样品制备，尤其涉及高温长时服役后hr3c钢显微组织腐蚀液配置方法和应用。

背景技术：

环境保护的严峻形势促进了高效清洁发电机组的快速发展，作为世界上最清洁煤发电技术的超超临界机组成为目前火力发电机组的必然趋势。高温材料历来是制约发电机组发展的一个重要因素，超超临界(usc)机组较高的蒸汽温度和压力参数要求部件采用的耐热钢具有更高的高温强度、耐腐蚀性、抗蒸汽氧化性能，现已研发的新型耐热钢如tp347hfg、super304h、nf709和hr3c等满足了超临界、超超临界机组的要求。其中，hr3c钢作为适应usc机组的发展潮流而产生的一种新型25cr20ni型奥氏体耐热钢，它是在tp310钢的基础上，通过限制碳含量，复合添加铌和氮元素，利用析出细小弥散分布的析出相进行强化，使得钢材具有优异的高温综合性能、优良的抗高温蒸汽氧化及高温腐蚀性能，被广泛应用于制造超超临界锅炉高温过热器和再热器高温段管材。hr3c钢使用状态下的温度一般为620-680℃，其由日本住友公司研发，但主要应用市场在中国，目前中国已建和在建的usc锅炉中大都选用了hr3c钢管。

hr3c钢供货状态下为过饱和固溶体，在高温高压环境中服役或高温条件下时效过程中组织结构将发生变化，形成m23c6、nb(c,n)、nbcrn等析出相，导致材料强度、硬度升高，冲击韧性下降，产生显著的时效脆化等现象，同时影响着材料的耐腐蚀性能。自2006年12月我国第一台超超临界机组投入运行至今已有十余年时间，研究hr3c钢在高温高压环境下长期服役后微观组织结构变化规律，探索结构变化对性能的退化甚至劣化的影响，对确保机组的安全稳定具有重要的意义。

对于hr3c钢的金相分析，现有技术常采用草酸/水溶液(方园园，新型奥氏体耐热钢hr3c的析出相分析；王慧，hr3c钢中σ相析出动力学研究)、苦味酸/乙酸/乙醇溶液、硫酸铜/盐酸/乙醇溶液(龚嶷，石化、火电工业用换热管的腐蚀失效分析及其性能评价)、王水(张丽等，电化学动电位再活化法评价hr3c钢晶间腐蚀敏感性，腐蚀与防护，第34卷，第10期；李新梅等，epr法评价hr3c钢焊接接头的晶间腐蚀敏感性，焊接学报，第38卷，第7期；秦承鹏等，超超临界1000mw机组锅炉末级再热器爆管原因分析，热力发电，第41卷，第10期)、koh电解液等腐蚀溶液进行浸蚀，但其往往采用的都是供货状态下即经过固溶处理、未服役的新hr3c耐热钢管材，目前尚未有对高温长时服役后hr3c钢金相试样腐蚀液及金相腐蚀相关研究。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题和现状，本发明对于高温服役5万小时后的hr3c钢进行金相组织分析，提供一种腐蚀均匀、容易操作和控制的金相腐蚀溶液，同时提供了一种显示效果好的服役5万小时后hr3c钢的金相组织显示方法，以解决长时高温服役后hr3c钢金相组织显示难题。

具体的，本发明涉及以下技术方案：

首先，本发明公开了一种用于高温长时服役后hr3c钢金相组织显示的腐蚀液，腐蚀液组分含量配比为：三氯化铁4.5～4.7g，盐酸分析纯53-55ml，水100ml。

优选的实施方式中，本发明所述腐蚀液组分含量配比为：三氯化铁4.5g，盐酸分析纯53ml，水100ml。

发明人在研究中发现，对于常用的奥氏体不锈钢金相腐蚀，一般可采用王水、三氯化铁盐酸水溶液、电解液等腐蚀溶液进行浸蚀，但是对于高温服役5万小时后的hr3c钢，因组织中析出大量的析出相，基体固溶度降低，利用现有的奥氏体不锈钢腐蚀液进行浸湿时，腐蚀程度不易控制，组织腐蚀不均匀，奥氏体晶粒晶界腐蚀情况严重，或者内部组织结构显示不清晰，浸蚀后试样表面不清洁，得到的组织不理想。为获得对长时高温服役后的hr3c奥氏体钢较好的腐蚀效果，本发明在现有三氯化铁盐酸水溶液的基础上进行改良，通过摸索改变腐蚀液各组分的占比，探索出适合该状态下的溶液配比，利用该溶液通过一次性腐蚀即可清晰显示服役5万小时后hr3c钢的显微组织形貌，晶界腐蚀程度容易控制，尤其是完整的显示了晶界上链条状、大颗粒状的m23c6等析出相形态，清晰地展示了晶内颗粒状、长条状的nb(c，n)、m23c6等析出相形态细节。

具体的实施方式中，本发明所述高温长时服役后hr3c钢为服役5万小时后hr3c钢。

其次，本发明公开了一种高温长时服役后hr3c钢金相组织显示方法，包括如下步骤：

(1)制备高温长时服役后hr3c钢金相试样，待腐蚀面表面进行研磨处理；

(2)将研磨后的待腐蚀面进行抛光；

(3)蘸取配置好的腐蚀溶液，擦拭hr3c钢金相试样抛光面，至试样表面呈现灰色，然后进行清洗、干燥；腐蚀液组分含量配比为：三氯化铁4.5～4.7g，盐酸分析纯53-55ml，水100ml；

(4)将腐蚀后的试样置于光学显微镜或扫描电子显微镜下进行组织观察，即可清晰显示hr3c钢的显微组织形貌。

优选的实施方案中，步骤(1)中研磨处理的方式为：待腐蚀面表面逐次经过280#、400#、600#、800#粒度水砂纸研磨，并利用400#、600#金相砂纸进行研磨，通过该种方式针对性的对于高温长时服役后hr3c钢表面进行研磨处理，可以更为有效的处理金属试样，便于腐蚀液浸蚀和显示效果。

优选的实施例中，腐蚀液组分含量配比为：三氯化铁4.5g，盐酸分析纯53ml，水100ml。

具体的实施方式中，步骤(3)中，清洗、干燥方式为：试样表面呈现灰色后立即用流动水冲洗干净，随后在试样表面滴上无水乙醇并用电吹风吹干。

优选的，步骤(3)中实际操作时可用利用镊子夹取脱脂棉，蘸取配置好的腐蚀溶液，擦拭hr3c钢金相试样抛光面，至试样表面呈现灰色。本发明采用蘸取腐蚀溶液的方法进行浸蚀，更有利于腐蚀程度控制。

具体的，本发明腐蚀液的配置方式为：按照配比，称取三氯化铁固体，精确量取浓盐酸，均置于烧杯中，再量取水置入烧杯；搅拌促使加速溶解，待三氯化铁完全溶解后搅拌均匀，倒入封闭容器中待用。

通过上述金相组织显示方法，可以用于hr3c钢在高温高压环境下长期服役后的金相组织检验和分析，便于超超临界机组的安全检定。

本发明取得了以下有益效果：

本发明的腐蚀溶液针对服役5万小时后hr3c钢金相试样腐蚀均匀、容易操作和控制腐蚀程度，所述金相组织显示方法过程简单、操作方便，易于掌握，有效解决了长时高温服役后hr3c钢金相组织显示难题；尤其是通过本发明研制的腐蚀溶液，一次性腐蚀即可清晰显示服役5万小时后hr3c钢的显微组织形貌，晶界腐蚀程度容易控制，尤其是完整的显示了晶界上链条状、大颗粒状的m23c6等析出相形态，清晰地展示了晶内颗粒状、长条状的nb(c，n)、m23c6等析出相形态细节，腐蚀效果真实稳定，具有良好的重现性，是一种较为理想的长时高温服役后hr3c钢焊接接头组织形貌的腐蚀方法。

附图说明

图15gfecl3+50mlhcl+100mlh2o腐蚀溶液浸蚀下的hr3c钢金相试样显微组织图

图23.5gfecl3+40mlhcl+100mlh2o腐蚀溶液浸蚀下的hr3c钢金相试样显微组织图

图34gfecl3+45mlhcl+100mlh2o腐蚀溶液浸蚀下的hr3c钢金相试样显微组织图

图44.5gfecl3+47.5mlhcl+100mlh2o腐蚀溶液浸蚀下的hr3c钢金相试样显微组织图

图54.5gfecl3+50mlhcl+100mlh2o腐蚀溶液浸蚀下的hr3c钢金相试样显微组织图

图64.5gfecl3+53.5mlhcl+100mlh2o腐蚀溶液浸蚀下的hr3c钢金相试样显微组织图

图74.5gfecl3+53mlhcl+100mlh2o腐蚀溶液浸蚀下的hr3c钢金相试样显微组织图

图84.5gfecl3+80mlhcl+100mlh2o腐蚀溶液浸蚀下的hr3c钢金相试样显微组织图

图98gfecl3+32mlhcl+100mlh2o腐蚀溶液浸蚀下的hr3c钢金相试样显微组织图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。

本发明采取的组分含量为：三氯化铁4.5～4.7g，盐酸分析纯53-55ml，水100ml，实验步骤如下：

(1)按照配比，利用电子天平称取三氯化铁固体，再利用量筒精确量取浓盐酸，均置于烧杯中，再量取水置入烧杯；

(2)利用玻璃棒搅拌促使加速溶解，待三氯化铁完全溶解后搅拌均匀，倒入封闭容器中待用；

(3)制备高温长时运行后hr3c钢金相试样，逐次经过280#、400#、600#、800#粒度水砂纸研磨，并利用400#、600#金相砂纸进行研磨，然后进行抛光；

(4)利用镊子夹取脱脂棉，蘸取三氯化铁腐蚀溶液，擦拭hr3c钢金相试样抛光面，直至试样表面呈现灰色，然后立即用流动水冲洗干净，随后在试样表面滴上无水乙醇并用电吹风吹干；

(5)将腐蚀后的试样置于光学显微镜或扫描电子显微镜下进行组织观察，即可清晰显示hr3c钢的显微组织形貌。

具体试验例1：

溶液配比及腐蚀结果：

利用按照5gfecl3+50mlhcl+100mlh2o标准配比制备的三氯化铁盐酸水溶液进行腐蚀时，试样表面很快被腐蚀，腐蚀程度不容易控制，hr3c钢奥氏体晶粒晶界析出相显示完整清晰，而晶粒内部的析出相则显示不清晰(参见图1)。

为获得对长时高温服役后的hr3c奥氏体钢较好的腐蚀效果，通过摸索改变腐蚀液各组分的占比，探索出适合该状态下的溶液配比，具体参见表1，其腐蚀后的显微组织图如图1-图9所示。

其中，本发明中最优的腐蚀溶液配比为4.5gfecl3+53mlhcl+100mlh2o，利用该溶液获得了细节最清晰完整、腐蚀效果较好的显微组织图，参见图7。

表1溶液配比及腐蚀结果