15CrMo钢和12Cr1MoV钢金相的快速检验方法

珠光体耐热钢是基体为珠光体或贝氏体组织的低合金耐热钢，目前应用最广泛的是15CrMo和12Cr1MoV珠光体耐热钢，主要用作锅炉水冷壁、过热器、再热器、省煤器等部件，是火力发电厂金相检验最常见的材质之一。

今天笔者将为大家介绍一种替代传统打磨抛光的金相检验方法，该方法能够大量缩短金相检验的时间，满足现场大量金相快速检验的要求。

试验准备

1.试验材料

15CrMo钢和12Cr1MoV钢，其化学成分如表1所示。

表1 15CrMo钢和12Cr1MoV钢的化学成分（质量分数）

2.磨抛光侵蚀剂

磨抛光侵蚀剂成分及试验参数如表2所示。

表2 磨抛光侵蚀剂成分及试验参数

金相制样方法

1.机械打磨抛光法

操作流程：角磨机打磨试样表面油漆及氧化皮→240号、400号、600号砂纸由粗到细打磨→W10、W5研磨膏机械抛光→丙酮清洁→侵蚀剂侵蚀→丙酮清洁→覆膜→留样。

图1是在现场利用机械打磨抛光法制备的15CrMo钢金相试样的显微组织形貌。机械打磨抛光制作一个金相试样需40～60min，仅磨光和抛光就需要30～40min，不能满足火电厂部件大量金相检验的要求，因此现场金相试样快速制备的关键是如何缩短磨光和抛光时间。

图1 机械打磨抛光法制备的15CrMo钢金相试样的显微组织形貌

2.磨抛光侵蚀剂法

操作流程：使用角磨机去除试样表面氧化皮和油漆，用镊子夹取脱脂棉蘸取表2所述磨抛光侵蚀剂，反复擦拭试样表面；在擦拭过程中，磨抛光侵蚀剂中H^＋和试样发生置换反应，试样表面出现大量气泡，待脱脂棉被氧化后颜色变暗后，试样表面出现钝化，磨抛光侵蚀剂与试样表面的反应逐渐变缓，此时需更换被氧化的脱脂棉，待试样表面侵蚀光亮，如图2a)所示，迅速使用大量丙酮冲洗试样表面；操作过程中需要注意，氢氟酸是一种强酸，对试样腐蚀迅速，若不及时冲洗，试样表面会出现大量腐蚀产物，如图2b)所示，应重新打磨后再进行侵蚀；待试样表面干燥后，用镊子夹取AC覆膜纸，用针管滴加丙酮将AC覆膜纸附着在覆膜区，干燥后小心揭取贴于标记好的载玻片上，以备在试验室光学显微镜下观察记录。

（a）适当腐蚀

（b）过度腐蚀

图2 磨抛光侵蚀后的15CrMo钢宏观形貌

试验结果与讨论

1.15CrMo钢试验结果

使用表2中配置的磨抛侵蚀剂擦拭15CrMo钢试样表面，在光学显微镜下观察金相显微组织，结果见图3，同机械打磨抛光法图1中15CrMo钢显微组织对比，磨抛光侵蚀剂制作的金相组织更清晰，晶界更明显。

（a）侵蚀30s

（b）侵蚀60s

图3 磨抛光侵蚀剂法制备的5CrMo钢金相试样的显微组织形貌

2.12CrMoV钢试验结果

对于服役的12CrMoV钢，利用磨抛光侵蚀剂也可快速制作金相显微组织，试验结果见图4。

（a）侵蚀30s

（b）侵蚀60s

图4 磨抛光侵蚀剂法制备的12CrMoV钢金相试样的显微组织形貌

分析与讨论

采用磨抛光侵蚀剂制备15CrMo和12Cr1MoV珠光体型耐热钢金相试样，无需使用砂纸逐步打磨和研磨膏抛光，相比机械打磨抛光法能够节约大量时间，省略多项操作工序，快速制备一个现场金相试样只需10~15min，劳动强度低，制备出的金相质量高，且可适用于形状复杂、曲率半径较小及大型工件等复杂部件。

采用磨抛光侵蚀剂进行侵蚀时，试样表面的金属原子与氢氟酸和草酸发生化学反应产生H^＋和CO₃²^－，生成大量气泡。表面划痕凸起处的金属离子向溶液聚集处扩散，微凹处金属离子的含量增加，扩散困难，不易发生溶解，正是由于这种凸凹不平区域金属离子的扩散难易导致溶解速率不同，才使钢材表面趋于光亮平整。

另外，由于磨抛光侵蚀液的腐蚀性较强，使用过程要严格把控时间，以防出现过腐蚀现象，影响显微组织观察，因此15CrMo钢和12Cr1MoV钢的最佳侵蚀时间约为60s；在试验时还应注意以下几点：此磨抛光侵蚀剂中含有易挥发的双氧水和草酸，因此在使用中应现用现配，避免长时间放置后双氧水和草酸挥发使磨抛光侵蚀剂失去效力；侵蚀剂在配置和使用过程中要使用塑料容器，防止氢氟酸与玻璃器皿发生化学反应，发导致泄漏；由于氢氟酸对皮肤有伤害，在配置和使用过程中都应佩戴耐酸碱腐蚀的手套，做好防护措施。

结论

采用由25ml蒸馏水、30ml双氧水、2ml氢氟酸和2g草酸配置的磨抛光侵蚀剂，在室温下侵蚀试样约60s，可得到显示良好的15CrMo钢和12Cr1MoV钢显微组织。

磨抛光侵蚀剂法可替代传统打磨抛光法制备金相试样，此法省时省力，适用于火电厂大批量现场金相检验工作，且能够满足不破坏工件、部件不规则和位置不佳等条件下的现场金相检验。

节选自：《理化检验—物理分册》 Vol.53 2017.11