鋼材為什麼用硝酸酒精腐蝕

① 不銹鋼為什麼不易生銹

1，不銹鋼不是不會生銹，也同樣會在表面生成一種氧化物。目前市面上所有的不銹鋼的不銹機理都是因為存在Cr元素。不銹鋼耐蝕的根本原因（機理）是鈍化膜理論。所謂鈍化膜就是在不銹鋼的表面有一層以Cr2O3為主的薄膜。由於這個薄膜的存在使不銹鋼基體在各種介質中的腐蝕受阻，這種現象稱為鈍化。這種鈍化膜的形成有兩種情況，一種是不銹鋼本身就有自鈍化的能力，這種自鈍化能力隨鉻含量的增加而加快，因此它才具有了抗銹性；另一種較廣泛的形成條件是不銹鋼在各種水溶液（電解質）中，在被腐蝕的過程中形成鈍化膜而使腐蝕受阻。當鈍化膜被損壞後，立即又可形成新的鈍化膜。不銹鋼鈍化膜之所以具有抵抗腐蝕的能力，有三個特點：一是這個鈍化膜厚度極薄，在鉻含量>10.5%的條件下，一般只有幾個微米；二是這個鈍化膜的比重大於基體的比重；這兩個特點說明這個鈍化膜既薄又緻密，因此，這個鈍化膜很難被腐蝕介質擊穿去快速腐蝕基體；第三個特點是這個鈍化膜的鉻濃度比基體高三倍以上；因此鈍化膜有很高的耐腐蝕性。2，不銹鋼一定條件下，也是會被腐蝕的。不銹鋼的應用環境極其復雜，單純的氧化鉻鈍化膜還不能適應高耐蝕性的要求。因而根據使用條件的不同還需要在鋼中加入鉬（Mo）、銅（Cu）、氮（N）等元素，以改善鈍化膜的組成，進一步提高不銹鋼的耐蝕性。添加Mo，由於腐蝕的產品MoO2-靠近基體而強烈促進集體的鈍化，阻止了對基體的腐蝕；添加Cu使不銹鋼表面鈍化膜中含有了CuCl，因它與腐蝕介質不發生作用而提高了耐蝕性；添加N，由於鈍化膜富集了Cr2N，使鈍化膜中Cr濃度提高，因而提高了不銹鋼的耐蝕性。不銹鋼的耐蝕性是有條件的，一個牌號的不銹鋼在某一種介質中是耐腐蝕的，但在另一種介質中可能遭到破壞。同時不銹鋼的耐蝕性也是相對的，到目前為止，還沒有一種不銹鋼在所有環境中都是絕對不腐蝕的。3，敏化現象。不銹鋼因含有Cr在表面形成氧化鉻薄膜，失去化學活性，稱為鈍化狀態，但奧氏體系若經過475~850℃溫度范圍時，C會與Cr結合生成碳化鉻（Cr23C6）析出在晶體邊界，因此晶界附近的Cr含量大減，成為貧Cr區。此時，其耐腐蝕性會降低，對腐蝕環境特別敏感，故稱為敏化現象。敏化現象在氧化酸的使用環境最容易腐蝕，此外還有焊接熱影響區和熱間彎曲加工區。其防治方法有：a) 在475~850℃溫度范圍升降時，迅速通過，讓Cr沒有足夠的時間和C結合，無法析出碳化鉻。b) 對已經發生敏化現象的不銹鋼施以高溫固溶化處理，加熱至足以使碳化鉻分解的溫度（1040~1150℃），然後急速冷卻，使碳化鉻來不及析出。c) 選用低碳型不銹鋼加入304L、304LN、316L、316LN、316J1L、317L、317LN，使Cr無法與C結合。一般C含量在0.05%以下，焊接便不會產生晶界腐蝕，但須特別注意清潔，避免油污等含C物質的污染。在濃熱硝酸或含氫氧酸的混合酸中使用，C含量最好在0.03%以下。d) 選用含鈦（Ti）或鈮（Nb）的安定型不銹鋼，如316Ti、321、347、348，由於Ti、Nb與C的親和力都大於Cr，而且碳化鈦與碳化鈮的析出溫度比碳化鉻高，所以可避免碳化鉻析出。4，好了，那麼不銹鋼什麼情況下會腐蝕呢？其實不銹鋼並不是一定不生銹，只是在同一環境下比其它鋼材的腐蝕速率低很多，有時甚至可以忽略不計。

② 鋼鐵回火後，脫碳層的厚度怎麼才能從金相顯微鏡上看出來呀越詳細越好。

從工件上取一小塊試樣，打磨、拋光製成金相試樣，用百分之四的硝酸酒精腐蝕3到10秒（腐蝕時間長短具體要看材質），然後上顯微鏡觀測，因脫碳層無碳或碳含量低，鐵素體不受腐蝕而呈現白色，測量全白色區域深度為 全脫碳層 ，測量至白色鐵素體消失的深度稱為 總脫碳層 。

③ 美國SAE1045與國內45號鋼還有日標 S45C 和歐標C45E有什麼區別，主要針對他們在軋制溫度工藝卻別在哪裡

45號鋼是含碳量為0.45%的碳素結構鋼，其特點是價格便宜，切削加工性能好，淬火後具有較高的硬度，調質處理後具有良好的強韌性和一定的耐磨性，被廣泛用於製造結構零件及中低檔的塑料模具。

圖5 200X 圖6 100X

材料：45鋼

工藝情況：

圖1–2：手工電弧焊

圖3–6：手工電弧焊，焊前未予熱，焊後未作消除應力處理

浸蝕方法：4%硝酸酒精溶液浸蝕

組織說明：

圖1：上部為焊縫區，顯微組織為馬氏體、貝氏體、托氏體和少量柱狀鐵素體；下部為熱影響區的過熱形貌：馬氏體、貝氏體、托氏體和極少量鐵素體，黑色托氏體沿晶分布。

圖2：圖1過熱區更高倍率下形貌。焊縫區由液相向奧氏體(快冷、成柱狀)轉變，隨後冷卻時由柱狀奧氏體晶界上析出鐵素體把柱狀結晶的輪廓勾劃出來，然後緊鄰著鐵素體產生非自發成核的貝氏體轉變和非自發成核以及自發成核的托氏體轉變。

由於冷卻速度很快，殘余部分含碳量比先轉變區域的可淬性提高而產生馬氏體轉變。

由於母材是45鋼，它比低碳鋼有較好的可淬性，在焊後的冷卻過程中，母材熱影響區過熱區出現大量的馬氏體。馬氏體相變的產生使焊縫和熱影響區都存在很大的組織應力，很容易發生開裂。特別是在過熱區，晶粒粗大，馬氏體針很長，且沒有回火，應力更大，此處是焊縫最薄弱的區域，產生裂縫的敏感性也最大。

圖3上半部為焊縫組織：珠光體和鐵素體，先共析鐵素體沿柱狀晶晶界析出。圖的下半部為母材熱影響區的半熔化區和過熱區的組織；白亮的淬火馬氏體、黑色針狀下貝氏體和托氏體。焊縫與母材結合情況良好。

焊縫金屬凝固時，首先是在與母材連接的熔池邊緣開始結晶，由於母材溫度低，導熱性好，溫度梯度大，而結晶速度很小，所以近母材熔池的結晶是在母材晶粒上直接結晶長大的。但這時母材邊緣受焊接熱循環的影響，已被迅速加熱到高溫，出現過熱狀態，使晶粒十分粗大，焊縫從這些粗大晶粒連續長大的焊縫新結晶也十分粗大。此外，焊接時焊縫的溫度很高，也是柱狀晶容易粗大的原因。母材半熔化區一般都很小，金相法較難清晰分辨，而過熱區較寬，晶粒十分粗大，冷卻相變後馬氏體針葉也十分粗大。

一般來說，焊條含碳量比母材低，出現鐵素體的比例高，鐵素體的膨脹系數小，結晶收縮的應變應力小，同時鐵素體塑性好，容易變形，可以減少應力集中，從而可防止焊接裂縫的產生。低碳鋼的奧氏體空冷後，容易分解成珠光體和鐵素體，而母材45鋼，屬於中碳鋼，有一定淬透性，焊後空冷，重結晶區的奧氏體容易轉變成馬氏體。

圖4為熱影響區的正常重結晶區的組織，為白亮的淬火馬氏體、黑色的針狀下貝氏體、黑色的托氏體、黑色塊狀的細珠光體和少量沿晶分布白色的鐵素體的混合組織。正常重結晶區(或正常正火區)的受熱溫度在AC3以上至晶粒的明顯長大的溫度區間，在此溫度區間奧氏體晶粒比較細小，其轉變後的馬氏體針葉長度比較短，距過熱區越近，奧氏體化溫度越高，化學成分越均勻，奧氏體越穩定，空冷後越容易得到馬氏體組織。相反，離不完全正火區越近，溫度越低，化學成分越不均勻，奧氏體越不穩定，越容易分解出非馬氏體組織，而形成上述的混合組織。

圖5：母材不完全重結晶區，其組織為黑色的細片狀珠光體和白色的鐵素體，部分鐵素體呈細小的針狀析出，而形成魏氏組織。

此區域焊接時母材受熱溫度處於AC1~AC3之間，由於受熱溫度比較低，沒有完全奧氏體化，有一部分鐵素體沒有轉變而保留原材料的帶狀組織狀態。已奧氏體化部分，由於溫度低，奧氏體晶粒十分細小，且不穩定，容易分解成更加細小的珠光體和鐵素體，由於冷卻速度很快，部分鐵素體呈細的針狀析出，形成魏氏組織狀態。

圖6：母材原始組織，珠光體和鐵素體，呈軋制的帶狀分布狀態。圖中鐵素體中間的灰色長條狀夾雜物為硫化物，軋制時塑性夾雜物沿軋制方向變形成長條狀，而夾雜物可以成為鐵素體析出長大的外來非自發成核核心，所以在軋制材料中經常可以看到鐵素體中心有長條狀分布的硫化物。

45鋼屬中碳鋼，其可焊性比低碳鋼差很多，所以焊接時一般需要焊前預熱和焊後除應力處理，本例由於沒有焊前預熱和焊後除應力處理，在熱影響區中容易出現馬氏體組織，馬氏體硬度高、脆性大，容易引起應變產生的應力集中，而不能產生變形以吸收應變能量，從而誘發冷裂縫的產生，同時也是使用中疲勞裂縫容易產生的地方。特別是過熱區的粗大馬氏體更是焊縫的薄弱區域。

以上內容 來源: 45號鋼(45 鋼)的相關性能與參數-S45C(JIS)-SAE1045(AISI)-SM45請參考.