目前，使用最广泛的气阀钢材料为奥氏体型耐热钢21-4N(5Cr21Mn9Ni4N钢)。该钢的高温强度、韧性、硬度较高,耐磨性、抗氧化性、耐腐蚀性以及在冷热交加条件下组织的稳定性较好，广泛用于制造汽车、摩托车的发动机排气阀。
耐热钢21-4N基体具有较强的耐腐蚀性，且不同基体材料的化学成分、热处理方法及加工状态不同，导致获得材料完整、清晰的显微组织变得困难。若使用不匹配的腐蚀剂，在光学显微镜下，会观察到明显的晶粒晶界不完整或过度腐蚀的组织缺陷。来自河钢集团钢研总院的孙江欢、谷秀锐等研究人员采用不同的腐蚀剂对热轧态和时效态耐热钢21-4N进行腐蚀，研究了不同腐蚀剂对耐热钢21-4N腐蚀效果的影响，以获得适用于耐热钢21-4N显微组织的腐蚀方法。
1、试验材料及制备方法
试验材料为耐热钢21-4N，钢材的热处理工艺为：非真空冶炼→精炼→电渣重熔→锻造开坯→热轧→固溶时效处理。沿钢材轧制方向，分别截取尺寸为20mm×15mm×10mm(长×宽×高)的热轧态和时效态试样。将试样清洗干净后，将试样待检面依次在240，400，800，1200目的砂纸上进行机械磨制，随后在抛光机上进行抛光处理，直至待检面光亮且无划痕。
2、试验方法与结果
2.1 试验方法
试验所用腐蚀剂的成分配比以及腐蚀时间如表1所示。
表1 腐蚀剂的成分配比与腐蚀时间
2.2 试验结果
采用光学显微镜观察试样腐蚀后的基体组织。图1为耐热钢21-4N经硝酸乙醇溶液腐蚀后的显微组织形貌，可见试样腐蚀面无任何变化，未出现显微组织，黑色微小颗粒为试样夹杂物与试样表面的杂质。
图2为耐热钢21-4N经三氯化铁盐酸水溶液腐蚀后的显微组织形貌，可见试样的显微组织仅显示部分晶粒，大部分晶粒和奥氏体孪晶未能显示或显示不清晰，且晶粒晶界十分模糊，无法辨别晶界分界处，试样部分区域存在过度腐蚀现象，出现黑色块状聚集。
将试样的待检面朝下，放入装有腐蚀剂1的培养皿中，当待检面变为均匀灰色后，取出试样，依次用自来水、无水乙醇冲洗试样并吹干；然后将试样放入装有腐蚀剂2的培养皿中，停留15s，取出试样，依次用自来水、无水乙醇冲洗试样并吹干，在光学显微镜下观察试样，结果如图3所示。由图3可知：试样显微组织的奥氏体晶界清晰,可明显辨别出晶界分界处，孪晶完整，腐蚀效果良好，无过度腐蚀现象。
若观察到试样奥氏体晶界或孪晶显示不清晰，说明腐蚀程度较浅，只需将试样再次放入腐蚀剂进行腐蚀，腐蚀时间根据试样表面颜色和金相检验结果确定。
新腐蚀方法的关键是能够根据奥氏体晶界和孪晶耐腐蚀性的差异，采用两种腐蚀剂配合使用的方法，实现奥氏体晶界与孪晶的清晰显示。
3、结论
采用5g FeCl3+50mL HCl+100mL H2O腐蚀剂与10g CuSO4+15mL H2SO4+100mL HCl+5mL C3H8O3腐蚀剂配合使用，在室温下对热轧态和时效态耐热钢21-4N进行化学腐蚀，可获得晶界清晰、孪晶完整、腐蚀效果良好的显微组织。
