淺談GB/T1979-2001標準中斑點狀偏析的識別①

謝洪波

(江蘇中泰橋梁鋼構股份有限公司檢測中心， 江蘇 泰州　214521 )

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淺談GB/T1979-2001標準中斑點狀偏析的識別①

謝洪波

(江蘇中泰橋梁鋼構股份有限公司檢測中心， 江蘇 泰州214521 )

介紹了斑點狀偏析的特征及產(chǎn)生原因，闡述了斑點狀偏析的外觀識別，以及確認斑點狀偏析的理化試驗方法，并討論了酸浸試驗過程的影響和使用缺陷評級圖的注意事項。

斑點狀偏析； GB/T1979-2001； 缺陷評級圖

引　言

偏析是指鋼材內(nèi)部化學成分的不均勻分布現(xiàn)象。合金鑄件在不同程度上都存在著偏析，這是合金結晶過程的特點所決定的。在隨后的軋制和鍛制過程中，這些偏析仍會保留下來。

偏析的存在使鋼材的性能惡化，在加工和使用過程中容易由此產(chǎn)生裂紋和破壞。因此，需要對鋼材中的偏析進行控制和檢查。

在GB/T1979-2001標準中，提出了六類偏析：錠型偏析、一般斑點狀偏析、邊緣斑點狀偏析、白亮帶、中心偏析、帽口偏析。

對鋼材酸浸低倍組織進行評定時，錠型偏析、白亮帶、中心偏析、帽口偏析等低倍組織的特征明顯，易于識別，而斑點狀偏析容易與疏松相混淆，常會引起評定結果存在異議，甚至關系到鋼材是否判廢。

疏松是在樹狀晶生長過程中，各晶枝間相互穿插有可能使其中的液體被封閉，當冷凝收縮得不到液體補充時，即形成微小的分散孔洞[2]。疏松與偏析形成的原因和危害均不同，需加以正確的區(qū)分、識別。

1　斑點狀偏析的特征及產(chǎn)生原因

在GB/T1979-2001標準中，簡要描述了斑點狀偏析的特征及產(chǎn)生原因[1]，如表1所示。

表1　斑點狀偏析的特征及產(chǎn)生原因

2　斑點狀偏析的識別與確認

2.1斑點狀偏析的外觀識別

斑點狀偏析分為一般斑點狀偏析和邊緣斑點狀偏析，其中一般斑點狀偏析分散分布在試面上，邊緣斑點狀偏析則分布在試面上的邊緣部位。

在鋼材的酸浸橫截面上，斑點狀偏析容易與疏松相混淆，特別是易將大規(guī)格鋼材的疏松誤判為斑點狀偏析。

在外觀上，斑點狀偏析可從以下幾個方面識別。

2.1．1外觀形貌

斑點狀偏析的外觀形貌為不同形狀和大小的略為凹陷或無明顯凹陷的暗色斑點。斑點多呈形狀不規(guī)則的橢圓形、圓形或瓜子形，斑點分布可以是斷續(xù)的方框形、同心圓形或無規(guī)律分布。一般斑點狀偏析的典型圖片如圖1所示(圖片選自GB/T1979-2001)。

疏松的外觀形貌為分散在整個截面上的暗點和空隙。暗點多呈圓形或橢圓形，空隙多為不規(guī)則的空洞或圓形針孔。一般疏松的典型圖片見圖2所示(圖片選自GB/T1979-2001)。

2.1.2斑點大小

在GB/T1979-2001之前的標準中，用“點狀偏析”表述“斑點狀偏析”，現(xiàn)今在原來名稱前增加一個“斑”字，就是為了強調(diào)暗色區(qū)域的大小。

疏松為“點”，斑點狀偏析為“斑”?！包c”為多大？“斑”為多大？這與鋼材的成分、冶金方法、規(guī)格大小、壓縮比、酸的浸蝕程度等許多因素有關，要正確把握尺寸因素需要一定的檢驗經(jīng)驗。

在酸蝕試面上，疏松點的尺寸一般在0.5～1 mm，對250 mm以上尺寸的試樣，可達到1～3 mm；偏析斑的尺寸一般在2～5 mm，對250 mm以上尺寸的試樣，可達到5～10 mm，甚至會有更大的偏析區(qū)域。

圖1　一般斑點狀偏析

圖2　一般疏松

2.1.3數(shù)量多少

斑點狀偏析的形成主要與澆注條件和鋼液的質(zhì)量有關，如果斑點狀偏析存在，就會有一定的數(shù)量，成群分布。有時，在試片上會發(fā)現(xiàn)有個別的暗色區(qū)域，面積可能大也可能小，此現(xiàn)象一般與夾雜或夾渣有關，此時不應評定為斑點狀偏析，但觀察到的現(xiàn)象仍應記錄在檢驗報告中。

2.1.4存在部位

斑點狀偏析與鋼液中汽泡上升逸出過程關系密切，其分布與汽泡上升的軌跡一致，故斑點狀偏析主要集中在鋼錠中上部，一般情況下，鋼錠的中下部較輕或不存在。疏松在鋼錠的兩端一般都會存在，只是程度可能不同。

2.2斑點狀偏析的理化試驗確認

當僅從外觀上不能準確識別斑點狀偏析時，可以進行一些理化試驗來進一步確認。

(1)縱截面低倍檢查：在縱向低倍試片上，常見偏析區(qū)有發(fā)暗的條線形帶，呈氣體通道形狀分布，有的現(xiàn)V形區(qū)域。

(2)塔形酸浸試驗：按GB/T15711-1995加工塔形試樣和進行酸浸檢驗，在存在斑點狀偏析的圓柱面上可見縱向暗條紋。

(3)縱向斷口檢查：偏析處縱向斷口易出現(xiàn)縱向條帶，有的呈暗色條帶，也有的可能呈結晶串聯(lián)的亮線條，根據(jù)鋼材種類及熱處理狀態(tài)而異。

(4)顯微組織檢查：化學成分的不均勻造成組織的不均勻。在光學顯微鏡下觀察，可以看到組織的不均勻性，基體與偏析區(qū)的組織不同。比如，有觀察到鍛造狀態(tài)EA4T車軸鋼基體組織為鐵素體+珠光體，偏析區(qū)顯微組織為索氏體[3]。

(5)硬度檢測：檢測基體和偏析區(qū)的洛氏硬度或維氏硬度。偏析區(qū)一般碳化物及合金元素偏高，組織細化，故其硬度也一般高于基體。比如，有檢測鍛造狀態(tài)EA4T車軸鋼基體硬度為25 HRC,偏析區(qū)硬度為35 HRC[3]。

(6)微區(qū)成分測試：用能譜儀及電子探針進行微區(qū)成分分析，可以看出偏析區(qū)存在成分偏析，一些低熔點組元和雜質(zhì)元素的含量高于正常基體。比如，EA4T車軸鋼中的斑點狀偏析處有檢測到鉻、鉬和錳元素的含量明顯高于正?；w中的元素含量[3]。

3　酸浸試驗過程的影響

按GB/T226-1991進行熱酸浸蝕或冷酸浸蝕。

3.1試面的粗糙度

進行酸浸試驗時，試面的表面粗糙度應不大于1.6 μm,最好不大于0.8 μm。僅用車床車光的表面，其粗糙度往往達不到要求，因此有必要用磨床磨光試面。如果只是車光試面，同心圓形的車刀痕印跡很明顯，對腐蝕效果影響很大，難以清晰地顯現(xiàn)低倍組織的形貌。

3.2試面的清潔

試面不得有油污、銹跡或其他黏著物，否則浸蝕時這些物質(zhì)會分隔試面與浸蝕液，造成局部不腐蝕或淺腐蝕，形成一些斑塊印記，容易誤判。

試驗前應擦拭試面，保證清潔，必要時可用酒精、丙酮等試劑清洗表面。

3.3浸蝕程度

浸蝕程度同時受鋼材材質(zhì)、浸蝕溫度、浸蝕時間、浸蝕液的種類及濃度等因素影響。浸蝕工藝應根據(jù)實際情況進行調(diào)整，比如，浸蝕液多次使用后濃度降低，應延長浸蝕時間；浸蝕溫度提高時，應適當減少浸蝕時間。

浸蝕程度以能清晰顯示試面的低倍組織為準。浸蝕過淺，低倍組織不能完全顯現(xiàn)，容易漏判；浸蝕過深，會擴大低倍組織缺陷的嚴重程度，容易誤判。

3.4浸蝕的均勻性

為使試面浸蝕均勻，需要不時地攪動浸蝕液，以使浸蝕液的溫度和濃度均勻。

此外，浸蝕過程中，試面上沉積的腐蝕產(chǎn)物會阻礙繼續(xù)浸蝕，因此也需要不時地用毛刷輕輕刷去試面上的腐蝕產(chǎn)物。

3.5清洗浸蝕面

浸蝕后的試面用熱水沖洗刷凈，如先用10%氨水酒精溶液或3%～5%碳酸鈉水溶液中和后再沖洗，效果更佳。腐蝕產(chǎn)物去除不徹底，容易在試面上留下斑漬。

如果用冷水沖洗試面，不易干燥，且易產(chǎn)生銹跡。

3.6試面的干燥

試面清洗后，要馬上用熱風吹干，否則很快就會在試面上生成銹跡，會嚴重影響對低倍組織的判定。在疏松孔中如果殘留有水分，由于毛細現(xiàn)象，水分會上升濕潤小孔的周圍區(qū)域，使該區(qū)域色澤發(fā)暗甚至出現(xiàn)銹蝕。

在吹干前，最好先用酒精沖洗一下試面，這樣既清潔又易干燥。

4　使用缺陷評級圖的注意事項

(1)以目視可見為限。為了確定組織類別可以使用不大于10倍的放大鏡進行觀察，將低倍組織的宏觀形貌與評級圖進行比較。

(2)選用合適的評級圖。GB/T1979-2001標準中，有評級圖一～評級圖六，要根據(jù)鋼材的尺寸、缺陷類別，選用不同的低倍組織評級圖。

(3)試片形貌與評級圖不一致。標準條文中只是概括地描述低倍組織的普遍性特征，評級圖只是一種典型的或代表性的圖片，鋼材試片上的實際組織不可能與評級圖上的形態(tài)、大小、分布完全一致，評級圖只能起著參照作用。

(4)試片尺寸與評級圖不一致。當評定其它尺寸鋼材的缺陷級別時，根據(jù)各缺陷評級圖，按缺陷存在的嚴重程度縮小或放大。

(5)重視檢驗經(jīng)驗。實際工作經(jīng)驗對低倍組織的識別和評定有一定的作用，檢驗人員應善于積累經(jīng)驗和傳承經(jīng)驗，相互之間加強交流。

5　結束語

(1)可以從外觀形貌、斑點大小、數(shù)量多少、存在部位等方面來識別斑點狀偏析。

(2)可以通過縱截面低倍檢查、塔形酸浸試驗、縱向斷口檢查、顯微組織檢查、硬度檢測、微區(qū)成分測試等理化試驗確認斑點狀偏析。

(3)酸浸蝕過程中要注意試面的粗糙度、試面的清潔、浸蝕程度、浸蝕的均勻性、浸蝕面的清洗、試面的干燥等對組織識別和結果評定的影響。

(4)使用缺陷評級圖時要注意到以目視可見為限、選用合適的評級圖、試片形貌與評級圖不一致、試片尺寸與評級圖不一致、檢驗經(jīng)驗等因素。

[1]GB/T1979-2001.結構鋼低倍組織缺陷評級圖[S].國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局發(fā)布.

[2]李超.金屬學原理[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1989.

[3]張春紅.EA4T車軸鋼中斑點狀偏析的原因分析[J].理化檢測-物理分冊，2011，47(1)：64—66.

2016-01-31

謝洪波(1971—)，男，工程師。E-mail：jxxhbydx@sina．com

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