鋼板磁粉檢測中非相關顯示產(chǎn)生原因分析

徐麗美

1 前言

磁粉檢測是一種利用磁現(xiàn)象來檢測鐵磁性材料及工件中缺陷的無損檢測方法。磁粉檢測方法的工作原理：鐵磁性材料一旦被磁化后，工件表面及近表面的磁感應線產(chǎn)生局部畸變，從而形成漏磁場并吸附施加在被檢工件表面上的磁粉，形成肉眼可見的磁痕，進而反映出被檢材料或工件中缺陷所處的位置，缺陷的形狀、大小以及嚴重程度。磁粉檢測的基礎是不連續(xù)性處漏磁場與磁粉的磁相互作用［1］。

磁粉檢測時所形成的磁痕顯示通常分為相關顯示、非相關顯示與偽顯示3種。由于磁痕顯示對缺陷的寬度有放大作用，所以磁粉檢測能將工件表面或近表面肉眼不可見的缺陷顯示出來，具有較高的檢測靈敏度。然而，檢測時有磁痕顯示并不代表被檢工件一定存在缺陷［2］，因為3種磁痕顯示中只有相關顯示是由于缺陷造成的，非相關顯示與偽顯示的存在并不影響被檢工件的使用性能，更不意味著工件存在問題。為此，本研究旨在通過對鋼板磁粉檢測中常見的非相關顯示進行分析，查找其產(chǎn)生的原因，以提高鋼板非相關顯示磁痕分析的判斷準確率，避免合格的鋼板被誤判而造成不必要的經(jīng)濟損失。

2 鋼板檢測分析實例

鋼板中心分層及裂紋缺陷屬于危害性缺陷，嚴重制約著鋼板的使用性能，因此，鋼板中不允許存在分層及裂紋缺陷。為有效防止新制承壓設備中分層及裂紋的出現(xiàn)，很多特種設備制造廠將鋼板切割下料后，在鋼板厚度方向上進行磁粉檢測驗收。該驗收方法確實可以有效檢出鋼板分層與裂紋缺陷，但常因檢測者操作過程不規(guī)范或?qū)嵺`經(jīng)驗不足，將非相關磁痕顯示誤判為相關顯示，導致合格的鋼板被拒收或報廢，造成不必要的經(jīng)濟損失。

例如，國內(nèi)某機械制造廠購進1張Q345B鋼板，厚度規(guī)格為20 mm，將鋼板切割后，對鋼板小料進行磁粉檢測時，發(fā)現(xiàn)鋼板厚度中心區(qū)域存在黑色線性顯示（見圖1），該黑色線性顯示疑似裂紋或分層缺陷。為確定顯示是否由裂紋或分層缺陷引起，進行了相關的檢驗與分析。

圖1 磁粉檢測的黑色線性磁痕顯示

2.1 目視檢測

將磁粉檢測中形成的黑色磁痕顯示及白色反差增強劑背景擦除干凈，進行目視觀察時未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的分層及裂紋缺陷，鋼板中心區(qū)域與相鄰基體之間并無明顯區(qū)別，目視檢測結(jié)果合格。

2.2 滲透檢測

使用DPT-5系列滲透檢測劑，選用ⅡC-d著色滲透檢測方法，按照NB/T 47013.5—2015標準規(guī)定，對鋼板中心存在的肉眼可見黑線區(qū)域進行100%滲透檢測。檢測溫度25℃，靈敏度等級為B級，試塊為不銹鋼鍍鉻試塊（B型試塊）。滲透檢測未發(fā)現(xiàn)分層及裂紋缺陷顯示，也未發(fā)現(xiàn)其他超標缺陷（見圖2）?？紤]到磁粉檢測可以檢測表面下一定深度的缺陷，多次在鋼板厚度方向上進行打磨，然后進行滲透檢測仍未發(fā)現(xiàn)分層及裂紋缺陷顯示，由此可以斷定磁粉檢測中形成的黑色線性磁痕顯示區(qū)域為非開口性缺陷。

圖2 鋼板厚度方向滲透檢測情況

2.3 金相分析

借助超聲檢測技術(shù)，在鋼板厚度中心缺陷反射波最高部位取樣進行金相分析，發(fā)現(xiàn)基體組織為鐵素體＋珠光體，而鋼板厚度中心存在偏析帶，偏析帶與基體之間緊密結(jié)合，未發(fā)現(xiàn)裂紋、分層類缺陷；但偏析帶與基體組織不同，除含有鐵素體與珠光體還有少量貝氏體組織（見圖3）。由于不同金相組織的磁導率不同，所以磁粉檢測時在偏析帶部位顯示為條狀磁痕，這不是裂紋，而是非相關顯示［3］。

圖3 鋼板金相組織 100×

2.4 掃描電鏡及能譜儀分析

將試樣放在掃描電鏡下進行組織觀察與分析，鋼板在低倍數(shù)掃描電鏡下的組織形貌見圖4，在高倍數(shù)掃描電鏡下的組織形態(tài)見圖5。通過掃描電鏡分析也可確定鋼板厚度中心偏析帶與基體組織不同，且偏析帶與基體組織之間為緊密結(jié)合，并無裂紋、分層缺陷存在。

圖4 鋼板掃描電鏡低倍組織形貌

圖5 鋼板掃描電鏡高倍組織形貌

對高倍數(shù)掃描電鏡下的4處不同位置進行能譜分析（質(zhì)量分數(shù)見表1），結(jié)果見圖6。其中譜圖1位置為偏析帶中的夾雜物，譜圖2與譜圖3位置均為偏析帶，譜圖4位置為基體組織（見圖5）。

圖5譜圖1位置微區(qū)（偏析帶中的夾雜物）：S 30.95%、Mn 52.36%，而Fe含量僅為11.16%，該位置微區(qū)能譜見圖6a，由此可以推斷該偏析帶中的夾雜物應為MnS夾雜；圖5譜圖2位置微區(qū)（偏析帶）中Mn含量高達2.35%，該位置微區(qū)能譜見圖6b；圖5譜圖3位置微區(qū)（偏析帶）中Mn含量高達2.87%，該位置微區(qū)能譜見圖6c；圖5譜圖4位置微區(qū)（基體組織）中Mn含量為1.29%，遠低于偏析組織的譜圖2和譜圖3位置微區(qū)的Mn含量，由于Mn是奧氏體穩(wěn)定元素，貧Mn帶的Ar3更高，軋后冷卻時該區(qū)域首先發(fā)生鐵素體轉(zhuǎn)變，使得C原子向富Mn區(qū)擴散，這些富集C的地方最后形成珠光體，這就造成了呈帶狀分布的偏析區(qū)域。因此推斷鋼板中心偏析帶及異常組織的出現(xiàn)與鋼中Mn元素偏析有關。

圖6 圖5中各譜圖能譜分析結(jié)果

3 非相關磁痕顯示產(chǎn)生的原因

對鋼板進行磁粉檢測時，厚度中心區(qū)域產(chǎn)生的疑似裂紋或分層缺陷的磁痕顯示，通過滲透檢測及金相組織與掃描電鏡分析，可以確定該顯示并不是源自缺陷，而是由于化學成分與金相組織不均勻使鋼板內(nèi)部磁導率存在差異所產(chǎn)生的非相關顯示。有研究認為，按技術(shù)條件檢驗合格的原材料，偏析區(qū)與正常區(qū)受力時沒有明顯差別，也不會降低該材料所能承受的疲勞強度極限［4］，即按照設計要求選擇并按照技術(shù)條件檢驗合格的鋼板，帶狀偏析不會影響鋼板的強度和使用性能。

4 結(jié) 論

4.1 鋼板厚度中心區(qū)域存在的黑色線性顯示是由于帶狀偏析引起的，不是裂紋，也不是分層缺陷。

4.2 偏析帶與基體組織之間的成分與組織分布不均勻，屬于非相關顯示，但不會影響鋼板的強度和使用性能。

4.3 對鋼板進行磁粉檢測時，應結(jié)合磁痕顯示的特征及產(chǎn)生原因?qū)Υ藕圻M行分析與辨別，必要時選用金相組織及掃描電鏡與能譜儀等進行分析，也可用其他無損檢測方法進行驗證，避免造成誤判。

［1］ 宋志哲.磁粉檢測［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

［2］ 吳莎莎，廖小寧.磁粉檢測非相關顯示分類［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2013（25）：47-49.

［3］ 張彥文，張友登，楊志婷，等.閉鎖體磁粉檢測黑色線磁痕產(chǎn)生原因［J］.無損檢測，2016，38（9）：75-78.

［4］ 馮繼軍，郭文芳，曾照鴻，等.48MnV非調(diào)制鋼汽車發(fā)動機曲軸探傷磁痕現(xiàn)象分析及對疲勞性能的影響［J］.理化檢驗—物理分冊，2010，46（1）：40-44.