鋼鐵產(chǎn)品理化檢驗(yàn)技術(shù)改進(jìn)措施研究

滑鵬敏

（河北省產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)技術(shù)中心 河北石家莊 050051）

1 前言

鋼鐵產(chǎn)品在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有較高的地位，對(duì)鋼鐵產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)是非常有必要的。通過理化檢驗(yàn)對(duì)鋼鐵產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，可確保其滿足社會(huì)的基本要求。

2 鋼鐵產(chǎn)品理化檢驗(yàn)技術(shù)改進(jìn)的必要性

對(duì)鋼鐵產(chǎn)品進(jìn)行理化檢驗(yàn)是非常有必要的。鋼鐵企業(yè)在日常的生產(chǎn)中會(huì)涉及較多的理化檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以反映鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量，企業(yè)可根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)鋼鐵的生產(chǎn)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控。理化檢驗(yàn)是鋼鐵生產(chǎn)中的一個(gè)重要的質(zhì)量把關(guān)手段，檢驗(yàn)結(jié)果如果不準(zhǔn)確將會(huì)給生產(chǎn)造成一定的影響。例如，在利用直讀光譜儀進(jìn)行鋼樣化學(xué)成分分析中，氬氣（Ar）中氧氣（O2）、水（H2O）等都會(huì)對(duì)最終的分析產(chǎn)生不利影響。而在測(cè)試鋼鐵產(chǎn)品的性能時(shí)，若不能控制一氧化碳（CO）的含量，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)失敗。針對(duì)鋼鐵產(chǎn)品理化檢測(cè)中出現(xiàn)的問題，對(duì)鋼鐵產(chǎn)品的理化檢驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)是非常有必要的。此外，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國對(duì)鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量也提出了更高的要求。從鋼鐵企業(yè)的現(xiàn)狀來看，部分鋼鐵產(chǎn)品在投入市場(chǎng)使用之前，僅采用抽查的方式進(jìn)行理化檢驗(yàn)，易造成質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品流入市場(chǎng)，降低工程質(zhì)量。為此，加強(qiáng)企業(yè)對(duì)理化檢驗(yàn)技術(shù)的認(rèn)識(shí)，提升理化檢驗(yàn)技術(shù)的水平是非常關(guān)鍵的，只有做好鋼鐵產(chǎn)品的理化檢驗(yàn)工作，更好地保證鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量，才能確保工程項(xiàng)目的安全性[1]。

3 鋼鐵產(chǎn)品理化檢驗(yàn)技術(shù)

鋼鐵產(chǎn)品中理化檢驗(yàn)技術(shù)的種類較多，本文主要介紹以下幾種技術(shù)：一是利用直讀光譜儀檢測(cè)鋼鐵成分。直讀光譜儀在金屬試樣和電極之間產(chǎn)生電弧或火花，金屬試樣被激發(fā)后，由光源發(fā)出的復(fù)色光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后通過入射狹縫直接照射在光柵上，經(jīng)衍射后的單色光通過出射狹縫照射在光電倍增管或電感耦合器（CCD）上，將光信號(hào)轉(zhuǎn)成電信號(hào)，進(jìn)而對(duì)所需測(cè)定的成分進(jìn)行檢測(cè)。直讀光譜的優(yōu)勢(shì)是準(zhǔn)確、高效，但其所需要的氬氣需要進(jìn)行外購，若純度不夠，將會(huì)對(duì)后期的檢測(cè)造成嚴(yán)重的影響。二是利用金相檢測(cè)對(duì)樣品的宏觀、微觀組織進(jìn)行分析。金相檢測(cè)流程分為金相試樣的選取、鑲嵌、粗磨、細(xì)磨、拋光、侵蝕等方面。在金相檢驗(yàn)中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都須規(guī)范操作，一旦出現(xiàn)紕漏，將會(huì)對(duì)最終結(jié)果造成影響。

4 鋼鐵產(chǎn)品理化檢驗(yàn)技術(shù)改進(jìn)的措施

理化檢驗(yàn)技術(shù)在鋼鐵產(chǎn)品中的檢驗(yàn)涉及很多方面，可改進(jìn)范圍也較大，本文主要對(duì)以下4 點(diǎn)改進(jìn)措施進(jìn)行了闡述。

4.1 加強(qiáng)對(duì)CO發(fā)生爐的改造

只有改進(jìn)發(fā)生爐易漏氣和爐絲易斷裂的問題，才能提升CO發(fā)生爐的壽命。為避免出現(xiàn)CO 泄露問題，可取消油浸海綿和高鋁管，采用合金鋼反應(yīng)器，這一反應(yīng)器的特點(diǎn)是直接將膠管兩端相連，且不需要使用油浸海綿，而爐絲斷裂主要是溫度太高造成的，解決這一問題最有效的手段就是降低溫度。在1 200℃高溫狀態(tài)下，很容易造成爐絲軟化，進(jìn)而發(fā)生短路。而溫度下降100℃就可以遠(yuǎn)離軟化點(diǎn)，使焦丁和CO 不再發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，此時(shí)就需要采用燃點(diǎn)低、活性好的物質(zhì)來替代焦丁。

4.2 加強(qiáng)對(duì)磨床制備薄帶鋼拉伸試樣的改進(jìn)

在鋼鐵生產(chǎn)中，企業(yè)一般會(huì)按照GB/T 2975—2018《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備》[2]的要求制取樣品。鋼帶產(chǎn)品的厚度一般不超過12 mm，所以在進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，要對(duì)試樣厚度進(jìn)行加工。同時(shí)，還需要利用磨床去除其寬度方向的初加工刀痕、硬化區(qū)、熱影響區(qū)。在這一過程中，打磨是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，如果不進(jìn)行打磨，在拉伸試驗(yàn)中將會(huì)出現(xiàn)刀痕凹陷或者是斷裂，最終導(dǎo)致抗拉測(cè)試結(jié)果的偏差[3]。使用磨床進(jìn)行打磨的目的是保證試樣的尺寸公差和形狀公差，從而消除拉伸過程中尺寸不均對(duì)斷裂位置造成的影響。砂帶機(jī)打磨可以變化打磨的方向，且不會(huì)對(duì)鋼鐵試樣的磨平效果產(chǎn)生影響。砂帶機(jī)采用的是200 mm×200 mm 的工作面，在30 s 之內(nèi)就可打磨出較為平整的試樣。在時(shí)間上，砂帶機(jī)打磨所打磨的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于機(jī)加工磨床，在磨床上10 min 才能打磨完成的試樣，砂帶機(jī)只需10 s 就可以完成，可以提升鋼鐵產(chǎn)品理化檢驗(yàn)的效率。

4.3 加強(qiáng)對(duì)瓶裝氬氣的改進(jìn)

采用直讀光譜進(jìn)行鋼樣成分分析中需要用到Ar，而一般情況下，理化檢驗(yàn)中Ar 都是通過外購方式進(jìn)行采買，不僅成本較高，質(zhì)量也不能得到有效的保障。為了避免因氣體純度不夠而造成的檢驗(yàn)結(jié)果的偏差，往往采用自制Ar 來代替外購氣體。使用自制Ar 需要根據(jù)氣體的用量及純度來進(jìn)行改進(jìn)。為此，可以在氣體管道中加上高純度Ar 凈化裝置，用于實(shí)現(xiàn)Ar 的提純凈化。Ar 凈化裝置包括交替運(yùn)行的2 個(gè)工作組，每1 個(gè)工作組均由Ar 凈化系統(tǒng)和脫氧劑再生系統(tǒng)組成[4]，自制Ar 經(jīng)過Ar 凈化裝置處理后，在Ar 凈化系統(tǒng)管路末端設(shè)置Ar 收集口，然后再傳輸至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)其試驗(yàn)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，自產(chǎn)氣體不僅較為穩(wěn)定，其純度也非常高，且能夠保證供給量。這樣一來，不僅可以提升檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，還能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省一定的成本。Ar 凈化裝置在使用半年至一年時(shí)需要催化再生一次，具體的凈化周期視工作頻率和Ar 純度而定，儀器使用頻率高或Ar 純度較低時(shí)，應(yīng)盡量縮短催化再生周期。

4.4 加強(qiáng)對(duì)鋼鐵成材的金相檢驗(yàn)的改進(jìn)

在鋼鐵成材的金相檢驗(yàn)中較為常見的方式有機(jī)械法和手工法。近年來應(yīng)用較為廣泛的是電解腐蝕法金相檢驗(yàn)，這一方法的使用不僅可以節(jié)省大量的人力物力，而且還能大幅度提升檢驗(yàn)的效率[5]。電解腐蝕法金相檢驗(yàn)主要是從鋼鐵產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)開始，根據(jù)金屬的結(jié)構(gòu)性能開展檢驗(yàn)工作。電解腐蝕法檢驗(yàn)的流程非常關(guān)鍵，相關(guān)人員要熟悉檢驗(yàn)設(shè)備，還要嚴(yán)格按照檢驗(yàn)的工藝流程來進(jìn)行操作。

在電解腐蝕檢驗(yàn)的過程中，需要注意以下4 點(diǎn)問題：一是試樣的打磨。試樣往往是從鋼鐵成材中規(guī)定部位切取的一小塊組織，要利用專門的金相砂紙進(jìn)行打磨。二是試樣產(chǎn)品的拋光。在拋光時(shí)要注意最大面積不得超出5 cm2，拋光時(shí)間要盡量控制在10 min以內(nèi)。拋光時(shí)采用電解拋光儀，調(diào)節(jié)拋光儀的電壓和功率，通常情況下，電壓設(shè)置為12V，功率設(shè)置為30W。三是試樣的檢驗(yàn)。對(duì)試樣產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，還需要配合其他鋼鐵產(chǎn)品進(jìn)行互換檢驗(yàn)，以確保電解檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性；同時(shí)，在檢驗(yàn)過程中要始終保持電壓和電流的穩(wěn)定，保證最終的檢驗(yàn)結(jié)果。四是試樣的電解。在完成拋光之后，要將試樣放入電解液中進(jìn)行腐蝕，完成后取出試樣并進(jìn)行清洗，再進(jìn)行下一步觀察。

5 鋼鐵產(chǎn)品理化檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展

鋼鐵產(chǎn)品的理化檢驗(yàn)經(jīng)歷了3 個(gè)階段，分別是化學(xué)分析階段、儀器分析階段和在線分析階段，我國尚處于第二階段。為此，不斷提升鋼鐵產(chǎn)品理化檢驗(yàn)技術(shù)是非常必要的。第一，要不斷加強(qiáng)化學(xué)分析水平，為第二階段的發(fā)展奠定基礎(chǔ)；第二，要不斷提升儀器分析水平，并朝著在線分析階段邁進(jìn)，提升我國的理化檢驗(yàn)工作技術(shù)水平。

現(xiàn)階段，我國在線理化檢驗(yàn)的應(yīng)用有待加強(qiáng)，只有部分大型的鋼鐵企業(yè)在使用。同時(shí)，我國的無損檢驗(yàn)設(shè)備不夠先進(jìn)，不僅無法實(shí)現(xiàn)在線檢驗(yàn)，且對(duì)成品以及半成品的檢驗(yàn)較少，在很大程度上加大了產(chǎn)品的廢棄率，增加了企業(yè)的成本[6]。針對(duì)這一問題，國外已經(jīng)有了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，可以利用離子光譜分析來對(duì)鋼鐵表面進(jìn)行分析。此外，電磁無損檢測(cè)將是一個(gè)新的發(fā)展方向，以電磁感應(yīng)為基礎(chǔ)，可以檢測(cè)出材料的性能、缺陷等。隨著科技的發(fā)展，未來在線檢測(cè)將成為鋼鐵產(chǎn)品理化檢驗(yàn)的趨勢(shì)。鋼鐵產(chǎn)品的每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量，所以理化檢驗(yàn)技術(shù)不能局限于最終的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)，而應(yīng)參與整個(gè)生產(chǎn)流程，以便更好地控制產(chǎn)品的生產(chǎn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

6 結(jié)語

理化檢驗(yàn)技術(shù)是鋼鐵生產(chǎn)中非常重要的技術(shù)支持，只有不斷提升理化檢驗(yàn)技術(shù)，使其達(dá)到國際水平，才能更好地保證鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量，提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。