淺談鋼板延遲裂紋檢驗方法

張鐵毅，劉菁婧

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 江陰 214400）

在鋼板的生產(chǎn)制造過程中，外觀的質(zhì)量檢驗是一個必要環(huán)節(jié)。外觀質(zhì)量檢驗時發(fā)現(xiàn)的裂紋一般屬于有害缺陷，其中延遲裂紋的檢驗比較有難度。延遲裂紋有一定潛伏期，鋼板切割下線宏觀檢驗時無明顯裂紋，一般待鋼板靜置1天～7天后，裂紋就會產(chǎn)生并迅速擴大。延遲裂紋多出現(xiàn)在淬火加回火熱處理的鋼板端部，裂紋見圖1（a）和1（b），部分出現(xiàn)在回火熱處理的鋼板端部，裂紋見圖1（c），形貌一般分為呈垂直于鋼板表面的豎裂紋、平行于鋼板表面的橫裂紋、與鋼板表面呈60°～75°夾角的斜裂紋等。

圖1 延遲裂紋的形貌

1 延遲裂紋的形貌

2 延遲裂紋產(chǎn)生的原因

圖1（a）為豎裂紋，垂直于表面，貫穿整個厚度方向，向鋼板內(nèi)部擴展，圖1（b）平行于鋼板表面，約在鋼板厚度二分之一處，二者的產(chǎn)生多為殘余氫、內(nèi)部缺陷、淬火時產(chǎn)生的組織應(yīng)力及熱應(yīng)力等共同作用。

厚度＞40mm的鋼板，在淬火過程中，鋼板表層接觸高壓水，溫度降至馬氏體開始轉(zhuǎn)變Ms點后轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；繼續(xù)冷卻時，鋼板中心高于表面，從表面到中心依次發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，組織轉(zhuǎn)變不是同時進(jìn)行的。鋼板中心后發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，體積膨脹，在表層已完成馬氏體相變塑性較差的情況下，鋼板中心受到拉應(yīng)力，表層受到壓應(yīng)力，存在組織應(yīng)力和熱應(yīng)力。

鋼板內(nèi)部夾雜物和小缺陷為裂紋提供了產(chǎn)生的可能性，由于夾雜物與鋼板基體的結(jié)合強度低，鋼板中殘余氫會在此處富集。隨著氫濃度的升高，氫會沿著小缺陷向鋼板表面擴散，在鋼板相對薄弱的端面逸出，產(chǎn)生裂紋。由于氫的作用導(dǎo)致裂紋具有明顯的延遲特征，裂紋需要經(jīng)過潛伏期、緩慢擴展期和突然開裂三個過程。對鋼板進(jìn)行擴氫退火熱處理后，再進(jìn)行調(diào)質(zhì)，開裂情況基本杜絕。

圖1（c）斜裂紋符合應(yīng)力裂紋特征，裂紋的產(chǎn)生與鋼板火焰切割過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力相關(guān)?；鹧媲懈钛杆偈逛摪迩懈蠲孢_(dá)到遠(yuǎn)超奧氏體化溫度的金屬熔融溫度，高碳碳素模具鋼的切割面，形成了魏氏體組織，火焰切割熱影響區(qū)深度接近3mm，切割面附近的金屬則出現(xiàn)不同程度的奧氏體化，距離切割面越近，奧氏體化程度越高，在熔化區(qū)附近，鋼板所經(jīng)受的局部高溫使得鋼板熱影響區(qū)內(nèi)形成溫度梯度，組織引起較大變化。較厚的鋼板，火焰切割時熱能量較大，在切割前沒有預(yù)熱的情況下，切割時鋼板表面及內(nèi)部受熱不均，切割后冷卻不均會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致應(yīng)力裂紋產(chǎn)生，繼續(xù)冷卻以及堆放倒剁時裂紋擴展。

3 延遲裂紋的檢測

延遲裂紋在鋼板下線切割時，宏觀檢驗不易發(fā)現(xiàn)，在裂紋尚未擴展之前裂紋比較細(xì)微，用肉眼難以區(qū)分。如果檢驗時誤判為合格，應(yīng)用時會給客戶和公司造成嚴(yán)重的質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)損失。如何在早期發(fā)現(xiàn)裂紋，文章對延遲裂紋的檢測方法做了初步探討。

3.1 宏觀檢測

用電筒輔助進(jìn)行早期裂紋的檢驗。電筒可增加光照強度，遇到裂紋缺陷后，裂紋的斷裂面會出現(xiàn)一定程度的折射光效果，有助于分辨是否存在裂紋。早期裂紋形貌辨別需要調(diào)整好電筒的照射照度，以便更好地發(fā)現(xiàn)裂紋。對于鋼板端部的裂紋情況，是橫裂紋、豎裂紋還是斜裂紋，未檢測前均不做假設(shè)。

（1）對橫裂紋和豎裂紋，應(yīng)輔助采用相應(yīng)垂直于裂紋方向的光源。如，對橫裂紋，光源應(yīng)從垂直方向照射；對豎裂紋，光源應(yīng)從水平方向照射。

圖2 橫延遲裂紋的辨別

（2）對斜裂紋，使用電筒的副光斑進(jìn)行輔助檢測。

圖3 斜延遲裂紋的辨別

3.2 磁粉探傷檢測

磁粉檢測是一種利用漏磁和合適檢驗介質(zhì)發(fā)現(xiàn)工件表面和近表面不連續(xù)性的方法。將電磁軛或永久磁軛的兩極與鋼板被檢區(qū)域相接觸，交流電磁軛至少應(yīng)有45N的提升力，鋼板局部磁化，磁力線穿過鋼板被檢區(qū)域，內(nèi)部組織均勻無缺陷的，磁力線是平行的；當(dāng)存在缺陷時，由于非磁性磁阻較大，磁力線被割斷，在接近或位于零件表面的，形成局部磁場，此即為漏磁場。形成的磁極會吸附磁粉，產(chǎn)生用肉眼可直接觀察的明顯磁痕，顯現(xiàn)了缺陷位置、形狀、大小和嚴(yán)重程度，但此磁痕是將實際缺陷放大的痕跡。

如果鋼板端面顏色與磁粉顏色對比度較差，會使磁痕顯示難以識別，從而造成漏檢。為提高缺陷磁痕與工件表面顏色的對比度，提高缺陷的檢出率，可在磁粉檢測前對工件表面噴涂一層白色的反差增強劑，干燥后再對工件進(jìn)行磁粉檢測。反差增強劑厚度應(yīng)在25um～45um為宜。然后再噴灑黑水磁懸液，磁懸液潤濕效果較好，缺陷部位的表面磁粉一般就會清晰可見。從檢出效果來看，紅水磁懸液比黑水磁懸液在微裂紋的檢驗效果上有優(yōu)勢。磁懸液的濃度和磁懸液的噴灑，對檢驗結(jié)果有較大影響。磁懸液濃度過高，使被檢鋼板端面的對比度變差，造成對細(xì)小缺陷磁痕的掩蓋，導(dǎo)致缺陷的漏檢；磁懸液噴灑沖擊力太大，磁痕則不易形成，從而造成缺陷漏檢。

3.3 滲透檢測

滲透檢測以毛細(xì)作用原理為基礎(chǔ)，適用于檢測非多孔性材料表面開口缺陷，對于延遲裂紋這種連續(xù)性缺陷，滲透檢測缺陷檢出效果和磁粉探傷效果接近，不需要固定設(shè)備，檢驗耗時較短。

滲透檢驗主要分為前處理、滲透、清洗、顯像幾個階段。檢驗前將檢驗端面的灰塵、油污、銹跡、涂料等雜質(zhì)清洗干凈，檢測區(qū)域表面的清潔狀態(tài)直接關(guān)系到毛細(xì)作用的發(fā)揮效果，然后用滲透劑在檢驗端面20cm～30cm處均勻噴射，滲透結(jié)束后用清洗劑進(jìn)行清洗，徹底清除滲透劑后用顯像劑充分顯像，有效檢驗出延遲裂紋。整個過程中，滲透劑、清洗劑、顯像劑需要按步驟使用。

滲透檢測過程的每一步操作，如滲透劑種類的選擇、預(yù)清洗的程度、滲透時間的控制、清洗方法的選擇、顯像劑的施加等都會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，滲透檢測中滲透劑等試驗耗材的質(zhì)量非常重要，質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到檢測結(jié)果，質(zhì)量差或者過期的耗材檢驗靈敏度偏低，會對檢測結(jié)果造成影響。

3.4 超聲波探傷和測厚檢測

對于橫向延遲裂紋，還可采用超聲波的方式進(jìn)行探傷檢驗，超聲波在介質(zhì)中傳播時，在不同的界面上具有反射的特性，如遇到缺陷尺寸大于超聲波波長時反射回來，探傷儀可顯示反射波。對橫向裂紋，超聲波探傷時有明顯的雜波出現(xiàn)。用超聲波脈沖回波原理制造的超聲波測厚儀，也可用來輔助檢驗橫向延遲裂紋，有橫向延遲裂紋的測量厚度值會突變，常規(guī)厚度規(guī)格為70mm的鋼板，延遲裂紋區(qū)域所測量的厚度數(shù)值僅36.01mm。

要將已產(chǎn)生的延遲裂紋切除，宏觀上無法得知延遲裂紋向鋼板內(nèi)部延伸多少，可采用超聲波探傷和測厚檢驗的方式，對缺陷位置進(jìn)行探傷，并標(biāo)記好缺陷位置。一般切割時，會在切割線再往里20mm進(jìn)行切割，盡量切除缺陷。

圖4 超聲波探傷和測厚檢測橫裂紋

3.5 其它輔助檢測

圖5 其它輔助方法檢測延遲裂紋

耐磨板等鋼板，經(jīng)行車電磁吸盤吸附后，端面磁性較大，部分磁性可達(dá)20mT左右，這時鋼板端面會吸附周圍的氧化鐵粉，形成沿裂紋周邊的一條“黑線”，有助于辨別裂紋；模具鋼切割面薄層氧化鐵皮一般厚度在0.3mm左右，應(yīng)力裂紋開裂時切割面薄層氧化鐵皮會跟著一起開裂，且鋼板切割面上裂紋會延伸到鋼板表面，兩個方向裂紋連在一起，使得早期的微裂紋更容易被發(fā)現(xiàn)。

4 結(jié)論

通過對不同形式的延遲裂紋進(jìn)行討論，了解其裂紋產(chǎn)生的原因，并介紹了宏觀檢測、磁粉探傷檢測、滲透檢測、超聲波探傷和測厚檢測及其它輔助檢測方法，保證延遲裂紋能夠被準(zhǔn)確檢驗，及時處理。