謝洪波

(江蘇中泰橋梁鋼構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)中斑點(diǎn)狀偏析的識(shí)別①

謝洪波

(江蘇中泰橋梁鋼構(gòu)股份有限公司檢測中心， 江蘇 泰州214521 )

介紹了斑點(diǎn)狀偏析的特征及產(chǎn)生原因，闡述了斑點(diǎn)狀偏析的外觀識(shí)別，以及確認(rèn)斑點(diǎn)狀偏析的理化試驗(yàn)方法，并討論了酸浸試驗(yàn)過程的影響和使用缺陷評(píng)級(jí)圖的注意事項(xiàng)。

斑點(diǎn)狀偏析； GB/T1979-2001； 缺陷評(píng)級(jí)圖

引　言

偏析是指鋼材內(nèi)部化學(xué)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(jié)晶過程的特點(diǎn)所決定的。在隨后的軋制和鍛制過程中，這些偏析仍會(huì)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(duì)鋼材中的偏析進(jìn)行控制和檢查。

在GB/T1979-2001標(biāo)準(zhǔn)中，提出了六類偏析：錠型偏析、一般斑點(diǎn)狀偏析、邊緣斑點(diǎn)狀偏析、白亮帶、中心偏析、帽口偏析。

對(duì)鋼材酸浸低倍組織進(jìn)行評(píng)定時(shí)，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(shí)別，而斑點(diǎn)狀偏析容易與疏松相混淆，常會(huì)引起評(píng)定結(jié)果存在異議，甚至關(guān)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(dāng)冷凝收縮得不到液體補(bǔ)充時(shí)，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(shí)別。

1　斑點(diǎn)狀偏析的特征及產(chǎn)生原因

在GB/T1979-2001標(biāo)準(zhǔn)中，簡要描述了斑點(diǎn)狀偏析的特征及產(chǎn)生原因[1]，如表1所示。

表1　斑點(diǎn)狀偏析的特征及產(chǎn)生原因

2　斑點(diǎn)狀偏析的識(shí)別與確認(rèn)

2.1斑點(diǎn)狀偏析的外觀識(shí)別

斑點(diǎn)狀偏析分為一般斑點(diǎn)狀偏析和邊緣斑點(diǎn)狀偏析，其中一般斑點(diǎn)狀偏析分散分布在試面上，邊緣斑點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)狀偏析。

在外觀上，斑點(diǎn)狀偏析可從以下幾個(gè)方面識(shí)別。

2.1．1外觀形貌

斑點(diǎn)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(diǎn)。斑點(diǎn)多呈形狀不規(guī)則的橢圓形、圓形或瓜子形，斑點(diǎn)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(diǎn)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(gè)截面上的暗點(diǎn)和空隙。暗點(diǎn)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(diǎn)大小

在GB/T1979-2001之前的標(biāo)準(zhǔn)中，用“點(diǎn)狀偏析”表述“斑點(diǎn)狀偏析”，現(xiàn)今在原來名稱前增加一個(gè)“斑”字，就是為了強(qiáng)調(diào)暗色區(qū)域的大小。

疏松為“點(diǎn)”，斑點(diǎn)狀偏析為“斑”?！包c(diǎn)”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(guān)，要正確把握尺寸因素需要一定的檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。

在酸蝕試面上，疏松點(diǎn)的尺寸一般在0.5～1 mm，對(duì)250 mm以上尺寸的試樣，可達(dá)到1～3 mm；偏析斑的尺寸一般在2～5 mm，對(duì)250 mm以上尺寸的試樣，可達(dá)到5～10 mm，甚至?xí)懈蟮钠鰠^(qū)域。

圖1　一般斑點(diǎn)狀偏析

圖2　一般疏松

2.1.3數(shù)量多少

斑點(diǎn)狀偏析的形成主要與澆注條件和鋼液的質(zhì)量有關(guān)，如果斑點(diǎn)狀偏析存在，就會(huì)有一定的數(shù)量，成群分布。有時(shí)，在試片上會(huì)發(fā)現(xiàn)有個(gè)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(guān)，此時(shí)不應(yīng)評(píng)定為斑點(diǎn)狀偏析，但觀察到的現(xiàn)象仍應(yīng)記錄在檢驗(yàn)報(bào)告中。

2.1.4存在部位

斑點(diǎn)狀偏析與鋼液中汽泡上升逸出過程關(guān)系密切，其分布與汽泡上升的軌跡一致，故斑點(diǎn)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(huì)存在，只是程度可能不同。

2.2斑點(diǎn)狀偏析的理化試驗(yàn)確認(rèn)

當(dāng)僅從外觀上不能準(zhǔn)確識(shí)別斑點(diǎn)狀偏析時(shí)，可以進(jìn)行一些理化試驗(yàn)來進(jìn)一步確認(rèn)。

(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(yàn)：按GB/T15711-1995加工塔形試樣和進(jìn)行酸浸檢驗(yàn)，在存在斑點(diǎn)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(jié)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(xué)成分的不均勻造成組織的不均勻。在光學(xué)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(xì)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(jìn)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(diǎn)組元和雜質(zhì)元素的含量高于正?；w。比如，EA4T車軸鋼中的斑點(diǎn)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(yàn)過程的影響

按GB/T226-1991進(jìn)行熱酸浸蝕或冷酸浸蝕。

3.1試面的粗糙度

進(jìn)行酸浸試驗(yàn)時(shí)，試面的表面粗糙度應(yīng)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(dá)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(duì)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(shí)這些物質(zhì)會(huì)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(yàn)前應(yīng)擦拭試面，保證清潔，必要時(shí)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(shí)受鋼材材質(zhì)、浸蝕溫度、浸蝕時(shí)間、浸蝕液的種類及濃度等因素影響。浸蝕工藝應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，比如，浸蝕液多次使用后濃度降低，應(yīng)延長浸蝕時(shí)間；浸蝕溫度提高時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減少浸蝕時(shí)間。

浸蝕程度以能清晰顯示試面的低倍組織為準(zhǔn)。浸蝕過淺，低倍組織不能完全顯現(xiàn)，容易漏判；浸蝕過深，會(huì)擴(kuò)大低倍組織缺陷的嚴(yán)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(shí)地?cái)噭?dòng)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(huì)阻礙繼續(xù)浸蝕，因此也需要不時(shí)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?zèng)_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(fēng)吹干，否則很快就會(huì)在試面上生成銹跡，會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)低倍組織的判定。在疏松孔中如果殘留有水分，由于毛細(xì)現(xiàn)象，水分會(huì)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(píng)級(jí)圖的注意事項(xiàng)

(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(jìn)行觀察，將低倍組織的宏觀形貌與評(píng)級(jí)圖進(jìn)行比較。

(2)選用合適的評(píng)級(jí)圖。GB/T1979-2001標(biāo)準(zhǔn)中，有評(píng)級(jí)圖一～評(píng)級(jí)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(píng)級(jí)圖。

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

(4)試片尺寸與評(píng)級(jí)圖不一致。當(dāng)評(píng)定其它尺寸鋼材的缺陷級(jí)別時(shí)，根據(jù)各缺陷評(píng)級(jí)圖，按缺陷存在的嚴(yán)重程度縮小或放大。

(5)重視檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)低倍組織的識(shí)別和評(píng)定有一定的作用，檢驗(yàn)人員應(yīng)善于積累經(jīng)驗(yàn)和傳承經(jīng)驗(yàn)，相互之間加強(qiáng)交流。

5　結(jié)束語

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

(2)可以通過縱截面低倍檢查、塔形酸浸試驗(yàn)、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(yàn)確認(rèn)斑點(diǎn)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(duì)組織識(shí)別和結(jié)果評(píng)定的影響。

(4)使用缺陷評(píng)級(jí)圖時(shí)要注意到以目視可見為限、選用合適的評(píng)級(jí)圖、試片形貌與評(píng)級(jí)圖不一致、試片尺寸與評(píng)級(jí)圖不一致、檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)等因素。

[1]GB/T1979-2001.結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖[S].國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布.

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

[3]張春紅.EA4T車軸鋼中斑點(diǎn)狀偏析的原因分析[J].理化檢測-物理分冊(cè)，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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