鋼管等鋼材的鋼的低倍組織缺陷識別及解決方法
借助肉眼或借助低倍放大鏡， 可以觀察到棒料、盤條及坯料上存在的疏松、偏析、氣泡和縮孔殘余、夾雜、白點等明顯缺陷，把這種宏觀檢查出的缺陷稱之為鋼的低倍組織缺陷。目前鋼材的質(zhì)量檢查和判定，盡管有先進的儀器設(shè)備和方法，但因為低倍組織缺陷檢查的簡單和直接，依然在生產(chǎn)實踐中被廣泛應用。最新頒布的新國標GB/T226-2015《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法》和GB/T1979-2001《結(jié)構(gòu)鋼低倍組織缺陷評級圖》等就是用來指導宏觀檢驗的。
以下對常見鋼的低倍組織缺陷的識別、產(chǎn)生原因、對鋼的性能影響及消除方法進行粗淺地闡述。
1.疏松。疏松是鋼在致密性方面的缺陷。一般發(fā)生在鋼錠的上部及中部，這些地方集中了較多的雜質(zhì)和氣體造成的孔隙，試樣經(jīng)酸浸后這些雜質(zhì)和孔隙為酸液溶解和侵蝕，擴大成許多洞穴。在橫向試樣上，如果疏松分布在整個截面上，稱之為一般疏松；如果集中在鋼材中心相當于鋼錠最后結(jié)晶的等軸晶區(qū)，稱之為中心疏松。形成疏松的主要原因是鋼中的低熔點雜質(zhì)和氣體。在形成鋼液過程中，由于體積收縮和氣體析出會形成樹枝狀的晶間空隙和顯微孔隙，如果鋼液中的雜質(zhì)聚積在其中，而未被鋼液填充，則造成組織的不致密性。
防止鋼材產(chǎn)生嚴重疏松的辦法，主要是要減少鋼中的雜質(zhì)和氣體。
2.偏析。偏析是鋼在均勻性方面的缺陷，在碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼中均可見到。鋼的試樣經(jīng)酸浸后的偏析一般有樹枝狀、方框型、點狀偏析，當今隨著冶煉技術(shù)的提高，點狀偏析已極少發(fā)現(xiàn)。
樹枝狀偏析多數(shù)情況是澆注溫度過高和冷卻緩慢所致。在鋼液凝固結(jié)晶過程中，首先形成樹枝狀晶軸。然后在一次晶軸上沿一定角度長出二次晶軸，再派生出三次、四次形同樹枝狀的晶軸，液體逐漸占據(jù)枝晶空隙填滿到結(jié)晶結(jié)束，于是就構(gòu)成了樹枝狀晶軸與晶粒之間成分的不均勻性。當樹枝狀偏析非常嚴重時，會嚴重惡化鋼的機械性能。
方框型偏析與碳的偏析產(chǎn)生鐵素體和珠光體多少有關(guān)，由于鑄錠結(jié)晶時，在柱狀晶的末端與錠心等軸晶區(qū)之間聚積較多雜質(zhì)和孔隙而形成。嚴重的方框型偏析在熱處理后會使緊固件的機械物理性能降低。
鋼的偏析與鋼的成分、鋼中氣體與雜質(zhì)含量、澆注溫度和冷卻速度有關(guān)，消除的方法主要是減少鋼中的雜質(zhì)和氣體，在冶煉和澆注方面采取措施。
3.氣泡和縮孔殘余。氣泡是鋼中氣體形成的空洞，分為皮下氣泡和蜂窩氣泡，是鋼中的氣體引起的缺陷。縮孔殘余是鋼液在凝固過程中，由于各部分結(jié)晶及體積收縮的先后不同，而形成比較集中的空穴。正常情況下，鋼錠都有冒口切除工藝，但如果切除不盡或縮孔較深及錠中時就會造成縮孔殘余。防止氣泡產(chǎn)生一是減少鋼中氣體，二是煉鋼時設(shè)法增加鋼液的流動性等。
4.夾雜物。鋼的低倍組織缺陷中的夾雜物分為金屬和非金屬兩類，金屬夾雜物是鋼中混入了異樣金屬，由于化學成分的不同，在經(jīng)浸蝕的低倍試樣上很容易將它們與基體金屬和其他缺陷加以區(qū)別。一般是在冶煉高合金鋼時，加入的鐵合金數(shù)量較多或鐵合金塊較大時，會因未被全部熔化而形成金屬夾雜物。
非金屬夾雜物是冶煉時鋼中的氣體與脫氧劑及合金元素反應的產(chǎn)物以及耐火材料碎片，主要是鐵與氧、硫、氮所形成的化合物。非金屬夾雜物一般不具備金屬光澤，很容易發(fā)現(xiàn)。其對鋼的機械性能影響主要表現(xiàn)在降低疲勞強度，容易造成產(chǎn)品缺口和應力集中而引起疲勞裂紋導致緊固件早期失效。另外對鋼的熱處理性能、焊接性能和耐腐蝕性能均有不利影響。消除夾雜物的措施除了傳統(tǒng)的潔凈爐料外，目前普遍采用的真空熔煉、鋼液的真空處理等爐外精煉技術(shù)都有顯著效果。
5.白點。鋼中白點是在試樣縱向斷口上呈現(xiàn)出銀白色的橢圓斑點，而在被磨光并酸浸的橫向試樣上則為細長而平直的裂紋。白點也稱為發(fā)裂；白點對鋼的性能影響較大，是熱軋合金結(jié)構(gòu)鋼不允許的低倍組織缺陷。各種鋼對白點的敏感程度不同，鉻鋼、錳鋼等合金結(jié)構(gòu)鋼敏感性大，而碳素結(jié)構(gòu)鋼對白點的敏感性較小。鋼的白點敏感性不僅與化學成分有關(guān)，并且與煉鋼的方法有關(guān)。目前在緊固件企業(yè)，普遍采用超聲波探傷、酸浸、磁粉探傷、著色探傷和斷口檢驗等方法對鋼中白點進行檢查和判斷，這是十分必要的。
鋼液中的含氫量是產(chǎn)生白點的重要條件，所以防止白點的辦法主要是在冶煉澆注時減少鋼中的氫氣。如少用生銹的鑄鐵和廢鋼、對合金料徹底燒烤除氣以保證煉鋼時整個熔池內(nèi)發(fā)生足夠強烈的沸騰。真空冶煉和鋼液的真空處理，它不僅可使鋼中含氫量降低，消除了白點等缺陷的發(fā)生，并且能夠有效地去除了氧和氮含量，減少了鋼中夾雜物與偏析，極大地提高了鋼的純凈度，使鋼的力學性能得到顯著改善。
總之，對高強度緊固件，低倍組織缺陷中心疏松、一般疏松、方形偏析允許≤2.0級；不允許存在白點、縮孔、氣泡、翻皮等缺陷，這些缺陷都是熱處理產(chǎn)生淬火開裂的重要原因之一。一般情況下，缺陷越嚴重，其淬火裂紋和冷鐓或使用過程中開裂的傾向性越大。因此，上述缺陷在原材料進廠時必須嚴格檢驗和判定，才能促進企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
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