不銹鋼鋼材質量檢驗

1、不銹鋼鋼材質量檢驗工程技術教材前 言按ISO9001質量管理體系的基本思想，就是：產品質量是制造出來的，而不是檢驗出來的。所以，特別強調過程管理，質量體系持續(xù)有效，不斷完善，數(shù)據(jù)說話。在過程控制的同時強調監(jiān)督、檢查，為證明產品良好提供判據(jù)。這是對立統(tǒng)一關系。檢查就是通過揭示問題，達到不斷提高的目的；檢查就全方位的，從不同角度提供證明產品是合格的判據(jù)。任何尖端、重要產品都不是按照純理論要求制造出來的，而是把要求控制在一定范圍內，只要每個部件都在規(guī)定范圍內，即使整個系統(tǒng)誤差都處于最大值，產品也能保證最低性能。檢查就是為了給這個最低性能提供保證。這個“規(guī)定范圍”就是標準。標準要求，不是最低值，也不是

2、最高值而是按現(xiàn)有生產條件、技術水準，檢測能力都處于正常狀態(tài)就能實現(xiàn)的目標值。所以，產品質量檢驗在整個生產過程中，對保證產品質量是非常重要的監(jiān)督手段，也是必不可少的環(huán)節(jié)之一。目 錄第一章 鋼材檢驗概論.1一、檢驗標準.1二、檢驗項目.1第二章 鋼的化學成分檢驗.3第一節(jié) 化學分析.4第二節(jié) 儀器分析.5第三節(jié) 鋼鐵材料火花鑒別.6第三章 鋼的宏觀檢驗.6第一節(jié) 鋼錠的組織及宏觀缺陷.6第二節(jié) 鋼材常見宏觀組織及缺陷.9第三節(jié) 酸浸試驗.14第四節(jié) 鋼材塔形發(fā)紋酸洗檢驗方法.14第五節(jié) 斷口檢驗.16第四章 金相檢驗.20第一節(jié) 金相試樣制備. .20第二節(jié) 金相顯微鏡.20第三節(jié) 脫碳層深度測度

3、.21第四節(jié) 晶粒度檢驗.22第五節(jié) 鋼中非金屬夾雜物的檢驗.23 第六節(jié) 鋼中化學成分偏的檢驗.28第五章 力學性能檢驗.30第一節(jié) 硬度試驗.30第二節(jié) 拉伸試驗.33第三節(jié) 金屬高溫性能.37第四節(jié) 沖擊試驗.37第六章 工藝性能檢驗.39第一節(jié) 金屬管礦口試驗.39第二節(jié) 金屬管液試驗.40第三節(jié) 金屬管壓扁試驗.40第四節(jié) 彎曲試驗.41第五節(jié) 金屬管卷邊試驗.41第六節(jié) 金屬管彎曲試驗.41第七節(jié) 金屬管縮口試驗.42第八節(jié) 金屬杯突試驗.42第九節(jié) 鋼的淬透性試驗.42第十節(jié) 焊接性能試驗.43第七章 物理性能檢驗.44第一節(jié) 密度.44第二節(jié) 膨脹系數(shù).44第三節(jié) 電阻率.44

4、第四節(jié) 熱分析法.45第五節(jié) 熱電勢.45第六節(jié) 磁性.45第八章 鋼的化學性能檢驗.46第一節(jié) 晶間腐蝕試驗.46第二節(jié) 抗氧化性能試驗.47第三節(jié) 大氣腐蝕試驗.48第九章 無損檢驗.49第一節(jié) 超聲檢測.49第二節(jié) 渦流檢測.50第三節(jié) 射線探傷.50第四節(jié) 滲透探傷.51第一章 鋼材檢驗概論冶金工廠生產各種鋼材，出廠時都要按照相應的標準及技術文件的規(guī)定進行各項檢驗（試驗）?？茖W試驗（檢驗）是科學技術發(fā)展的基礎，它標志著科學技術發(fā)展的水平，是推動科學技術發(fā)展的重要手段。冶金產品檢驗是冶金工業(yè)發(fā)展的基礎，它標志著冶金工業(yè)技術水準和冶金生產的質量。應使用各種有效的手段對半成品和成品進行質量檢

5、驗，監(jiān)督檢驗工作必須作為生產流程中的一個重工序。鋼材質量檢驗對于知道冶金工廠不斷改進生產工藝、提高產品質量、生產符合標準的鋼材，以及指導用戶根據(jù)檢驗結果合理選用鋼材、正確進行冷、熱加工和熱處理都具有重要的實際意義。通過對鋼材產品和半成品的檢驗，可以發(fā)現(xiàn)鋼材質量缺陷，查明產生缺陷的原因，達到知道各生產環(huán)節(jié)（部門）制定相應措施將其消除或防止，同時也可以做到盡可能杜絕有缺陷的不合格鋼材供應給用戶。此外，隨著檢驗方法的改進和不斷完善，可以進一步提高檢驗質量和檢驗準確性，提高檢驗速度，縮短檢驗周期，也可促進新鋼種的開發(fā)研究和新產品的試制。一、檢驗標準衡量冶金產品質量需要有一個共同遵循的準則，這就是技術標

6、準。對冶金產品制定出符合實際的標準，并在整個生產過程和全行業(yè)中貫徹執(zhí)行，則產品質量就有了保證，并可逐步得到提高，有利技術標準之后，還必須采用保證產品所需的各種檢驗方法所規(guī)定的標準，這就是方法標準，它是正確評價和檢驗產品質量高低的技術依據(jù)。我國已初步形成符合我國國情，具有一定水平、一定規(guī)模的冶金產品標準體系。自1955年重工業(yè)部頒布第一批35個試驗方法標準以后，新的標準逐年增加，到目前為止，已建立了各種方法標準600多個，基本滿足了目前冶金產品生產和使用的需要。鋼的檢驗方法標準包括化學成分分析、宏觀檢驗、金相檢驗、力學性能檢驗、工藝性能檢驗、物理性能檢驗、化學性能檢驗、無損檢驗以及熱處理檢驗等方

7、法標準等。每種檢驗方法標準又可分為幾個到幾十個不同的試驗方法。每個試驗方法都有相應的國家標準或冶金行業(yè)標準，有的試驗方法還有企業(yè)標準。二、檢驗項目鋼鐵產品品種不同，要求檢驗的項目也不同，檢驗項目從幾項到十幾項不等，對每一種鋼鐵產品都必須按相應技術條件規(guī)定的檢驗項目逐一進行認真的檢驗，每個檢驗項目都必須一絲不茍地執(zhí)行檢驗標準。表1列出了經常遇到的十個鋼種所要求的檢驗項目，每一個檢驗項目都有一定的合格指標。第二章 鋼的化學成分檢驗鋼的物理性能、化學性能、力學性能等都由其化學成分所決定的，所以，每種鋼都有一定的化學成分。保證鋼的化學成分是對鋼的最基本要求。只有進行化學成分分析才能確定某鋼的化學成分是

8、符合標準規(guī)定。鋼的化學成分是鋼種各化學元素的質量百分比數(shù)?；瘜W成分分析按其任務可分為定性和定量分析?；瘜W成分分析按其原理和所使用的儀器設備，又可分化學分析和儀器分析，化學分析是以化學反應基礎的分析方法。儀器分析是以被測物的物理化學性質為基礎的分析方法，由于分析時常常用到比較復雜儀器，故稱儀器分析。第一節(jié) 化學分析化學分析是以化學反應為基礎的分析方法，主要分為以下兩種：1、重量分析法通常是使被測組分與試樣中的其它組分分離后，轉變?yōu)橐环N純粹的、化學組成固定的化合物，稱其重量，從而計算被測組分含量的一種分析方法。這種方法的分析速度較慢，但準確度高，目前在某些測定中仍用作標準方法。2、滴定法此法是用一

9、種已知準確濃度的試劑溶液（即標準溶液），滴加到被測組分溶液中去，使之發(fā)生反應，根據(jù)反應恰好完全時所消耗標準溶液的體積計算出被測組分的含量。這樣的分析方法稱為滴定法，又稱溶量分析法，此種方法操作簡單快速，測定結果準確度比較高，有較大適用價值。此外還有比色法、導電法等。一、碳的測定碳是鋼中的重要元素。平衡狀態(tài)下碳溶于-Fe即鐵素體中。碳與鋼中的鐵作用形成滲碳體，合金鋼中的碳還能與合金元素形成碳化物。測定鋼中碳的方法很多，有物理法（如光譜法），化學及物理化學法（如燃燒氣體容量法、吸收重量法等）。常用的有燃燒氣體容量和燃燒非水滴定法。目前，所生產的化學分析設備及生產實際操作中大多為碳硫連續(xù)測定，而且測

10、定方法也很多。二、硫的測定硫來自生鐵和燃燒，硫是極有害的雜質元素。硫的存在促使鋼產生熱脆性，同時也容易在鋼凝固時產生偏析，降低鋼的抗疲勞性、可塑性、耐磨性等，通常硫在鋼中的含量不超過0.035%。測定硫的方法有高溫燃燒法和溶解法等。三、磷的測定磷主要來自生鐵，磷也是鋼中的一種有害元素，但有時為了提高鋼的耐腐蝕性能，在鋼中添加磷的例子也有。普通鋼磷的含量大多控制在0.045%以下，優(yōu)質鋼控制在0.035%以下。測定鋼中磷的方法很多，一般都是使磷酸，再與鉬酸銨作用生成磷鉬酸，在此基礎上分別用重量法、滴定法、磷釩鉬酸光度法或磷鉬蘭廣度法等進行測定。四、硅的測定鋼中Si來自生鐵，廢鋼和脫氧劑。硅也可作

11、為合金元素特意加入。硅的含量一般小于或等于1%。硅的測定方法有重量法，容量法、光度法等。對硅含量很低的鋼或鐵中硅的測定多采用硅鉬蘭光度法。五、錳的測定鋼中錳主要來自生鐵、廢鋼和脫氧劑，錳鋼中的錳是煉鋼時專門加入的，錳在鋼中多以化合物的形態(tài)存在，如MnS、Mn3C等，也能固溶于鐵素體中。鋼中錳的測定方法，根據(jù)錳含量的多少可采用容量法或光度法等。六、鉻和鎳的測定鉻是冶煉合金鋼、不銹鋼的重要合金元素之一。鋼中加入合金元素鉻，可以改善鋼的工藝性能、提高鋼的機械性能，加入大量的鉻可使鋼具有特殊的物理、化學性能，譬如鉻含量在12%以上，鋼就具有了不銹鋼的特性。鉻的測定，對鉻含量高的鋼、鐵常采用滴定法測定，

12、低含量一般用光度法測定。鎳也是冶煉合金鋼、不銹鋼的一種極重要的合金元素。根據(jù)鋼的性能要求不同，鎳的添加量不同。含鎳具有良好的力學性能，高鎳鋼具有特殊的物理、化學性能。鎳的測定方法很多，一般多采用滴定法和光度法。在許多方法中鎳的測定常常受到鈷的干擾。第二節(jié) 儀器分析儀器分析是以物質的物理性質或物理化學性質為基礎的分析方法。儀器分析需將待測物質光、電、熱、聲、磁等物理量或化學量轉換成電信號，再與已知量的標準物質在相同條件下得到的電信號作比較，以測量出這些物質的化學組成、含量和結構。這些物理量和物理化學量的測定，一般需要采用專門的儀器設備。儀器分析的靈敏度高、分析速度快，所需試樣量少、容易實現(xiàn)自動化

13、、所以儀器分析方法已逐步成為化學分析的主要方法。常用的儀器分析方法有光譜分析、光電比色分析、極譜分析、電子和離子探針微區(qū)分析等。光譜分析可分為發(fā)射光譜分析，原子吸收光譜和射線熒光光譜分析。光電直讀光譜分析是發(fā)射光譜分析的一種。其基本原理是試樣受到光原發(fā)生器的作用，其組成元素的原子轉變成氣態(tài)原子時，其中一些原子的外層電子被激發(fā)到高能狀態(tài)成為激發(fā)態(tài)原子。當它們從高能級躍遷回到低能級時，發(fā)射出不同波長的光譜線，各種原子結構不同，所發(fā)射的光譜也不同。試樣中元素含量不同，譜線強度也不同和，發(fā)射的光經過分光儀器作用，可以根據(jù)波的長短排列成原子或離子被激發(fā)的線狀光譜，由光電原件將光信號轉變?yōu)殡娦盘?，經放大?/p>

14、錄自動給出分析結果。光電直讀光譜分析速度快，分析結果準，確操作方便，應用范圍越來越廣，特別是作為煉鋼爐前分析，已成為必不可少的分析設備。第三節(jié) 鋼鐵材料火花鑒別鋼的火花鑒別是一種最簡便鑒別鋼種類的方法，火花鑒別是一種古來的方法，然而由于方法簡便易行，所以應用廣泛。圖2-1到圖2-8是八種不同鋼的火花特征。第三章 鋼的宏觀檢驗宏觀分析則因其觀察面較大且較直觀，可了解金屬或合金結構的整體情況，便于對比研究生產工藝改變時所造成的材料內部質量的差異，因此廣泛用于判斷冶煉、塑性加工或焊接過程是否正常，在工廠和科研部門也是檢查冶金質量、熱處理質量和分析機械零件早期失效原因的重要試驗研究手段，有時通過宏觀分

15、析還可推知材料和構件的制造歷史，特別是加工成型的方法，達到控制材料和產品質量的目的。宏觀檢驗是用肉眼或用不大于十倍的放大鏡檢查金屬表面或斷面以確定其宏觀組織缺陷的方法。宏觀檢查也稱低倍組織檢驗，其檢驗方法很多，包括酸浸試驗、硫印試驗、斷口檢驗和塔形試樣發(fā)紋檢驗等。酸浸試驗可以顯示一般疏松、中心疏松、錠型偏析、點狀偏析、皮下氣泡、殘余縮孔、翻皮、白點、晶間裂縫、內部氣泡、非金屬夾雜物（肉眼可見的）及夾渣、異金屬等，并可對缺陷進行評定。硫印試驗是利用鋼中硫化物與硫酸反應生成硫化氫、硫化氫與相紙的溴化銀反應生成硫化銀，使相紙變成棕色這一原理檢查鋼中硫的宏觀分布情況，并可間接檢查其它元素在鋼中偏析和分

16、布情況。斷口檢驗是根據(jù)目的采取適當方法將試樣折斷以檢驗斷口質量，或對在使用過程中破損的零部件和生產制造過程中由于某種原因而導致破損的工件斷口進行觀察和檢驗。可按斷口的宏觀形貌和冶金缺陷將斷口分類，評定鋼材質量。塔形車削發(fā)紋檢驗是檢查鋼材不同深度處的發(fā)紋。試驗時將鋼材試樣車成不同尺寸的接替，進行酸浸或磁力探傷后，檢查其裂紋程度，以衡量鋼中發(fā)紋夾雜物、氣孔和疏松存在的多少。發(fā)紋嚴重地危害鋼的動力學性能，特別是疲勞強度等，因此，對重要用途的鋼材都要進行塔形檢驗。總之，每種檢驗都是以不同的顯露形式，暴露金屬材料的組織缺陷，加以評定，將其控制在允許的范圍的。第一節(jié) 鋼錠的組織及宏觀缺陷鋼在冶煉后，除少數(shù)

17、直接鑄成鑄鋼件外，絕大部分都要先鑄成鋼錠（或鋼坯），隨后再軋制（或鍛造）成各種鋼材，如型鋼、鋼板、鋼管、金屬制品等。鋼材的質量與鋼錠（鋼坯）的質量有著直接的關系。根據(jù)煉鋼終脫氧是否完全，澆注后可得到不同的鋼錠。鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵和鋁等進行充分脫氧，使鋼液澆入鋼錠模后不發(fā)生碳-氧反應，凝固時析出氣體很少，鋼液表面平靜，這種鋼稱為鎮(zhèn)靜鋼；澆注前只用少量錳脫氧，脫氧不完全，鋼液注入鋼錠模后，鋼液冷卻時發(fā)生碳-氧反應，析出大量一氧化碳氣體引起鋼液沸騰，這種鋼稱為沸騰鋼，經連鑄機澆注的鋼錠稱為連續(xù)鑄錠（連鑄坯）。下面簡單介紹鎮(zhèn)靜鋼鋼錠、沸騰鋼鋼錠以及連鑄坯的組織和缺陷。一、鎮(zhèn)靜鋼圖3-1為鎮(zhèn)靜鋼鋼

18、錠的宏觀組織示意圖。與純金屬鑄錠基本相同，也是由表層晶粒區(qū)、柱狀晶區(qū)及中心等軸晶粒區(qū)三個晶區(qū)組成。所不同的是，在鎮(zhèn)靜鋼錠下部還有一個由等軸細晶粒組成的致密的沉積椎體，這是鎮(zhèn)靜鋼錠的組織特點。表層由于鋼錠模的激冷，過冷度大，形核率高，形成細小等軸的晶粒，它的厚度通常較薄，與鋼液的澆注溫度有關，澆注溫度越高，則等軸細晶區(qū)越薄。在表層等軸細晶區(qū)形成的同時，模壁溫度迅速升高，冷卻速度變慢，固相和液相的接口處鋼液的過冷度大大減少，新晶粒的形成變得困難，只有那些一次晶軸垂直于型壁的晶粒才能得以優(yōu)先成長，形成了柱狀晶粒。由于固液接口前沿的液體中存在著成分過冷，所以，柱狀晶往往以枝晶方式長大，形成樹枝狀晶體。

19、當鑄錠中心的鋼液經過散熱也都降至鋼液熔點以下時，由于過冷度小，加之雜質等多方面的因素作用，會在剩余的整個液體中同時形成數(shù)目較少的晶核，因這些晶核是在液體中自由成長，各方面的成長速率差不多一致，故長成等軸晶粒。當它們生長到和柱狀晶相遇時，就會阻擋期繼續(xù)長大，且在全部鋼液結晶完畢后，就形成了中心等軸粗晶粒區(qū)。中心等軸晶的降落現(xiàn)象被稱為“結晶雨”，降落到鋼模的底層，形成錐形體。鎮(zhèn)靜鋼鋼錠常見缺陷1、偏析鋼錠中的偏析是鋼錠中各部分化學成分不均勻的現(xiàn)象。按照偏析涉及的范圍大小，偏析可分為兩種，即區(qū)域偏析和顯微偏。圖3-2為鎮(zhèn)靜鋼錠的縱切面上偏析分布情況示意圖?？梢杂^察到明顯的偏析帶：錠心上部的倒V形偏析

20、帶、V形偏析帶以及鋼錠下部的錐狀偏析帶。倒V形偏析的形成是由于柱狀晶結晶時，雜質元素富集在結晶前沿，而富含雜質的鋼液密度較輕，逐漸上浮集中在鋼錠上部，在中心等軸晶帶開始結晶時，這些雜質大量的固定在柱狀晶和中心等軸晶帶之間，構成了鋼錠上部的倒V形偏析帶，在鋼錠橫切面上表現(xiàn)為方形偏析（錠型偏析）和點狀偏析特征。V形偏析是由于保溫冒口內鋼液向下補縮而形成的，因為保溫胃口內鋼液雜質富集，因此向下補縮時形成漏斗形偏析，在鋼錠的橫切面上，表面為中心偏析。倒V形偏析和V形偏析均屬于正偏析，即偏析帶雜質的含量高于鋼錠平均含量。在中心等軸晶開始結晶時，先長成的晶體因密度較大而下沉，形成了鋼錠底部的錐狀偏析。由于

21、是最先結晶的，所以雜質含量低于鋼液中平均含量，因此這種偏析屬于負偏析，但這里含有較多的高熔點氧化物（SiO2或SiO2FeO等）,可能是晶體下沉帶來的。2、縮孔和純金屬鑄錠一樣，鋼液在凝固時要發(fā)生收縮，故在凝固后的鋼錠中會出現(xiàn)縮孔。在鋼錠上部安放保溫冒，可使縮孔集中在鋼錠頂部冒口中，縮孔處是鋼錠最后凝固的地方，是偏析、夾雜物和疏松密集的區(qū)域。在壓力加工前必須把冒口切掉。如果切頭時未被除凈，遺留相愛的殘余部分，在鋼材的低倍檢驗中稱為殘余縮孔，它是一種不允許存在的低倍組織缺陷。為了減少縮孔深度，主要是選擇合理的錠模錐度和尺寸，采用保溫冒并嚴格控制澆注條件。3、疏松疏松是鋼不致密性的表現(xiàn)。由于晶粒以

22、枝晶方式長大，在結晶后期“數(shù)枝”相遇時，堵塞了鋼液向“樹枝”間隙補充的通道，鋼液的流動性又較差，因此形成很多細小的空隙，稱為疏松。疏松若集中在最后凝固的中心區(qū)域，即縮孔的下部區(qū)域，則稱為中心疏松。由于鋼液中含有較多的氣體，在凝固時，由鋼中析出后，不能完全上浮，形成細小的孔隙，它們均勻分布于鋼錠的各部分，稱為一般疏松。4、氣泡（氣孔）鎮(zhèn)靜鋼中的氣泡分皮下氣泡和內部氣泡兩種?？拷撳V表面的氣泡為皮下氣泡。它是在鋼錠皮下呈分散或成簇分布的細長裂紋或橢圓形氣孔，而細長裂紋又多數(shù)垂直于鋼錠表面，皮下氣泡多出現(xiàn)于鋼錠尾部，時常成群出現(xiàn)。鋼錠模內壁潮濕、鋼錠模內壁涂料含水份和保護渣不干燥等原因均能引起皮下氣

23、泡。位于鋼錠內部的氣泡稱為內部氣泡，它呈蜂窩狀，內壁較光滑，有些氣泡中還伴有微笑的可見夾雜物。鋼液中含有大量氣體，在澆注過程中大量折出，隨著結晶的進行，在樹枝狀晶體之間形成的氣泡不能很好上浮而留在鋼的空位中，而成為內部氣泡。二、沸騰鋼圖3-3為沸騰鋼錠宏觀組織示意圖，其結晶過程與鎮(zhèn)靜鋼基本相同，但于鋼液沸騰，使其宏觀組織具有與鎮(zhèn)靜鋼錠下同的特點。沸騰鋼鋼錠常見宏觀缺陷1、蜂窩氣泡帶蜂窩氣泡是由分布在柱狀晶帶內的長形氣泡所構成。2、二次氣泡帶由于結晶過程中碳氧濃度繼續(xù)增大，并不斷積聚，同時結晶體積收縮，使形成氣泡所需要克服的外壓力逐漸降低，CO反應重新進行，但此時氣體出路已被堵死，這些氣體便呈球

24、形留在鋼錠內，這就是二次氣泡帶。3、連鑄坯通常，連鑄坯的凝固組織和模鑄鎮(zhèn)靜鋼鋼錠的凝固組織相比較，二者并無根本的差別，都是由表層激冷層、次層柱狀晶區(qū)和中心等軸粗晶區(qū)三部分組成，各晶區(qū)的形成機理也大致相同。但是，由于連鑄坯的斷面相對小，而且是在較強的冷卻條件下凝固的，因而其斷面上溫度梯度較大，凝固速度較快。溫度梯度大有利于柱狀晶的生長，而凝固速度快則易于生成枝晶間距小的鑄造組織。所以在澆注相同鋼種情況下，連鑄坯比鋼錠具有較發(fā)達的柱狀晶組織，并有著較小的樹枝晶間距。連鑄坯的常見缺陷見圖34。第二節(jié) 鋼材常見宏觀組織和缺陷鋼錠經過軋制（或鍛造）制成的型鋼、鋼板、鋼管等稱之為鋼材。鋼材的宏觀缺陷與鋼錠

25、質量有密切關系，常見鋼材宏觀組織及缺陷包括一般疏松、中收疏松、錠型偏析、斑點狀偏析、白亮帶、中心偏析、帽口偏析、皮下氣泡、殘余縮孔、翻皮、白點、軸心晶間裂縫、內部氣泡、非金屬夾雜物（肉眼可見）及夾渣、異金屬夾雜等15種。在生產過程中，還會出現(xiàn)過熱（晶粒粗大）和過燒組織，以及邊緣和中心增碳等缺陷。在經過酸蝕的試樣上，對所觀察到的宏觀（低倍）組織進行辨認和評定時可根據(jù)GB/T19792001標準評級圖片進行。該標準是指導性的，使用于各類鋼。下面簡要地敘述一些常見組織和缺陷在酸蝕試樣上的特征。一、 一般疏松一般疏松在橫向酸浸試樣上表現(xiàn)為組織不致密，整個截面上出現(xiàn)分散的暗點和空隙。暗點之所以發(fā)暗是由于

26、珠光體量明顯增加，而暗點上的許多微空則是因細小的非金屬夾雜物和氣體的聚集，經酸浸蝕后擴大而形成的。因此可以說，暗點是碳，非金屬夾雜物和氣體的聚集而產生的。至于空隙，則是非金屬夾雜物被酸溶解遺留下來的孔洞。鋼的組織疏松對性能很有影響，特別是對橫向力學性能影響大，降低斷面收縮率、斷后、沖擊韌性，拉伸試驗時斷口出空隙、降低抗拉強度。鋼的一般疏松見圖35。二、中心疏松中心疏松在橫向酸浸試樣上表現(xiàn)為空隙和暗點都集中分布在中心部分，它是鋼錠最后結晶收縮的產物。由于氣體、低熔點雜質、偏析組元都在中心部位最后凝固，所以該部位易被腐蝕，酸浸后出現(xiàn)一些空隙和較暗的小點，見圖36。輕微中心疏松對鋼的力學性能影響不大

27、。但是，嚴重的中心疏松影響鋼的橫向塑性和韌性指標，降低強度，且有時在加工過程中出現(xiàn)內裂，特別荒管穿孔時容易出現(xiàn)內裂，因此嚴重中心疏松不是允許存在的。三、 錠型偏析錠型偏析在橫向酸浸試親上表現(xiàn)為腐蝕較深、由暗點和孔隙組成，與原錠型橫截形狀相似的框帶。由于其形狀一般為方形，所以又稱方形偏析。錠型偏析是鋼錠結晶過程中，柱狀晶生長時把低熔點組元、氣體和雜質元素推向尚未冷凝的中心液相區(qū)，便在柱狀晶區(qū)與中心等軸晶區(qū)交界處形成偏析和雜質集聚框。試驗分析證明，錠型偏析框處的碳、硫、磷含量都比基體高，如圖37所示。錠型偏析使鋼的橫向斷面伸長率、斷面收縮率以及沖擊吸收功降低。錠型偏析的級別應根據(jù)形區(qū)的組織疏松程度

28、和框帶的寬度來評定。四、斑點狀偏析在橫向酸浸試樣上出現(xiàn)的形狀和大小均不同的各種暗色斑點，這些斑點無論與氣泡同時存在或單獨存在，均統(tǒng)稱為斑點狀偏析。當斑點散分在整個截面上時稱為一般斑點狀偏析；當斑點存在于試片邊緣時稱為連緣斑點狀偏析。斑點狀偏析是鋼錠結昌過程中區(qū)域偏析的一種。斑點狀偏析處的碳含量比基體高，而硫、磷等元素則比基體稍高。斑點狀偏析對鋼的力學性能影響不大。但也應控制斑點狀偏析的數(shù)量、大小以及不使其集中分布。評定斑點狀偏析的級別時，如果斑點數(shù)量多、點子大、分布集中，應評為高級別；如果試樣上即既有點狀偏析，又有氣泡，則應分別評定。五、 中心偏析中心偏析在酸浸試片上的中心部位呈現(xiàn)腐蝕較深的暗

29、斑，有點暗斑周圍有灰白色帶及疏松。鋼液在凝固過程中，由于選分結晶的影響以及連鑄坯中心部分冷卻較慢，從而在中心部位產生成分偏析。評級時可根據(jù)中心暗斑的面積大小及數(shù)量來評定。六、帽口偏析帽口偏析表現(xiàn)在酸浸試片的中心部位呈現(xiàn)發(fā)暗的、易被腐蝕的金屬區(qū)域。靠近帽口哦部位由含碳的保溫填料對金屬的增碳作用，將引起帽口偏析。評級時可根據(jù)發(fā)暗區(qū)域的面積大小進行評定（參照GB/T19792000）標準中附錄A評級圖的中心偏析圖片評定。七、皮下氣泡皮下氣泡在橫向酸浸試樣上表現(xiàn)為試樣皮下分散或成簇分布的細長裂紋或橢圓形氣孔，而細長裂紋又多數(shù)垂直于試樣表面，如圖3-8所示。皮下氣泡是由水鋼錠模內清理不良和保護渣不干燥等

30、原因引起的，它造成鋼材熱加工時出現(xiàn)裂紋，因此，熱加工用鋼材不得有皮下氣泡。八、殘余縮孔殘余縮孔是在鋼錠冷凝收縮時產生的。殘余縮孔在橫向酸浸試樣上（多數(shù)情況）表現(xiàn)為中心區(qū)域有不規(guī)則的折裂縫或空洞，在其上或附近常伴有嚴重的疏松、夾雜物（夾渣）或者成分偏析等。鋼錠結晶時體積收縮得不到鋼液補充，在最后冷凝部分部便形成空洞和空腔，如圖3-9所示。殘余縮孔是切頭不足造成的，它嚴重破壞了鋼的連續(xù)性，因此這種缺陷是絕對不允許存在的。如果發(fā)現(xiàn)鋼材有殘余縮孔，允許將其頭部相應于殘余縮孔的部位切除，并重新取樣，直至不出現(xiàn)殘余縮孔為止。殘余縮孔的級別可根據(jù)裂紋或空隙的大小來評定。九、翻皮在橫向酸蝕試樣上看，翻皮一般表

31、現(xiàn)為顏色和周圍不同，且形狀不規(guī)則的彎曲狹長條帶。條帶中間及其周圍存在這氧化物和硅酸鹽夾雜，以及氣孔。翻皮的產生，是在澆注過程中鋼液表面氧化膜翻入鋼液中，凝固前未能浮出所致。十、白點白點在酸浸試樣上表現(xiàn)為鋸齒形的細小發(fā)裂，呈放射狀、同心圓形或不規(guī)則形狀分散在中央部位。而在縱向斷口上則表現(xiàn)為圓形或橢圓形亮斑或細小裂縫。白點的形成機理是氫和組織應力共同作用的結果，見圖3-10所示十一、內部氣泡內部氣泡在酸浸試樣上呈度不等的直線裂縫或彎曲的裂縫，其內壁較為光滑，有些裂縫還伴有微小的可見夾雜物。鋼液中含有大量氣體，在澆注過程中大量析出，隨著結晶的進行，在樹枝晶體之間形成的氣泡不能很好上浮而留在鋼的空位中

32、，如圖3-11所示。十二、非金屬夾雜物（肉眼可見）及夾渣非金屬夾雜物在酸浸試樣上表現(xiàn)為不同形狀和不同顏色的顆粒。它是沒有來得及上浮而被凝固在鋼錠中的熔渣，或剝落到鋼液中的爐襯和澆注系統(tǒng)內壁的耐火材料。非金屬夾雜物的存在皮壞了金屬的連續(xù)性，在熱加工、熱處理時容易產生裂紋，降低鋼的度，特別是疲勞強度。評定非金屬夾雜物時應以肉眼可見的雜質為限。如果度樣上出現(xiàn)空洞或空隙，但又看不到夾雜物，可按疏松評定。對要求高的鋼種，應進行高倍檢驗。此外還有內裂、中心增碳、表面裂紋、脫碳以及高速鋼碳化物剝落等宏觀組織缺陷，這里不一一介紹。評定上述各類缺陷時，以GB/T19792001標準附錄A中所列圖片為準，評定時各

33、類缺陷以目視可見為限，為了確定缺陷的類別，允許使用不大于10倍的放大鏡，根據(jù)缺陷輕重程度按照所述的評定原則與評論圖進行比較，分別評定級別。當其輕重程度介于相鄰兩級之間時，可評半級。對于不要求評定級別的缺陷，只判定缺陷類別。在進行比較評定其它尺寸的鋼材（坯）的缺陷級別時，根據(jù)各缺陷評級圖，按缺陷存在的嚴重程度縮小或放大。各類鋼材酸浸試驗顯示的宏觀組織缺陷級別要求不盡相同，所以做宏檢驗時必須弄清楚相應標要求，譬如，碳素結構鋼（GB/T7001988）和低合金高強度結構鋼（GB/T15911994）標準中就沒有低倍組織要求，另外，根據(jù)不同成份鋼容易產生某些缺陷的特點和對鋼材使用要求的不同，不同標準低

34、倍組織缺陷檢驗項目了不盡相同。在做試驗或研究時，應根據(jù)檢驗、試驗目的選擇最容易發(fā)現(xiàn)問題的方法。第三節(jié) 酸浸試驗宏觀是檢驗指用肉眼或放大鏡在材料或零件上檢查由于冶煉、軋制及各種加工過程所帶來的化學成分及組織等不均勻性或缺陷的一種方式。這種檢驗方法也稱低倍檢驗。鋼的宏觀檢驗是進行試樣檢驗或直接在鋼件上進行檢驗，其特點是檢驗面積大，易檢查出分散缺陷，且設備及操作建議，檢驗速度快。因此各國標準都規(guī)定要使用宏觀檢驗方法來檢驗鋼的宏觀缺陷。以上所說各種缺陷，均屬宏觀缺陷，如何能觀察到這些宏觀缺陷，一般就是通酸洗顯露缺陷。一、 試樣制備為了有效地利用酸浸試驗評定鋼的質量，取樣時應選擇具有代表性的試樣和最容易

35、產生缺陷的部位。取樣部位，試樣大小，在相關標準中都有明顯規(guī)定，但作為試驗（非試驗）用宏觀試樣，試驗者可根據(jù)需要決定取樣位、方向、大小等。試樣觀察面，如果用氣割等熱加工方法取樣，觀察面的熔化、熱形響區(qū)都必須用冷加工方法清除，并經車、銑或刨加工后經磨光，冷加工方面法取樣，觀察面也需經磨光。二、酸洗酸洗分冷酸洗浸蝕和熱酸洗浸蝕，冷酸浸蝕和熱酸浸蝕都必須根據(jù)材料成分的不同選擇酸洗。譬如，18-8類型奧氏體鋼熱酸洗，其酸洗依采用10份鹽酸、1份硝酸、10份水的比例配制。加熱溫度6080，浸酸時間525分鐘。為了顯露鋼材缺陷，也有用點解酸蝕法的，這種方法效果好，宏觀組織和缺陷清析，但相對冷、熱酸蝕較腐雜。

36、第四節(jié) 鋼材塔形發(fā)紋酸洗檢驗方法鋼材塔形發(fā)紋酸浸檢驗就是為了判斷發(fā)紋存在情況，是檢查鋼材冶金質量的有效方法之一。檢驗標準為GB/T15711-1995。發(fā)紋是鋼中夾雜或氣孔、疏松等在加工過程中沿鍛軋方向被延伸所形成的細小紋縷，是鋼中宏觀缺陷的一種。發(fā)紋的存在，嚴重地影響鋼的力學性能，特別是疲勞強度等。因此，對制造重要機件所用的鋼材，如優(yōu)質或高級優(yōu)質合金結構鋼，對發(fā)紋的數(shù)量、大小和分布狀態(tài)都有嚴格的限制。如單條發(fā)紋最大應不大于68mm。總長應不大于2030mm，每階條數(shù)不大于34條等。鋼材塔形發(fā)紋酸浸檢驗就是為了判斷發(fā)紋存在情況而設計的，是檢查鋼的冶金質量的有效方法之一。一、 試樣制作根據(jù)GB/

37、T157111995標準規(guī)定，試驗采用塔形試樣。試驗用的鋼材（鋼坯），其直徑不得小于16mm或不得大于150mm（小于16mm或大于150mm的鋼材不進行塔形檢驗，除用戶有特殊要求）。試樣自交貨狀態(tài)的鋼材（鋼坯）上截取。試驗時每批鋼材中取三個試樣，一般在鋼材的頭、中、尾部各取一個試樣。取樣數(shù)量及部位也可按產品標準或專門協(xié)議規(guī)定。方鋼或圓鋼試樣的檢驗面為三個平行于鋼材（或鋼坯）軸線的同心圓柱面（圖3-12所示），扁鋼試樣的檢驗面為平行于鋼材（鋼坯）軸線的縱截面（圖3-13所示）塔形試樣尺寸見（表3-1所示）試樣加工過程中應采用合理的切削工藝，防止產生過熱現(xiàn)象，檢驗面應光滑，表面粗糙度值Ra為1.

38、6m。二、發(fā)紋的顯示試樣表面發(fā)紋的現(xiàn)實可按照GB/T226-1991鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗方法標準的規(guī)定進行。塔形試樣的浸蝕度對顯示發(fā)紋的效果有很大的影響。因此，對流線較重的低碳鋼、低合金鋼的浸蝕不能太深，否則會使流線加重而發(fā)紋難以分辨。某些高合金鋼，將其深腐蝕，易暴露發(fā)紋。三、發(fā)紋的檢驗和結果評定檢驗時一般用肉眼觀察并檢驗試樣每個階梯的整個表面上發(fā)紋的數(shù)量、長度和分布，必要時可用不大于10倍的放大鏡進行檢驗。目前對發(fā)紋的識別還存在不少分歧，比較一致的看法是發(fā)紋經酸蝕后再腐蝕面上呈窄而深的縫，而那些較寬的并帶有緩坡、底部平坦且深度很淺的凹槽則不應認為為發(fā)紋。但應注意，不要把偏析帶、流線或發(fā)

39、裂（白點）與裂混淆。發(fā)紋檢驗項目包括試樣每個臺比上發(fā)紋的條數(shù)，發(fā)紋的總度，以及每個試樣上發(fā)紋的總條數(shù)，總長度和最大度。第五節(jié) 斷口檢驗斷口檢驗時鋼材宏觀缺陷檢驗方法之一。斷口檢驗就是在試樣上刻槽，借外力是指折斷，觀察斷口，判斷鋼材質量。目前，我國共有兩個斷口檢驗方法標準，即GB/T1814-1979鋼材斷口檢驗方法標準，簡稱鋼材斷口標準；GB/T2971-1982碳素鋼、低合金鋼斷口檢驗方法標準，簡稱碳素鋼斷口標準。兩個標準均有自己的使用范圍，不得互相代用。一、取樣和試樣制備對于在使用過程中破損的工作和生產制造過程中由于某種原因而導致破損的工件斷口，以及作拉力、沖擊等試驗的試樣破斷后的斷口，不

40、再需任何制備加工就可直接進行觀察和檢驗。對于專為進行斷口檢驗的鋼坯和鋼材，取樣的部位、方法和要求基本上合酸蝕試樣相同，有時甚至可以酸蝕后的試樣來作。鋼材斷口度樣，以40mm的圓或方為界，大于40mm的圓鋼或方鋼，檢驗縱向斷口，取橫向試樣；小于可等于40mm的圓鋼或方鋼，檢驗橫向斷口，取縱向試樣?？v向斷口試樣長為100400mm,在試樣一邊或兩邊刻槽。橫向試樣厚度1525mm，沿橫截面的中心線刻槽，一般采用V形槽。為了真實地顯示缺陷，應使試樣脆斷，盡可能沖擊方式一次折斷，嚴禁反復沖壓。試樣折斷后，搜先應采取妥善措施防止斷口表面損傷和沾污，然后用肉眼或借助10以下放大鏡將斷口分類，判斷斷口缺陷。二

41、、鋼材斷口組織及斷口評定評定斷口分類方法很多，歸納起來按以下三方面分類：（1）按斷裂性質可分為脆性斷口、韌性斷口、疲勞斷口，以及由介質和熱的影響而斷裂的斷口（如應力腐蝕開裂的斷口、氫脆斷口、腐蝕疲勞斷口、高溫蠕變斷口等）；（2）按斷裂途徑可分為穿晶斷口、晶界斷口、混合斷口等；（3）按斷口形貌和材料冶金缺陷性質分類有纖維狀、結晶狀、瓷狀（干纖維）、臺狀、撕痕狀、層狀、縮孔殘余、白點、氣泡、內裂、非金屬夾雜物（肉眼可見）和夾渣、異金屬夾雜物、黑脆、石狀、萘狀等斷口則屬報廢缺陷斷口。1、纖維狀斷口斷口表面呈暗灰色絨毯狀，無光澤，無結晶顆粒。斷口邊緣有顯著的塑性變形。這種斷口常出現(xiàn)在熱軋或退火的鋼材（

42、坯）上，屬于鋼材的正常斷口，它表示鋼材有良好的韌性。2、結晶狀斷口斷口齊平，呈亮灰色，有強烈的金屬光澤和明顯的結晶顆粒。這種斷口常出現(xiàn)在熱軋或退火的鋼材（坯）上，這是一種正常斷口。3、瓷狀斷口這是一種具有綢緞光澤、很致密、類似細瓷碎片的亮灰色斷口。這種斷口常出現(xiàn)在用過共析鋼和某些合金鋼軋制的、淬火及低溫回火后的鋼材（坯）上，這是一種正常斷口。4、臺狀斷口臺狀斷口的宏觀特征是寬窄不同的平臺狀組織，顏色比金屬基體稍淺，多分布在偏析區(qū)內。這處缺陷一般出現(xiàn)在樹枝晶發(fā)達的鋼錠頭部和中部，屬允許缺陷。這種缺陷是鋼沿其粗大樹枝晶斷裂的結果。大量生產檢驗和試驗研究結果表明，臺狀斷口對縱向機械性能無影響，對橫向

43、機械性能的強度指針也無影響，但對塑性、韌性指標都有一定影響。這種影響隨著臺狀嚴重程度的增加而增加，絕大數(shù)都滿足技術條件的要求，只有個別大規(guī)格的鋼材偶爾出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。5、撕痕狀斷口撕痕狀斷口特征是在縱向斷口上呈現(xiàn)出比基體顏色較淺，灰白色而致密的光滑條帶。其分布無一定規(guī)律，可在柱狀晶區(qū)，也可以等軸晶區(qū)。出現(xiàn)撕痕狀斷口的主要原因是鋼中殘余鋁過多，造成氮化鋁沿鑄造晶界析出而形成脆性薄膜，此薄膜斷裂便產生痕狀缺陷。輕微的撕痕狀缺陷對鋼的縱、橫向力學性能的影響均不明顯，但嚴重時，縱向韌性指標降低，更主要的是橫向塑性與韌性指標顯著下降。所以，除了嚴重的撕痕狀缺陷之外，一般的或較重的缺陷均不影響鋼材的使用。

44、此類缺陷屬于允許缺陷。6、層狀斷口層狀斷口的宏觀特征是在縱向斷口的熱加工方向出現(xiàn)金屬光澤、凹凸不平、 層次起伏的條帶，條帶中伴有白亮的或灰色的線條。這種斷口缺陷嫻熟影響鋼材的橫向塑性和沖擊吸收功指標。7、縮孔殘余斷口縮孔殘余斷口的特征是在縱向斷口的軸心區(qū)出現(xiàn)非結晶的條帶或在輸送區(qū)以非金屬夾雜物或夾渣形態(tài)出現(xiàn)，沿條帶往往出現(xiàn)氧化色?？s孔殘余斷口一般都出現(xiàn)在鋼錠頭部的軸心區(qū)，主要是鋼錠補縮不足或切頭不夠等原因造成的。這種缺陷破壞金屬的連續(xù)性，屬于不允許存在的缺陷。8、白點斷口在斷口上白點多呈圓形或橢圓形銀灰色斑點，斑點內的組織為顆粒狀，個別斑點呈鴨嘴形裂口，一般多分布在偏析區(qū)內，淬火斷口最為敏感。

45、白點主要是鋼中含氫量過多和內應力共同作用造成的。這種缺陷破壞金屬的連續(xù)性，屬于不允許存在的缺陷。9、氣泡斷口氣泡斷口的特征是在縱向斷口上沿熱加工方向出現(xiàn)內壁光滑的非結晶細長條帶，多分布在皮下，有時也出現(xiàn)在內部。氣泡主要是鋼液氣體過多，澆注系統(tǒng)潮濕，鋼錠模有銹等原因造成的。這種缺陷破壞鋼的連續(xù)性，屬于不允許存在的缺陷。10、內裂斷口內裂分為“鍛裂”和“冷裂”兩種。鍛裂的特征是出現(xiàn)光滑的平面或裂縫，這是熱加工過程中滑動摩擦造成的。冷裂的特征是出現(xiàn)與基體有明顯分界的、顏色稍淺的平面與裂縫。經過熱處理或酸洗的試樣可能有氧化色。鍛裂時熱加工溫度過低，內外溫差和熱加工壓力過大，變形不合理等原因造成的。冷裂

46、是鍛軋冷卻太快、組織應力與熱應力迭加造成的。內裂嚴重破壞金屬的連續(xù)性、屬于不允許存在的缺陷。11、非金屬夾雜物（肉眼可見）和夾渣斷口這類斷口在縱向斷口上呈顏色不同的（灰白、淺黃、黃綠色等）、非結晶的細條帶或塊狀。其分布無一定規(guī)律，整個斷口均可見到。如果夾雜物很細小，難以辨別，可將斷口在空氣爐中加熱到300左右，冷卻后再檢查，若是非金屬夾雜，其顏色不變，而集體金屬則變?yōu)樗{色或其它顏色，借此加以分辨。這種缺陷是在澆注過程中隨鋼液帶入的渣子、耐火材料和夾雜物等造成的，屬于破壞金屬連續(xù)性的缺陷。12、異金屬夾雜物斷口異金屬夾雜物在縱向斷口上呈條帶狀，與基體金屬有明顯的邊界，其變形能力、金屬光澤和組織結

47、構均與基體不同，條帶邊界有進出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。這種缺陷是調入的外部金屬、合金粉末熔化造成的，它破壞金屬組織的均勻度或連續(xù)性，屬于不允許存在的缺陷。13、黑脆斷口斷口上局部或全部為灰黑色，嚴重時可看到石墨碳顆粒，一般多在鋼材的中心區(qū)，但有時也會出現(xiàn)在邊緣地帶。這種缺陷多出體在退貨后的共析和過共析工具鋼、含硅彈簧鋼以及含鉬為w(Mo)=0.5%左右的珠光體熱強鋼的斷口上。它是在一定條件下，鋼中滲碳體分解為石墨的結果。黑脆破壞了鋼的化學成分和組織的均勻度，使淬火硬度降低，力學性能惡化，用熱處理和熱加工方法均不能消除黑脆斷口，所以這種缺陷是不允許存在的。14、石狀斷口石狀缺陷，在試樣斷口上呈物金屬光澤、顏色淺灰、有棱角、碎石狀粗晶粒組織。多出現(xiàn)在鋼材外層和棱角處，嚴重時可遍及整個斷口表面。這處缺陷是由于嚴重過熱或過燒造成的，它使鋼的塑性降低，特別是大大降低鋼的沖擊吸收功，不能用熱處理消除