冶金質(zhì)量綜合分析

第五章冶金質(zhì)量綜合分析

冶金質(zhì)量隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步得到不斷的提高，如油田深井(>5000mm)鋼管及汽車高強(qiáng)度(>1.6Mpa)深沖鋼板等質(zhì)量要求比以往嚴(yán)格得多。若一根鉆井鋼管出了質(zhì)量問題，將造成一個油井報廢的數(shù)千萬元損失。所以確保用鋼高質(zhì)量在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中是非常重要的。為了分析和評定鋼材的質(zhì)量，人們經(jīng)過長期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究，總結(jié)出各種試驗(yàn)方法，即通過測定鋼材的各種性能、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)來反映鋼的質(zhì)量。影響鋼材質(zhì)量的因素很多，如原材料的優(yōu)劣、煉鋼的操作、鋼液品質(zhì)、澆注的好壞等。為了保證和控制鋼的質(zhì)量，根據(jù)具體情況，制定了一系列質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并提出了鋼質(zhì)量的評價指標(biāo)，采用常規(guī)的和現(xiàn)代的測試技術(shù)，對鋼質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)和分析，并提出質(zhì)量控制方法。本章除介紹鋼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)外，將重點(diǎn)討論鋼的質(zhì)量檢驗(yàn)和質(zhì)量分析實(shí)例。第一節(jié)鋼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及評價指標(biāo)鋼的質(zhì)量主要與化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、性能指標(biāo)，以及在生產(chǎn)條件下可能產(chǎn)生的各種缺陷的程度有關(guān)。根據(jù)各種鋼材的用途和目前的技術(shù)水平，已制定了一系列的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)文件，以此來指導(dǎo)冶金生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)，保證質(zhì)量，并供用戶對鋼材進(jìn)廠進(jìn)行驗(yàn)收，對質(zhì)量問題進(jìn)行分析，使之對鋼質(zhì)量作出正確評價。一、鋼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是具有一定權(quán)威的組織對重復(fù)事物和概念所做的統(tǒng)一規(guī)定。它以科學(xué)、技術(shù)和實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的綜合成果為基礎(chǔ)，經(jīng)有關(guān)方面協(xié)商一致，由主管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，以特定形式發(fā)布。作為共同遵守的技術(shù)準(zhǔn)則和依據(jù)。對于鋼材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，各國都有本國的國家標(biāo)準(zhǔn)、部門或協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)。如日本的“JIS”標(biāo)準(zhǔn)，前蘇聯(lián)的“TOCT”標(biāo)準(zhǔn)，美國的“ASTM”標(biāo)準(zhǔn)，英國的"BS”標(biāo)準(zhǔn)，以及我國的GB標(biāo)準(zhǔn)(國家標(biāo)準(zhǔn))，YB標(biāo)準(zhǔn)(冶金部頒標(biāo)準(zhǔn))等。隨著生產(chǎn)、貿(mào)易和技術(shù)交流的發(fā)展，要求在國際上廣泛統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)體系，為此，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在1987年發(fā)布了ISO9000系列標(biāo)準(zhǔn)，該系列標(biāo)準(zhǔn)由ISO9000(質(zhì)量管理和質(zhì)量保證標(biāo)準(zhǔn)選用指南)、ISO9001(質(zhì)量體系—設(shè)計、研制、安裝和服務(wù)的質(zhì)量保證模式)、ISO9002(質(zhì)量體系—制造和安裝的質(zhì)量保證模式)、ISO9003(質(zhì)量體系—最終檢驗(yàn)和試驗(yàn)質(zhì)量保證模式)和ISO9004(質(zhì)量管理和質(zhì)量要素指南)等構(gòu)成了質(zhì)量管理和質(zhì)量保證的國際標(biāo)準(zhǔn)系列，很快得到一些國家的響應(yīng)。例如，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織就直接把ISO9000系列標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為歐洲系列標(biāo)準(zhǔn)EN29000，它規(guī)定不符合ISO9000系列標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)所制造的產(chǎn)品將不能進(jìn)入歐洲市場。因此，美國人認(rèn)為貫徹ISO9000系列標(biāo)準(zhǔn)是打開歐洲市場和國際市場的鑰匙。我國技術(shù)監(jiān)督局于1892年也發(fā)布了等同于ISO9000系列標(biāo)準(zhǔn)的GB/TI9000,以適應(yīng)與國際市場接軌和“復(fù)關(guān)”的需要。當(dāng)前，我國鋼鐵工業(yè)面臨的最嚴(yán)峻的問題也是質(zhì)量問題。為了提高企業(yè)技術(shù)水平和管理水平.必須使我國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)盡快向國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)靠攏。大力貫徹GB/TI9000-ISO9000系列質(zhì)量管理和質(zhì)量保證標(biāo)準(zhǔn)。積極參照采用和等效采用ISO國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)國家的標(biāo)準(zhǔn).這一舉措對于促進(jìn)我國冶金技術(shù)及管理水平的進(jìn)步，提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴(kuò)大對外貿(mào)易有著重要作用。例如熱軋螺紋鋼筋在國內(nèi)按GBI499-84標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。但為了適應(yīng)出口要求，產(chǎn)品質(zhì)量必須達(dá)到英國BS4449:1988標(biāo)準(zhǔn)要求。使我國的產(chǎn)品符合國際貿(mào)易規(guī)范，為立足國內(nèi)市場，開拓國際市場，在國際竟?fàn)幹蝎@得成功打好基礎(chǔ)。根據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)的最新分類方法、冶金類標(biāo)準(zhǔn)包括;冶金綜合、化學(xué)分析方法、理化性能試驗(yàn)方法、原料與輔助材料、鋼鐵產(chǎn)品、有色金屬產(chǎn)品、粉末冶金、半導(dǎo)體材料及冶金設(shè)備等九個方面的內(nèi)容。其中鋼材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為冶金類標(biāo)準(zhǔn)的重要組成部分。歸納起來，鋼質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)主要有以下三個方面:

1.綜合基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)主要包括鋼質(zhì)量的名詞、術(shù)語、符號和計量單位等方面的標(biāo)準(zhǔn)。如GB3101—86是有關(guān)量、單位和符號的一般原則;GB10623-89為金屬力學(xué)性能試驗(yàn)術(shù)語。它們起統(tǒng)一術(shù)語和明確概念的作用。另外，也包括通用冶金工藝及工藝性能標(biāo)準(zhǔn)。

2.鋼鐵產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)鋼材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)一般包括有品種(規(guī)格)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及交貨標(biāo)準(zhǔn)等方面的內(nèi)容，同時指出試驗(yàn)條件和方法，驗(yàn)收及質(zhì)量保證都由相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。是指各類(或各種)鋼材的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，主要規(guī)定了保證產(chǎn)品質(zhì)量的化學(xué)成分、理化性能等指標(biāo)，以及達(dá)到這些指標(biāo)的工藝操作要點(diǎn)，例如，GB5216-85是保證淬透性結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)，為保證鋼的淬透性一致.縮小了鋼中碳含量和合金元素范圍，并控制鋼中的P,S,Cu，Ni殘余元素含量，見表〔9-1〕所示。又如GBI298-86,GB700-88分別為碳素工具鋼和普通碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件，對普碳結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法標(biāo)準(zhǔn)中作了新的規(guī)定，例如Q235-A-.F分別代表屈服點(diǎn)的字母Q,屈服點(diǎn)數(shù)值235MPa、質(zhì)量等級A(共分A,B,C,D級)及脫氧方法F（沸騰鋼)，還有Z，b分別代表鎮(zhèn)靜與半鎮(zhèn)靜鋼。對碳素工具鋼不但耍求成分、性能，而且對珠光體組織和碳化物檢驗(yàn)也作了具休規(guī)定，并附有評級圖。如鋼號后加“A”為高級優(yōu)質(zhì)鋼，要求ws≤0.020%、wp≤0.030%。為了保證冶金產(chǎn)品質(zhì)量，在此類標(biāo)準(zhǔn)中同討對冶金設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量也作了相應(yīng)規(guī)定。

3.測試方法標(biāo)準(zhǔn)是目前標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)量較多的一類，可分為質(zhì)量控制和測試方法、理化檢驗(yàn)規(guī)程及評級圖標(biāo)準(zhǔn)。例如GB226-91為鋼的低倍組織及缺陷酸洗檢驗(yàn)法標(biāo)準(zhǔn);GBI0561-89為鋼中非金屬夾雜物顯微評定方法標(biāo)準(zhǔn);GB224-78為鋼的脫碳層深度測定法標(biāo)準(zhǔn)。而GB7729--87為冶金產(chǎn)品化學(xué)分析—分光光度法通則;GB2975-82為鋼材力學(xué)性能及工藝性能試驗(yàn)取樣規(guī)定。又如GB1979--90,YB4002-91分別為結(jié)構(gòu)鋼及連鑄鋼方坯低倍組織缺陷評級圖，GB4462-84為高速鋼大塊碳化物評級圖。它們規(guī)定了相應(yīng)冶金缺陷的形貌特征、產(chǎn)生原因和評級原則。二、鋼的質(zhì)量指標(biāo)內(nèi)容鋼及合金質(zhì)量的好壞，最終看它們能否經(jīng)受住使用條件的考驗(yàn)，即對鋼材的質(zhì)量要求就是為了滿足使用上的需要。但是，材料使用前，必須要達(dá)到一定的質(zhì)量指標(biāo)、即技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)槿魏谓饘俨牧系男阅芏际浅煞帧に嚒M織結(jié)構(gòu)相互關(guān)聯(lián)的最終反映，所以不但要了解性能質(zhì)量指標(biāo)在使用中的重要性，而且了解影響性能的冶煉質(zhì)量指標(biāo)也是十分重要的。

(一)性能質(zhì)量指標(biāo)鋼材性能質(zhì)量指標(biāo)的主要內(nèi)容是指對鋼材的力學(xué)性能、工藝性能和物理化學(xué)性能的要求。其中最通常的是力學(xué)性能，如強(qiáng)度、塑性和韌性、硬度等，有時還要求疲勞等特殊性能。這些性能可以由拉伸試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)以及相應(yīng)的特殊性能試驗(yàn)測定出來。強(qiáng)度極限σb代表材料在破斷前強(qiáng)度的最大值，而屈服點(diǎn)或屈服強(qiáng)度表示開始塑性變形時的抗力，這是用來計算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基本參數(shù)。屈強(qiáng)比值對于鋼材的意義很大，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，隨結(jié)構(gòu)鋼用途的不同，屈強(qiáng)比一般宜在0.65~0.75之間。鋼材使用時還要求有足夠的塑性和韌性，塑性主要是用伸長率和斷面收縮率來表示。鋼材的沖擊韌度以試樣折斷時所耗的功來表示，它是又性屬內(nèi)部組織變化最敏感的質(zhì)量指標(biāo)，反映了高應(yīng)變率下抵抗脆性斷裂的能力或抵抗裂紋擴(kuò)展的能力。金屬內(nèi)部組織的微小變化，在靜力試驗(yàn)中難以顯示，而對沖擊韌度卻有很大影響。必須指出，促使強(qiáng)度性能提高的因素往往不利于塑性和韌性，欲使鋼材強(qiáng)度和韌性都得到提高，必須使鋼材具有細(xì)晶粒的組織結(jié)構(gòu)。常用的硬度試驗(yàn)方法有洛氏(HRC)、布氏(HBW,HBS)和維氏(HV)三種。硬度是抵?jǐn)_彈性變形、塑性變形及破裂的能力，實(shí)際是表征材料性能的一個綜合指標(biāo)。它是檢查材料成分、組織結(jié)構(gòu)是否正常及熱處理工藝是否合理的判定依據(jù)。對一些在特殊條件下使用的材料，如噴氣式飛機(jī)渦輪葉片材料還要求作疲勞、蠕變、持久及高溫抗氧化等試驗(yàn)，它們的性能指標(biāo)分別以疲勞極限，蟠變極限持久強(qiáng)度及抗氧化能力來表示。鋼材工藝性能是指鋼材在深加工及制造產(chǎn)品的過程中，是否具有易于加工成形的性能，即切削加工、鑄造、焊接、淬透性，彎曲及其他塑性成形性能。通過工藝性能檢驗(yàn)，以及能否經(jīng)受各種生產(chǎn)工藝的考驗(yàn)而不產(chǎn)生疵病或造成廢品，以此來反映鋼材的工藝性能質(zhì)量及確定能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工。在特殊條件下使用的鋼及合金，如高溫合金、精密合金等，除規(guī)定要求力學(xué)性能及工藝性能指標(biāo)外，還要求有良好的物理化學(xué)性能。物理性能主要指鋼的密度、膨脹系數(shù)及熱性能、磁性能等，例如硅鋼應(yīng)進(jìn)行電磁性能檢驗(yàn)?；瘜W(xué)性能是指鋼抗化學(xué)介質(zhì)作用的能力，例如，耐酸不銹鋼的晶間腐蝕的敏感性、耐熱鋼的抗氧化性能等.

(二)冶煉質(zhì)量指標(biāo)鋼材的性能主要取決于其化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)，因此，在鋼的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定了化學(xué)成分范圍，有時還提出了對組織結(jié)構(gòu)方面的要求。例如晶粒度、夾雜物形態(tài)及分布、鋼材內(nèi)部缺陷等。生產(chǎn)實(shí)踐表明，鋼的組織是影響鋼的件能的直接因家，而鋼的組織(這里主要指鑄態(tài)組織)又主要取決于化學(xué)成分和冶煉過程。通過控制冶煉過程和工藝制度來控制鋼的質(zhì)量。所以通常把成分控制、純潔度和鑄態(tài)組織作為冶煉質(zhì)量的主要指標(biāo)。一個高質(zhì)量的冶金產(chǎn)品，其一是成分必須控制在最佳范圍，每一種鋼均有一定的成分要求，這一要求在技術(shù)條件中有明確規(guī)定。例如:合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr要求主要元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù):C.0.37%~0.45%,Cr0.80%~1.10%;高速鋼W18Cr4V要求主要元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù):C0.70%~0.80%、W17.5%~19.0%、Cr3.8%~4.4%,V1.0%~1.4%，等等。為了得到最佳的綜合性能或經(jīng)濟(jì)效益，一般要求將成分控制在技術(shù)條件允許的某一更窄小的范圍內(nèi)，即所謂“內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)”。衡量一爐鋼的冶煉質(zhì)量，首先要看成分是否控制合適，能否控制在最佳范圍內(nèi);其二是純潔度要高，其衡量指標(biāo)是鋼中氣體(主要是指氧、氫、氮)、非金屬夾雜物及有害雜質(zhì)元素(S,P,Ph,Sn,As等)含量要低。例如碳素鋼的質(zhì)量按S,P有害夾雜的多少(%)，可將鋼分為普通鋼(S≤0.055;P≤0.045}、優(yōu)質(zhì)鋼(S≤0.045,P≤0.045)和高級優(yōu)質(zhì)鋼(S≤0.035,P≤0.030)其三是鑄態(tài)組織致密，要求鑄錠表面質(zhì)量好，氣孔、疏松、偏析少，成分及組織均勻。上述各項(xiàng)是衡量鋼材質(zhì)量的主要依據(jù)，對每一種產(chǎn)品都必須按照相應(yīng)的技術(shù)條件規(guī)定組織生產(chǎn)，嚴(yán)格每個冶金環(huán)節(jié)的操作，并進(jìn)行認(rèn)真的檢驗(yàn)，嚴(yán)格執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。三、鋼質(zhì)量的評定方法大家知道，鋼的質(zhì)量控制是一個系統(tǒng)工程，所以鋼質(zhì)量的評定也不是一個簡單間題，因?yàn)橛绊戜撡|(zhì)量的因素很多。歸納起來主要有成分、組織和性能等方面。鋼質(zhì)量的高低，除通過分析檢驗(yàn)評定外，一般還通過加工工藝過程和使用過程來評定。

(一)外觀質(zhì)量評定法外觀質(zhì)量主要是指鋼材形狀、尺寸和表而狀態(tài)等，它也稱為外觀缺陷，即形狀缺陷和表面質(zhì)量缺陷的總稱。因?yàn)橥庥^缺陷對使用性能有不同程度的影響，所以，對鋼材必須進(jìn)行外觀檢查，并根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)評定鋼材是否合格。(二)內(nèi)在質(zhì)量評定法鋼的內(nèi)在質(zhì)量主要是指化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，它是評定鋼質(zhì)量的主要方法之一。鋼材在生產(chǎn)過程及使用前，為了保證質(zhì)量必須進(jìn)行一系列試驗(yàn)，主要包括成分分析、組織檢驗(yàn)和力學(xué)性能測試，其試驗(yàn)條件與使用條件相近。最后由技術(shù)監(jiān)督部門將檢驗(yàn)結(jié)果與相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對照，進(jìn)行質(zhì)量判定。因?yàn)殇撡|(zhì)量是通過多項(xiàng)指標(biāo)來進(jìn)行綜合評定的，如果有少量指標(biāo)不合格，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可重取樣或加倍取樣復(fù)驗(yàn)，并出具產(chǎn)品質(zhì)量評定報告。實(shí)驗(yàn)表明，鋼的化學(xué)成分是質(zhì)量的保證基礎(chǔ)，只有合格的成分才能給鋼材提供最佳使用的可能性，一般來說，鋼的成分范圍波動愈小，則鋼的性能愈好，質(zhì)量愈穩(wěn)定，所以成分是評定鋼質(zhì)量的重要依據(jù)。在生產(chǎn)實(shí)際中，鋼除了主要成分外，總是會含有雜質(zhì)元素的，這些有害雜質(zhì)將降低鋼質(zhì)純潔度，影響鋼的性能，例如圖9-1表示Pb.Bi,Ag,Se等微量元素對GH169鎳基高溫合金持久強(qiáng)度的影響。其Bi的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.0005%，可使持久斷裂時間從160h降到60h可見提高鋼質(zhì)純凈度不但要控制鋼中硫、磷、氫、氧、氮五種元素，還要進(jìn)而控制鉛、錫、砷、銻、秘等微量和痕跡元素，要大力推行爐外精煉技術(shù)，有利于提高鋼的質(zhì)量。鋼的質(zhì)量還受組織狀態(tài)的直接影響，而鋼的組織狀態(tài)主要由兩方面決定，一是由化學(xué)戍分和熱處理工藝所確定，如高碳、低碳鋼及淬火、退火處理的組織狀態(tài)各不相同;二是由冶煉、鍛軋等工藝過程所產(chǎn)生的組織不均勻性和冶金缺陷，如混晶、內(nèi)裂、帶狀等均可造成不正常組織，降低鋼的質(zhì)量。

(三)工藝性能評定法鋼材的工藝性能直接影鋼件的質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本，也是鋼質(zhì)量評定的重要因素及常用方法之一?，F(xiàn)將幾種常用的工藝性能在鋼質(zhì)量評定中的應(yīng)用分述如下。

1.鋼的鑄造性是指鋼液的鑄造成形能力，其質(zhì)量由流動性、收縮性、吸氣性及偏析度來評定。

2.鋼的成形性評價方法，在現(xiàn)行的工業(yè)成形加工中分為彎曲、深沖、脹形和延伸凸緣等四種形式。以熱軋鋼板和冷軋鋼板為主的各種薄板乃是經(jīng)受這種加工的典型鋼材。

3.鋼的可焊性主要以組織、硬度、韌性及形成裂紋傾向和形成氣泡傾向來評價。若從裂紋敏感性來評價鋼的冶金因素，就能看出可焊性還受化學(xué)成分和夾雜物含量的影響;

4.鋼的切削性主要通過工具壽命的長短、切削加工表面的好壞，即表面粗糙度、切屑處理的難易及切削抗力的大小，即易切性等方面來評價質(zhì)量。

5.鋼的熱處理性它是實(shí)現(xiàn)鋼材實(shí)用性的工藝過程。評價指標(biāo)有:淬透性、過熱敏感性、變形和開裂傾向、氧化和脫碳傾向、回火脆性、回火穩(wěn)定性等。

(四)使用性能評定法鋼材的使用性能決定制件的使用價值和工作壽命，是指為保證鋼制件在使用過程中能符合設(shè)計要求及能正常工作而具備的性能，它通常是鋼材質(zhì)量評定的重要依據(jù)及直觀評價方法。在實(shí)際使用過程中，由于制件的工作條件是復(fù)雜的，往往對材料有多方面的性能要求。例如，內(nèi)燃機(jī)曲軸用鋼，在工作時受周期性變化著的壓力、連桿機(jī)構(gòu)的慣性力、扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力以及沖擊力等，因而對其力學(xué)性能的要求包括高強(qiáng)度、一定的沖擊韌度和疲勞強(qiáng)度等方面，還要求在軸頸處有足夠的表面硬度和耐磨性。所以，應(yīng)該分析確定最關(guān)鍵的使用性能指標(biāo)，作為質(zhì)量評定的依據(jù)。如精密鏗床的撞桿，關(guān)鍵的使用性能指標(biāo)為剛度，而重要的螺栓，關(guān)鍵的使用性能指標(biāo)為屈服強(qiáng)度，等等。下面僅對幾種主要的使用性能加以說明。

1.鋼的強(qiáng)韌性鋼材使用時，最被重視的是強(qiáng)度和韌性。一般選擇和使用鋼材時，既把強(qiáng)度作為主要特性來考慮，又要求與之同樣重要的韌性，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度與韌性的最佳配合。評價強(qiáng)韌性的方法是采用各種力學(xué)性能試驗(yàn)。

2.鋼的耐蝕性是指鋼在大氣、海水、酸堿等介質(zhì)中使用時對生銹、腐蝕的抵抗能力。鋼產(chǎn)生腐蝕時有兩種情況，一種是腐蝕生成物沉積于鋼的表面;一種是如將鐵浸入酸中那樣，能觀察到鐵被溶離出來而產(chǎn)生氫。鋼的常見腐蝕形式有應(yīng)力腐蝕和氫脆。鋼的腐蝕試驗(yàn)分為全腐蝕、局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕三種。局部腐蝕又有點(diǎn)腐蝕、裂隙間腐蝕和晶間腐蝕等。鋼的耐蝕性的評價方法一般用外觀變化及質(zhì)量與厚度的變化來判斷。也可采用三段評價法，即浸蝕度mm/年<0.127為耐蝕材料;當(dāng)在0.127---1.27之間為可以使用材料;若>1.27為不適用材料。

3.鋼的耐磨性是指鋼材在使用過程中的尺寸變化和質(zhì)量減小的速度。其評價標(biāo)準(zhǔn)常用鋼與鋼之間的滑動磨損試驗(yàn)來表示，其磨損量為被磨損的質(zhì)量與磨損面積乘磨擦距離之比。

4.鋼的電磁特性以電磁特性為主要用途的鋼及合金有純鐵、硅鋼、磁鋼和電熱合金等。鋼的電磁性能主要有;飽和磁通密度、磁導(dǎo)率、矯頑力、剩磁、磁能積、鐵損、電阻率和電阻溫度系數(shù)等。它們在許多工程設(shè)計和使用狀態(tài)下都作為重要的考查指標(biāo)和質(zhì)量評定依據(jù)。

第二節(jié)鋼質(zhì)量的檢驗(yàn)鋼質(zhì)量的檢驗(yàn)除化學(xué)成分是在澆注過程中取樣進(jìn)行分析外，其他內(nèi)部質(zhì)量通常都是連同對其他工藝質(zhì)量的考查，在最終成品鋼材上進(jìn)行綜合檢驗(yàn)。對于表面質(zhì)量的檢查，則是配合鋼錠、鋼坯和鋼材的表面清理和包裝等各工序來進(jìn)行的。檢驗(yàn)的目的，一方面是為了檢驗(yàn)成品鋼材的質(zhì)量是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，另一方面是通過觀察和鑒定各種缺陷的分布和性質(zhì)，以便分析研究產(chǎn)生缺陷的原因和各種工藝因素對鋼質(zhì)量的影響，從而為改進(jìn)工藝質(zhì)量和各種試驗(yàn)研究提供數(shù)據(jù)。通常進(jìn)行的各項(xiàng)檢驗(yàn)，都是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定按批抽取試樣進(jìn)行自驗(yàn)。由于各種缺陷在鋼錠以及鋼材上的分布是不均勻的，因而各項(xiàng)檢驗(yàn)應(yīng)盡可能分別在成品鋼材上相應(yīng)于該項(xiàng)質(zhì)量最差的部位截取試樣。對鋼進(jìn)行檢驗(yàn)的方法很多，這里主要介紹與成品鋼材的質(zhì)量判定有關(guān)的幾種檢驗(yàn)方法。一、表面質(zhì)量檢驗(yàn)表面質(zhì)量檢驗(yàn)包括對表面缺陷和外觀形狀、尺寸缺陷的檢驗(yàn)。鋼在澆注、鍛軋、加熱等過程中，由于處理不當(dāng)，可能產(chǎn)生各種表面缺陷。最常見的鋼材表面缺陷有:結(jié)疤、劃痕、折迭、表面裂紋、氧化鐵皮和外觀形狀、尺寸公差缺陷等.

(1)結(jié)疤結(jié)疤是鋼材表面呈舌頭狀、指甲狀或魚鱗狀的薄片。鋼板上的結(jié)疤又叫重皮。有些結(jié)疤的一端是翹起的，翹起的結(jié)疤又叫翻皮。

(2)劃痕劃痕是由于軋制設(shè)備的某些零件與所軋工作摩擦而產(chǎn)生的表面缺陷，一般呈連續(xù)狀分布或斷續(xù)狀分布。

(3)折迭折迭通常是指材料在前一道鍛、軋中所產(chǎn)生的突出尖角或耳子，在隨后的鍛、軋時壓入金屬本體而形成的缺陷。

(4)表面裂紋是指材料表面的開裂。其類型和名稱很多，最常見的是裂縫和發(fā)紋等。裂縫一般為與加工方向一致的直線，形成Y形的尖底開裂，發(fā)紋為分散或成簇分布的頭發(fā)狀細(xì)裂紋。裂縫和發(fā)紋的主要區(qū)別是長短、粗細(xì)和深淺不同。

(5)氧化鐵皮是鋼材在加熱、軋制和冷卻過程中其表面生成的金屬氧化物。

(6)表面形狀、尺寸缺陷主要包括橢圓度、彎曲度、波浪度、瓢曲度等方面的檢驗(yàn)。在實(shí)際生產(chǎn)上，一般用肉眼或低倍計量器具檢驗(yàn)表面缺陷，對于隱蔽的缺陷，可以用銼刀、刮刀、刷子等清理或用酸浸蝕再進(jìn)行檢驗(yàn)。表面裂紋現(xiàn)主要用滲透、磁粉和渦流法進(jìn)行無損檢測口而對干表而形狀、尺寸等方面的缺陷，不同鋼材分別按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)。二、成分分析成分分析是對提供的鋼樣(包括爐中取樣和成品鋼)進(jìn)行指定化學(xué)元素的分析。現(xiàn)行成分分析方法有化學(xué)分析和儀器分析兩大類，鋼的成分分析是質(zhì)量檢驗(yàn)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

(一)化學(xué)分析法適用于鋼材、原材料成分的化學(xué)分析的主要方法有重量分析法、容量分析法、吸光光度法、氣化法和電量分析法等。各種分析方法有其自身的特點(diǎn)，如果選擇得當(dāng)，可取得事半功倍的效果。例如，對碳、硫等元素分析，可采用氣化法進(jìn)行分析，對低含量元素進(jìn)行分析，采用吸光光度法比采用其他方法可靠性更高。一般對鋼材進(jìn)行化學(xué)分析，均需從被測鋼料或制件上鉆取一定數(shù)量的試驗(yàn)樣品，溶解后分析..但是，在某些特殊條件下，如難以進(jìn)行取樣分析時，就應(yīng)采用其他分析方法。

(二)儀器分析所謂儀器分析，是利用物理方法依據(jù)試樣被測成分的原子、離子或其化合物的物理性質(zhì)，進(jìn)行分離測定，并將所得之值與用同樣方法對已知含量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(即標(biāo)準(zhǔn)試樣)測得之值進(jìn)行比較，求其在試樣中的含量。儀器分析可按物理信息及其分離測定法的不同進(jìn)行分類?，F(xiàn)適用于鋼鐵，爐渣及其原材料的常規(guī)分析方法有看潛分析、光電直讀光譜、發(fā)射光譜及原子吸收光譜分析法等。此外，近年來用于冶金成分分析的儀器及方法有:紅外光譜、色譜、X射線熒光光譜、電子探針、離·子探針及等離子光譜(ICP)等分析方法，它們現(xiàn)主要是進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)研究及成品等分析。這些儀器可與電子計算機(jī)結(jié)合使用，其分析精度大幅度提高，分析時間大幅度縮短，并能作微區(qū)分析。三、組織檢驗(yàn)鋼材的組織和缺陷可以通過組織檢驗(yàn)方法來觀察識別和評定。鋼材的組織檢驗(yàn)可分為宏觀組織檢驗(yàn)和微觀組織檢驗(yàn)兩種，后者又稱顯微組織檢驗(yàn)。

(一)宏觀組織檢驗(yàn)宏觀組織檢驗(yàn)是用肉眼或低倍放大鏡及實(shí)體顯微鏡檢查縱、橫斷面及斷口，以評定鋼的宏觀組織和缺陷。常用的方法有低倍(酸浸)試驗(yàn)、斷口試驗(yàn)、塔形試驗(yàn)和硫印試驗(yàn)等。

1.低倍試驗(yàn)低倍檢驗(yàn)又稱酸浸檢驗(yàn)，一般采用橫向全斷面試樣，有特殊要求時才用縱向試樣。先將試面車磨加工成粗糙度不大于1.6um的試樣(形狀尺寸見《GB226-77鋼的低倍組織及缺陷酸蝕試驗(yàn)法》或相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn))，將試樣(試面朝上)用酸液腐蝕，使鋼的不均勻部分和缺陷因被腐蝕的速度和程度不同而顯示出來。

2.斷口試驗(yàn)斷口試驗(yàn)是在室溫下將帶有刻槽的試樣(形狀尺寸見《GB1814-79鋼材斷口檢驗(yàn)法》或相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn))在沖擊載荷下折斷，然后觀察試樣斷口，判定是否有白點(diǎn)、石狀斷口等不允許存在的斷口缺陷，并根據(jù)規(guī)定的合廢界限判定撕痕狀斷口、臺狀斷口等允許存在的斷口缺陷嚴(yán)重程度。斷口檢驗(yàn)用于檢查纖維狀斷口、瓷狀斷口、結(jié)晶狀斷口、臺狀斷口、撕痕狀斷口、層狀斷口(圖9-2),縮孔殘余、白點(diǎn)、氣泡、內(nèi)裂、黑脆、異金屬夾雜、石狀斷口、蔡狀斷口、非金屬夾雜物及夾渣等15種斷口組織和斷口缺陷。GB1814-79及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對這些斷口組織和缺陷的特征、分布規(guī)律、產(chǎn)生原因及對性能的影響等都有說明，并附有它們的典型圖片。在評定有困難時，可進(jìn)行橫向力學(xué)性能試驗(yàn)。例如，對纖維狀或?qū)訝顢嗫?或低倍檢驗(yàn)(例如，對異金屬夾雜)等，進(jìn)行綜合判定。如果用掃描電子顯微鏡觀察斷口，則可以辨別斷口的形狀和機(jī)制，并可獲得判斷斷裂前的變形方向的有效線索。

3.塔形試驗(yàn)將長約200mm的試樣，車削成長度各為50mm而直徑不同的三階塔形試樣，以酸蝕法或磁粉法顯示發(fā)紋，這就叫塔形試驗(yàn)，目的是為了檢驗(yàn)鋼材內(nèi)部的發(fā)紋缺陷，因?yàn)榘l(fā)紋對鋼的疲勞強(qiáng)度和韌性的影響比微細(xì)非金屬夾雜物還要強(qiáng)烈，所以要對機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼進(jìn)行發(fā)紋檢查，一般用于較重要的鋼材。發(fā)紋檢查的判定是按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)條數(shù)和長度來評定的。試驗(yàn)結(jié)果的表示有三種方式，即表示發(fā)紋長度及其數(shù)量的方式;表示發(fā)紋總長度及總數(shù)的方式;表示發(fā)紋分布的方式。

4.硫印試驗(yàn)通常，在鋼材中都含有微量的硫(S),磷(P)等雜質(zhì)。硫有導(dǎo)致藍(lán)脆性和惡化厚度方向的可塑性等缺點(diǎn)，磷則有導(dǎo)致低溫脆性的缺點(diǎn)。鋼中存在這兩個元素的富集就會惡化鋼的質(zhì)量。因此，要對鋼中硫的分布情況進(jìn)行檢驗(yàn)，即進(jìn)行硫印試驗(yàn)，目的是通過檢驗(yàn)硫的分布，間接檢驗(yàn)其他元素在鋼中的偏析或分布情況。這種方法主要是利用酸和硫反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫，硫化氫與感光紙上的銀反應(yīng)生成褐色乃至黑色的硫化銀等現(xiàn)象來檢查鋼中硫的分布情況。如果在相當(dāng)于鋼材中心的部分，硫印密度比相對于邊緣的部分大就叫做“正偏析”，反之，就叫做“反偏析”。此外還有“點(diǎn)狀偏析”和“柱狀偏析”。

5.液體滲透著色試驗(yàn)酸浸法及硫印法為破壞性檢驗(yàn)，而在生產(chǎn)中往往要求對半成品乃至成品進(jìn)行非破壞性宏觀檢驗(yàn)，以了解在加工過程中是否產(chǎn)生了缺陷。采用液體滲透著色試驗(yàn)不需要專用設(shè)備，檢驗(yàn)結(jié)果直觀明了地顯示出清晰的缺陷形貌，因此，該方法近年來在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。該試驗(yàn)利用不易被眼睛覺察的缺陷對液體的毛細(xì)管作用，使液體著色滲透劑滲入試樣表面的開口缺陷(裂紋、折疊、分層、未熔合等)處，通過顯示，在日光下觀察出缺陷的形貌。

(二)顯微組織檢驗(yàn)顯微組織檢驗(yàn)亦稱高倍檢驗(yàn)，是用金相顯微鏡來觀察、分析鋼的微觀組織狀態(tài)和缺陷的檢驗(yàn)方法。檢驗(yàn)前，需經(jīng)過取樣、預(yù)磨、拋光和腐蝕等過程制成試樣，然后在50~2000倍的金相顯微鏡上觀察。按一般檢驗(yàn)采用100~500倍的放大倍數(shù)進(jìn)行評定。顯微組織檢驗(yàn)項(xiàng)目很多，主要有晶粒度、非金屬夾雜物、脫碳層深度和顯微組織及缺陷等內(nèi)容。

1.奧氏體晶粒度測定鋼中奧氏體晶粒度的測定包括本質(zhì)晶粒度的測定與實(shí)際晶粒度的測定兩種。實(shí)際晶粒度，是指衣某一具體熱處理?xiàng)l件下所獲得的奧氏體晶粒的大小。本質(zhì)晶粒度是指鋼加熱到930℃時奧氏體晶粒長大的傾向。規(guī)定在此溫度下，晶粒為1~4級的屬于質(zhì)粗晶粒鋼，而5~8級的屬于質(zhì)細(xì)晶粒鋼。一塊試樣上若晶粒度級別相差3級以上時。叫做混晶。奧氏體晶粒度的測定包括兩個步驟:①奧氏體晶粒的顯示;②晶粒度的評級。奧氏體晶粒的顯示方法，以前常用的有滲碳法和氧化法兩種，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定有直接腐蝕法，所用腐蝕劑根據(jù)不同鋼種和狀態(tài)具體選定。用得較多的有飽和苦味酸水溶液+適量洗凈劑或苦味酸3g+1OOmL水+少許十二醇氨酸鈉，升溫到70℃左右，時間約3min。顯示出來的奧氏體晶粒大小是在100倍下對5—10個視場分別進(jìn)行測定，求其平均值，然后與標(biāo)準(zhǔn)圖片進(jìn)行比較，確定晶粒度級別。也可以用計算法直接算出實(shí)際晶粒的平均面積或平均直徑。奧氏體晶粒大小對鋼的性能有顯著影響。細(xì)小的奧氏體晶粒，由于有較長的晶界，促進(jìn)了奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變，從而降低了鋼的淬透性。奧氏體晶粒大小對鋼材沖擊韌性影響也很大，因此要求優(yōu)良可焊性的造船鋼板、在高溫高壓下使用的鍋爐鋼管、經(jīng)熱處理后使用的機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼、需進(jìn)行大變形拉拔加工的中碳鋼構(gòu)件等，均需對奧氏體晶粒度進(jìn)行檢驗(yàn)。此外，鑒于鋼的深沖性、磁性和低溫脆性等與鐵素體晶粒度有密切關(guān)系，故對碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.2%以下的薄板、電工鋼板和造船用鋼等一般要進(jìn)行鐵素體晶粒度的檢驗(yàn)，方法與上述奧氏體晶粒度的測定方法相同。鋼中晶粒度的檢驗(yàn)按GB6394-86或有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定來測定鋼中的實(shí)際晶粒度和奧氏體本質(zhì)晶粒度。

2.非金屬夾雜物鑒定非金屬夾雜物的研究，對提高鋼質(zhì)量具有極大的意義，因?yàn)閵A雜物與鋼的生產(chǎn)、加工以及鋼制零件的使用有密切的關(guān)系。在金屬中，即使僅含有少量的非金屬夾雜物，對性能也有明顯的影響。當(dāng)夾雜物順著零件方向拖延成鏈條狀小顆粒分布，或沿晶界分布時，對金屬力學(xué)性能的影響就更為嚴(yán)重，常常因應(yīng)力集中導(dǎo)致突然斷裂。夾雜物的存在將降低金屬的塑性和沖擊韌性。在鋼材冶煉過程中，若不很好地防止夾雜物的產(chǎn)生，往往會導(dǎo)致鋼材的報廢，給生產(chǎn)帶來損失。夾雜物的評級可按YB25-77及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行，該標(biāo)準(zhǔn)分脆性夾雜物分散分布、脆性夾雜物集中分布以及塑性夾雜物集中分布和分散分布四套評級圖。有的也采用國際標(biāo)準(zhǔn)評級。弄清夾雜物的本質(zhì)，可以對冶煉工藝提出改進(jìn)意見，從而改進(jìn)和控制冶煉過程中的某些工藝，改善鋼的質(zhì)量。因此，鋼中夾雜物的鑒定工作，直接關(guān)系著鋼質(zhì)量的好壞，在鋼鐵研究領(lǐng)域中是較為重要的工作之一鑒定夾雜物的方法很多，有化學(xué)、巖相、金相(如圖9-3),X射線結(jié)構(gòu)分析、電子顯微鏡和電子衍射結(jié)構(gòu)分析、電子探針分析等法，且常常需要這些方法相互配合，綜合分析鑒定。下面就舉例說明應(yīng)用綜合方法鑒定由鋼材中夾雜物產(chǎn)生的質(zhì)量問題和確定鋼中夾雜物的性質(zhì)和起源。考慮冶煉澆注工藝所用的錠模上面保溫劑—柳毛石墨，含碳大于12%，所以此夾雜物可能是柳毛石墨被卷入鋼液中。再取柳毛石墨進(jìn)行X射線分析和化學(xué)組成分析，得出X射線衍射圖和缺陷中夾雜物的衍射圖完全一致.其化學(xué)組成兩者也基本相同，故確定此缺陷中的夾雜物是澆注中柳毛石墨卷入鋼液中造成的。

3.脫碳層測量鋼加熱時，表層碳分比內(nèi)層降低的現(xiàn)象謂之脫碳，凡降低了碳量的表面層叫脫碳層。在大多數(shù)的鋼材中，特別是對工具鋼、滾珠鋼、高速鋼及彈簧鋼來說，脫碳被視為鋼材的一種缺陷。由于鋼材表面脫碳層未消除干凈，使工具鋼、滾珠鋼表面硬度和耐磨性降低，淬火時由于里外層體積變化不同，經(jīng)常使得工件表面形成裂紋。對高速鋼而言，脫碳還降低了鋼材的紅硬度和回火穩(wěn)定性;對彈簧鋼而言，脫碳則降低了鋼材的抗疲勞性能，所以必須將脫碳控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。脫碳是金相檢驗(yàn)的項(xiàng)目之一，隨著鋼種以及尺寸的不同，容許脫碳層的深度也有所不同。鋼的氧化與脫碳決定于鋼的化學(xué)成分、加熱溫度、加熱時間及加熱爐的氣氛等。脫碳層深度通過顯微組織試驗(yàn)(如圖9-4)、硬度試驗(yàn)、化學(xué)分析試驗(yàn)、火花試驗(yàn)、銼削試驗(yàn)、斷口檢驗(yàn)及腐蝕試驗(yàn)等方法來測量，但按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)該用顯微鏡或顯微硬度來測定。利用顯微鏡的測定方法主要適用于鑄造、鍛造狀態(tài)和正火、退火狀態(tài)的脫碳層。放大倍數(shù)通常用100倍，也可用500倍。硬度法主要用于淬火狀態(tài)和淬火回火狀態(tài)的脫碳層測量。

4.其他缺陷組織的檢驗(yàn)鋼中的缺陷組織除上述以外，還有網(wǎng)狀碳化物、碳化物液析、碳化物帶狀、碳化物球化不良、帶狀組織、奧氏體中α相及魏氏體組織、游離滲碳體等。下面簡要說明其檢驗(yàn)評級。

(1)網(wǎng)狀碳化物過共析鋼在熱加工后的冷卻過程中，其過剩的碳化物在晶粒邊界上析出所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，稱為網(wǎng)狀碳化物。網(wǎng)狀碳化物破壞了晶粒間的正常聯(lián)系，結(jié)果在鋼材的加工過程中晶界易開裂。而對合金工具鋼和鉻軸承鋼來說，網(wǎng)狀碳化物將降低鋼的耐磨性。

網(wǎng)狀碳化物級別的評定是在500倍金相顯微鏡下進(jìn)行的，評級時主要考慮分叉交角大小、成線和成網(wǎng)程度，還應(yīng)結(jié)合各鋼種技術(shù)條件的附圖綜合考慮，加以比較評定(如碳素工具鋼按GB1298-86、合金工具鋼按GB1299-85及有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)評級)。(2)碳化物液析鉻軸承鋼錠凝固時，鋼液中局部富碳和富合金元素處，由于明顯的枝晶偏析而形成的共晶組織，稱為碳化物液析。該組織在熱壓力加工時，被破碎成斷續(xù)的串鏈狀沿軋制方向分布，這也屬于碳化物不均勻的一類缺陷。碳化物液析對鉻軸承鋼極為有害，它將大大降低鋼的力學(xué)性能，特別是影響鋼的表面粗糙度。因?yàn)樘蓟镆何黾扔灿执?，在熱處理時易淬裂。碳化物液析的剝落將成為零件磨損的起源。軸承鋼的碳化物液析級別可在100倍金相顯微鏡下，按有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)評定。此外，合金工具鋼中的CrWMn,CrMn等鋼種其碳化物液析也較嚴(yán)重，所以這些鋼種軋制的鋼材的使用范圍受到限制，但國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對碳化物液析檢查未作規(guī)定，可參考鉻軸承鋼的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查。

(3)碳化物帶狀鋼錠中的結(jié)晶偏析在熱加工變形時延伸而成的碳化物富聚帶，稱為帶狀碳化物。鉻軸承鋼若出現(xiàn)帶狀碳化物，會導(dǎo)致耐磨性不一致，碳化物集中處易剝落，從而降低零件的使用壽命。鉻軸承鋼帶狀碳化物的級別可在100倍金相顯微鏡下評定，若要精確確定時，也可在500倍立相顯微鏡下評定。銘軸承鋼的帶狀碳化物級別一般按有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)評定。

(4)球化不良工具鋼和軸承鋼等碳含量較高的鋼材，經(jīng)熱軋和球化退火后的正常組織為球(粒)狀珠光體。球化的目的是軟化鋼材組織，以便于切削加工，并為熱處理準(zhǔn)備良好的金相組織。珠光體球化組織的級別的評定是在500倍金相顯微鏡下進(jìn)行的，具體的評級標(biāo)準(zhǔn)按GB1298-86(碳素工具鋼)和GB1299-85(合金工具鋼)以及有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

(5)帶狀組織經(jīng)熱加工后的低碳結(jié)構(gòu)鋼顯微組織中，鐵素體和珠光體沿加工方向成層狀平行交替的條帶狀組織，稱為帶狀組織。帶狀組織使鋼的力學(xué)性能呈各向異性，并降低塑性和韌性。熱處理時也易產(chǎn)生變形，且硬度不均勻。根據(jù)冶金部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，帶狀組織在縱向試片上放大100倍檢驗(yàn)，并按鐵素體、珠光體條帶的數(shù)量、寬度和連續(xù)性進(jìn)行評級。

6.α相的測定在奧氏體和鐵素體—奧氏體不銹鋼中，α相對鋼的性能有很大影響，特別是影響鋼的熱加工性。在高溫下α相和γ相的變形能力各異，進(jìn)行熱穿管時，由于α相含量過多(見圖9-5)，內(nèi)孔會出現(xiàn)皺皮或裂紋。因此，用于穿管的不銹鋼，對α相的含量有一定限制，含量測定應(yīng)按有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。其消除方法現(xiàn)主要采取嚴(yán)格控制鋼中鐵素體形成元素Mo、Al的含量，及鍛軋前進(jìn)行固溶處理來改養(yǎng)鐵素體的形態(tài)等措施以減少鋼中α相含量，改善鋼的熱塑性。除上述檢驗(yàn)外。還有魏氏組織、游離滲碳體檢驗(yàn)等。這些檢驗(yàn)·般按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。四、鋼的性能試驗(yàn)（一）力學(xué)性能試驗(yàn)由于任何鋼及合金都是在一定應(yīng)力、溫度和氣氛(或介質(zhì))條件下使用，因此，力學(xué)性能又有常溫和高溫性能之分。常溫力學(xué)性能包括:抗壓、彎曲、沖擊、硬度、疲勞及缺口敏感性等試驗(yàn)，這些已在有關(guān)教科書及章節(jié)講述過，此處省略。而高溫力學(xué)性能分短時和長時性能兩種。高溫短時性能的表示與常溫相同，只要注明溫度即可。其高溫長時性能有蠕變極限和持久強(qiáng)度，它們對選擇及發(fā)展高壓鍋爐、渦輪葉片等高溫材料有重要實(shí)用價值。此外，對干水上飛機(jī)、輪船及石油化工管道用鋼及合金，同時受溫度、氣氛和介質(zhì)的影響，所以高溫抗氧化及腐蝕性能是它們的重要性能之一，一般用增重法及對比法來測定。

(二)物理性能試驗(yàn)在鋼及合金的研制、加工及使用過程中，往往還需要了解其物理性能，以供設(shè)計構(gòu)件、制定加工工藝使用。此外，材料的某些物理性能可以很敏感地反映其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化，所以物理性能的測試也是深人研究材料的重要方法。特別對一些以物理性能為主要使用性能的特殊鋼及合金，如電工鋼、磁鋼、可伐合金等測定物理性能就更為重要。物理性能主要有:密度、相對密度、彈性模量、膨脹系數(shù)及電、熱、磁等有關(guān)性能，它們也在有關(guān)教科書中有詳述.在此省略。第三節(jié)鋼的質(zhì)量分析方法及應(yīng)用隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，對鋼材品種和質(zhì)量都提出了更高的要求。這是因?yàn)樵S多在特殊場合下使用的鋼件需要有相應(yīng)的性能保證，且所有的鋼制零件也都希望經(jīng)久耐用。根據(jù)實(shí)際需要，采用先進(jìn)設(shè)備、工藝及努力提高技術(shù)水平，嚴(yán)格冶金操作，提高冶金質(zhì)量以及不斷研制新的鋼種和合金，以保證其使用要求是金屬材料專業(yè)工作者面臨的一個重要任務(wù)。要做好這方面的工作，需要有冶金和冶金質(zhì)量分析與控制方面的知識作為基礎(chǔ)。所以質(zhì)量分析與控制的重要性是不言而喻的。因?yàn)橐苯鹕a(chǎn)由于環(huán)節(jié)多，周期長，過程復(fù)雜，出現(xiàn)冶金質(zhì)量問題在所難免。所以加強(qiáng)質(zhì)量分析，進(jìn)行質(zhì)量控制，是提高鋼質(zhì)量的重要途徑之一。特別是為了使冶金產(chǎn)品打入國際市場，參予國際競爭，大力開展質(zhì)量分析與研究，提高產(chǎn)品質(zhì)量是關(guān)鍵。如瑞典SKF公司的軸承鋼，歷經(jīng)數(shù)十年，牢牢地占領(lǐng)著世界高質(zhì)量軸承鋼市場不衰，他就是一長期開展質(zhì)量分析研究，不斷解決實(shí)際問題，以其穩(wěn)定而不斷提高質(zhì)量和信譽(yù)來取勝。一、質(zhì)量分析方法

(一)質(zhì)量分析技術(shù)及儀器上節(jié)已對鋼的質(zhì)量檢驗(yàn)分析常規(guī)方法及儀器作了介紹，其中包括:金相分析、高倍檢驗(yàn)、斷口分析、力學(xué)性能測試及成分分析等。除此之外，質(zhì)量分析研究還要用到一些大型精密儀器和新技術(shù)。大致有:

1.物理化學(xué)相分析它是運(yùn)用電化學(xué)—化學(xué)分析法，分離提取鋼中的第二相，然后將其混合粉末，根據(jù)各相的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分離，最后測定其元素，得出鋼中各相的數(shù)量及組成。

2.現(xiàn)代物理測試技術(shù)鋼鐵質(zhì)量檢測分析技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步也有了迅速地發(fā)展?，F(xiàn)代化的檢測裝置大量地采用先進(jìn)電子技術(shù)，通過傳感元件。幾乎能把一切物理量轉(zhuǎn)變成電信號，然后用電子技術(shù)把它放大、傳輸，進(jìn)行處理、顯示、記錄，并將信號反饋于控制系統(tǒng)。新型電子儀器都帶有微機(jī)處理，使檢測分析裝置智能化。現(xiàn)代物理檢測分析技術(shù)按其工作原理分為光譜術(shù)、顯微術(shù)、衍射術(shù)三大類;也可按成分、結(jié)構(gòu)和形貌等分析內(nèi)容來分類。

(1)光譜分析技術(shù)它主要包括電子探針、俄歇能譜、X射線熒光光譜、原子發(fā)射光譜、電子能譜、質(zhì)譜、穆斯堡爾譜、核磁共振譜及正電子湮沒技術(shù)等。主要用于測定材料的元素成分、雜質(zhì)含量及鑒定某一特定價態(tài)或化學(xué)形態(tài)等。它將向著高效率、高精度方向發(fā)展。

(2)顯微分析技術(shù)包括場離子顯微術(shù)、透射電子顯微術(shù)、掃描電子顯微術(shù)、高壓電子顯微術(shù)、定量電子顯微術(shù)以及偏振光、相襯顯微術(shù)、干涉術(shù)、高溫金相術(shù)等。主要用于研究材料表面元素或夾雜物的分布狀況、存在形貌或測定晶格缺陷與表面位錯，以及提供金屬材料的組織及結(jié)構(gòu)信息，確定各相的數(shù)量、大小及分布和比例等。

(3)衍射分析技術(shù)包括X射線衍射、中子衍射及電子衍射。主要用于測定晶體結(jié)構(gòu)和相分析以及結(jié)構(gòu)缺陷等。

3.無損檢測技術(shù)它簡稱為NDT(NondestructiveTesting的縮寫)，主要功能是無損探傷、材質(zhì)檢查、檢查幾何度量和現(xiàn)場監(jiān)控，現(xiàn)已發(fā)展成為鋼質(zhì)量檢測的一門常規(guī)技術(shù)，不但能檢測鋼材鍛、鑄、焊件等的缺陷，并能對缺陷進(jìn)行定性定量分析。無損檢測的方法很多，常用的有射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測、滲透檢測和渦流檢測等，另外還有激光全息照相檢測、聲振檢測、紅外檢測和聲發(fā)射檢測等新技術(shù)。現(xiàn)在無損檢測已成為在線生產(chǎn)檢測、動態(tài)檢測及自動化、圖象儀檢測中應(yīng)用較多的方法。在進(jìn)行鋼的質(zhì)量分析中，總是把幾種分析方法匯集起來考慮。因?yàn)橐苯鹑毕輰Σ牧系挠绊懯嵌喾矫娴摹＠缳|(zhì)量問題一般會引起性能的變化，而材料的復(fù)雜性能與內(nèi)部復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)有著緊密的聯(lián)系，所以必須進(jìn)行綜合分析。如用光學(xué)顯微鏡分析顯微結(jié)構(gòu)，用電子顯微鏡分析亞結(jié)構(gòu)，用X射線衍射儀揭示晶體和分子結(jié)構(gòu)，用激光光譜分析原子結(jié)構(gòu)，用高能轟擊觀察核結(jié)構(gòu)，從而才能真正揭示鋼材和多層結(jié)構(gòu)的內(nèi)在復(fù)雜體系，為質(zhì)量分析莫定理論基礎(chǔ)。

(二)分析方法的選擇質(zhì)量分析過程通?？梢圆捎孟率龇治鍪侄?、方法及程序進(jìn)行分析。

1.實(shí)物外觀檢查首先對被分析對象即實(shí)物或試件的基本情況進(jìn)行調(diào)查和外觀檢查，選取代表性的部位進(jìn)行實(shí)物拍照，并記錄重要特征或截取試樣。

2.無損探傷通常采用上述常規(guī)無損檢測方法來檢測試樣近表面及內(nèi)在缺陷的位置、大小及分布等情況，以作為取樣依據(jù)，并配合分析工作順利進(jìn)行。

3.宏觀分析以低倍酸洗斷口及硫印等方法顯示鋼材缺陷及鍛件流線分布等。宏觀檢驗(yàn)內(nèi)容有:

（1）表面及表層缺陷包括:裂紋、過燒跡象、折迭、斑疤、發(fā)裂及機(jī)械損傷等。（2）內(nèi)在缺陷包括:裂紋、白點(diǎn)、縮管、氣泡、疏松、偏析及流線分布等口（3）鑄造合金結(jié)晶取向、枝晶及宏觀晶粒分布。

4.斷口分析采用的手段一般用肉眼、低倍放大、光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察，從肉眼出發(fā)，確定位置、方向關(guān)系，以判定斷口的性質(zhì)和產(chǎn)生的原因，然后依次提高放大倍數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，從各種微觀斷口形貌找出斷裂機(jī)理。

5.顯微分析對于在缺陷嚴(yán)重部位或斷口處所取試徉(并在基體取樣作比較)進(jìn)行光學(xué)、電子顯微鏡及電子探針、X射線衍射儀等分析儀器觀察、分析材料的質(zhì)量，主要分析下列內(nèi)容:(1)缺陷區(qū)或斷口邊緣形狀與裂紋的形態(tài)、分布取向及夾雜物、脫碳的存在與否。（2）表層缺陷包括:過燒、氧化、腐蝕、脫碳等缺陷的高倍形貌及程度。

(3)內(nèi)在缺陷包括:非金屬夾雜物分布、晶粒大小、顯微缺陷及析出相是否正常。

6.成分分析采用化學(xué)方法、光譜分析等手段，鑒定零件用材成分是否符合要求，必要時做微量有害元素分析及微區(qū)電子探針分析，以配合相分析工作。

7.力學(xué)性能試驗(yàn)采用相應(yīng)的力學(xué)性能試驗(yàn)設(shè)備對試樣進(jìn)行材料靜載荷、動載荷或交變載荷等各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)試驗(yàn)，以鑒定有關(guān)力學(xué)性能指標(biāo)。根據(jù)鋼材的質(zhì)量問題及冶金缺陷的特點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量分析時，通常采用以上基本方法和分析手段，由于分析對象的難易程度差別不同，有時只采用部分程序和分析手段。二、質(zhì)量分析的一般步驟鋼的冶金質(zhì)全分析是一項(xiàng)復(fù)雜而又細(xì)致的工作，不過，無論怎樣復(fù)雜，總可以從冶金學(xué)(包括原料、冶煉過程、澆鑄過程)、金屬學(xué)(包括化學(xué)成分、金屬的加工工藝、熱處理工藝)、使用條件和環(huán)境等諸方面來考慮，并借助于測試設(shè)備、儀器的幫助，通過數(shù)據(jù)處理和綜合分析討論，得出正確的結(jié)論。例如，珠光體或馬氏體類鋼產(chǎn)生白點(diǎn)敏感，可以考慮冶金學(xué)方面的煉鋼原料、造渣材料、脫氧劑的清潔和干燥，以及金屬學(xué)方面的熱加工和熱處理工藝操作是否適當(dāng)。18-8型含鈦奧氏體不銹鋼的穿管裂可以考慮金屬學(xué)方面的α相含量過高，因α相與奧氏體相的性能差異很大，致使穿管時變形不一致，而產(chǎn)生裂紋。滾珠軸承鋼的表面剝落或早期疲勞破壞，可以考慮金屬學(xué)方面的顯微液析碳化物、帶狀碳化物和網(wǎng)狀碳化物的偏析聚集影響軸承的使用壽命，亦可考慮冶金學(xué)方面的澆注不當(dāng)?shù)纫蛩亍；ぴO(shè)備用不銹鋼型材的早期腐蝕破壞，可以考慮，金屬學(xué)及使用條件與環(huán)境苛刻等方面而引起晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕，如此等等。如對待分析的質(zhì)量問題有了初步考慮并制定出試驗(yàn)方案后.可進(jìn)一步采用上述方法程序進(jìn)行分析.而對一個質(zhì)量問題的完整分析步驟一般有下面幾個方面：

1.問題的提出它相當(dāng)于一篇論文的前言，亦開場自，好比長劇的序幕。其重要性是不言而喻的。質(zhì)量分析工作選題的一般原則是確切、恰當(dāng)、鮮明、適用，既不過于概括，又不大而無當(dāng)。具體講就是要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際。既有經(jīng)濟(jì)價值，又有學(xué)術(shù)意義。在這里要求提供質(zhì)量缺陷實(shí)物照片和對生產(chǎn)與使用造成的危害依據(jù)，同時還要說明為什么要從事本項(xiàng)分析工作。結(jié)合查閱有關(guān)資料，了解與本課題相關(guān)的成果及理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，研究目的和預(yù)期目標(biāo)等。

2.實(shí)驗(yàn)和分析方法

(1)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備提供試樣的化學(xué)組成、制備方法、組織結(jié)構(gòu)、性能特征與熱處理制度。

(2)實(shí)驗(yàn)過程要求列出實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備、儀器及操作過程，同時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)條件選擇與實(shí)驗(yàn)程序編制，并進(jìn)行有關(guān)對比性及判斷性實(shí)驗(yàn)。

(3)實(shí)驗(yàn)記錄認(rèn)真觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，收集和整理原始數(shù)據(jù)，攝照實(shí)驗(yàn)過程中關(guān)鍵性、有代表性的信息圖象。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析討論這一步是分析工作的重點(diǎn)。一切結(jié)論由此得到，一切議論由此引發(fā)，一切推理由此導(dǎo)出。在這一部分，要列出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和觀察所得，并對實(shí)驗(yàn)誤差加以分析和討論，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行必要的處理。通常用圖表、照片等表達(dá)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在一個質(zhì)量問題的每個單項(xiàng)的研究結(jié)果列出之后，一般要作判斷分析，并用有關(guān)理論和前人成就作綜合討論或作出小結(jié)。

4.結(jié)論及控制方法

1)結(jié)論是對分析研究工作全過程中的材料加以去粗取精，由表及里的處理，抽出共同的、本質(zhì)的規(guī)律，歸結(jié)出內(nèi)在和有機(jī)的聯(lián)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程的觀察所得和實(shí)驗(yàn)結(jié)果等材料，經(jīng)過綜合分析，構(gòu)成若干觀念和論點(diǎn)，并將各種數(shù)據(jù)材料聯(lián)貫起來。思索判斷，邏輯推理，形成最終的總體的論點(diǎn)，即得出質(zhì)童缺陷的性質(zhì)和產(chǎn)生原因。

2）結(jié)論部分一般還包括研究者提出的建議.例如下一步研究工作的設(shè)想，儀器設(shè)備如何改進(jìn)，尚待解決的遺留問題，以及提出對質(zhì)量問題如何改善、消除與控制的具體措施等。三、質(zhì)量分析的應(yīng)用為了分析、鑒定鋼材的冶金質(zhì)量，通常運(yùn)用常規(guī)的及現(xiàn)代的測試手段及方法去綜合分析檢驗(yàn)，從而探索鋼材宏觀及微觀質(zhì)量缺陷的特征、形成原因以及它們對鋼材性能的影響和如何評級，并提出改善與控制的方法。例如對縮孔殘余的分析，知道其形成原因主要是在澆鑄鎮(zhèn)靜鋼錠和鑄件時冷凝制度控制不當(dāng)或熱加工過程中切頭不夠造成的?？s孔殘余的危害在鍛軋時發(fā)展到鋼材內(nèi)部，造成內(nèi)部裂紋或分層現(xiàn)象，它是鋼材不允許的缺陷。采用正確的澆鑄工藝，設(shè)計合理的錠型，采用適量的切頭率，一般可予以防止和控制。又如對18CrMnTi鋼制活塞銷的斷裂分析可知:其斷口為疲勞斷裂，低倍檢驗(yàn)為氧化物夾雜4級(共分為5級)，呈鏈狀分布，硫化物為2.5級（5級制)，夾雜物總和為5級(規(guī)定不超過4級)，顯微組織表面為細(xì)針狀馬氏體加少量碳化物，心部為低碳馬氏體加少量鐵素體。可見，活塞銷顯微組織正常，滲碳淬火工藝正確，斷裂是由于鋼材中存在嚴(yán)重的非金屬夾雜物而引起的。通過控制冶金過程中的脫氧操作，改善耐火材料質(zhì)量，或采用爐外精煉和真空處理等可以改善和減少鋼中夾雜物，從而可提高活塞銷的使用壽命。可見，為了生產(chǎn)高質(zhì)量的鋼材，以及合理選擇和安全使用鋼材，進(jìn)行冶金質(zhì)量分析與控制是非常重要的，其效果是明顯的。下面對幾個質(zhì)量分析應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行簡介。

(一)60Si2Mn彈簧鋼脆性斷口的質(zhì)量分析

1.問題提出及試驗(yàn)方法某廠平爐冶煉的60Si2Mn彈簧鋼作拉伸試驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)有些試樣突然脆斷，其塑性指標(biāo)大為低下，從而影響鋼的質(zhì)量及正常使用，對此質(zhì)量問題進(jìn)行分析試驗(yàn)是生產(chǎn)實(shí)際的需要。

試驗(yàn)所用鋼的成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))及熱處理規(guī)范如下:C0.59%Mn0.84%Si1.71%P0.019%S0.025%Cr0.04%Ni0.04%860℃加熱15min柴油淬火+480℃保溫90min空冷(或水冷)回火。對A,B兩組4批試樣分別進(jìn)行超聲波探傷及宏觀、微觀等分析，以鑒定缺陷的本質(zhì)，并探索產(chǎn)生原因及消除方法。

2.試驗(yàn)程序及結(jié)果分析

(1)宏觀分析對拉伸斷口進(jìn)行測量，其伸長率和斷面收縮率有的幾乎為零，見表9-2所示。對這類斷口進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)無縮頸，有圓形或橢圓形及無規(guī)則的白色圓點(diǎn)，其周圍有放射狀條紋，如圖9-6所示。取低倍試樣進(jìn)行酸洗試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有放射狀微裂紋，初步結(jié)論為白點(diǎn)缺陷。(2)金相顯微鏡觀察對有傷波的部位切取金相試片，在顯微鏡下觀察到裂紋呈鋸齒狀，附近有夾雜物，但互不相干擾，也無氧化脫碳，裂紋多沿晶界延伸，也有穿晶現(xiàn)象，如圖9-7所示。

(3)電子斷口特征掃描電鏡觀察斷口的特征如圖和沿晶韌性斷裂為主要特征，在晶界的光滑平坦面上存在著臺階幾何花樣區(qū)，具有明顯的白點(diǎn)斷口特征，而透射電鏡觀察到的臺階花樣是自由表面結(jié)晶面上的臺階，可以認(rèn)為是脆性斷裂的結(jié)果，也符合白點(diǎn)斷口的微觀特征，如圖9-8所示。(4)熱處理工藝、拉伸速度及氫含量與白點(diǎn)的關(guān)系試驗(yàn)證實(shí)，有、無傷波的試樣淬火后也相對發(fā)現(xiàn)有、無裂紋。而回火冷卻不同時，其結(jié)果與上相同。這說明熱處理過程中沒有引起裂紋。同樣，拉伸速度快慢與白點(diǎn)也無關(guān)。將鋼中氫含量與探傷結(jié)果、塑性指標(biāo)之間的關(guān)系列入表9-3之中。從表9-3可以看到:超聲波檢查有傷波，鋼中含氫量高，拉伸斷口出現(xiàn)白色點(diǎn)是相互對應(yīng)的。因此可以進(jìn)一步斷定拉伸斷口上發(fā)現(xiàn)的白色點(diǎn)，就是原來已存在于鋼中的白點(diǎn)缺陷。

3.結(jié)論及控制方法

(1)60Si2Mn平爐鋼白點(diǎn)的宏觀特征超聲波檢測有傷波，低倍呈細(xì)小發(fā)紋，斷口上為銀白色圓形斑點(diǎn)，斷裂為脆性，斷裂其伸長率和斷面收縮率顯著地下降。

(2)掃描電鏡和透射電鏡觀察白點(diǎn)處的微觀形態(tài)及花樣符合白點(diǎn)特征。

(3)鋼中的氫含量有一個臨界值為2.8-3.1mL/100g，高于此值，再加上加工與組織應(yīng)力，就會產(chǎn)生白點(diǎn)。鋼材中氫氣分布不均勻，白點(diǎn)分布也不均勻。

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