借助肉眼或借助低倍放大镜, 可以观察到棒料、盘条及坯料上存在的疏松、偏析、气泡和缩孔残余、夹杂、白点等明显缺陷,把这种宏观检查出的缺陷称之为钢的低倍组织缺陷。目前钢材的质量检查和判定,尽管有先进的仪器设备和方法,但因为低倍组织缺陷检查的简单和直接,依然在生产实践中被广泛应用。最新颁布的新国标GB/T226-2015《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》和GB/T1979-2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》等就是用来指导宏观检验的。 以下对常见钢的低倍组织缺陷的识别、产生原因、对钢的性能影响及消除方法进行粗浅地阐述。
1.疏松。疏松是钢在致密性方面的缺陷。一般发生在钢锭的上部及中部,这些地方集中了较多的杂质和气体造成的孔隙,试样经酸浸后这些杂质和孔隙为酸液溶解和侵蚀,扩大成许多洞穴。在横向试样上,如果疏松分布在整个截面上,称之为一般疏松;如果集中在钢材中心相当于钢锭最后结晶的等轴晶区,称之为中心疏松。形成疏松的主要原因是钢中的低熔点杂质和气体。在形成钢液过程中,由于体积收缩和气体析出会形成树枝状的晶间空隙和显微孔隙,如果钢液中的杂质聚积在其中,而未被钢液填充,则造成组织的不致密性。 防止钢材产生严重疏松的办法,主要是要减少钢中的杂质和气体。 2.偏析。偏析是钢在均匀性方面的缺陷,在碳素结构钢和合金钢中均可见到。钢的试样经酸浸后的偏析一般有树枝状、方框型、点状偏析,当今随着冶炼技术的提高,点状偏析已极少发现。 树枝状偏析多数情况是浇注温度过高和冷却缓慢所致。在钢液凝固结晶过程中,首先形成树枝状晶轴。然后在一次晶轴上沿一定角度长出二次晶轴,再派生出三次、四次形同树枝状的晶轴,液体逐渐占据枝晶空隙填满到结晶结束,于是就构成了树枝状晶轴与晶粒之间成分的不均匀性。当树枝状偏析非常严重时,会严重恶化钢的机械性能。方框型偏析与碳的偏析产生铁素体和珠光体多少有关,由于铸锭结晶时,在柱状晶的末端与锭心等轴晶区之间聚积较多杂质和孔隙而形成。严重的方框型偏析在热处理后会使紧固件的机械物理性能降低。 钢的偏析与钢的成分、钢中气体与杂质含量、浇注温度和冷却速度有关,消除的方法主要是减少钢中的杂质和气体,在冶炼和浇注方面采取措施。 3.气泡和缩孔残余。气泡是钢中气体形成的空洞,分为皮下气泡和蜂窝气泡,是钢中的气体引起的缺陷。缩孔残余是钢液在凝固过程中,由于各部分结晶及体积收缩的先后不同,而形成比较集中的空穴。正常情况下,钢锭都有冒口切除工艺,但如果切除不尽或缩孔较深及锭中时就会造成缩孔残余。防止气泡产生一是减少钢中气体,二是炼钢时设法增加钢液的流动性等。 4.夹杂物。钢的低倍组织缺陷中的夹杂物分为金属和非金属两类,金属夹杂物是钢中混入了异样金属,由于化学成分的不同,在经浸蚀的低倍试样上很容易将它们与基体金属和其他缺陷加以区别。一般是在冶炼高合金钢时,加入的铁合金数量较多或铁合金块较大时,会因未被全部熔化而形成金属夹杂物。 非金属夹杂物是冶炼时钢中的气体与脱氧剂及合金元素反应的产物以及耐火材料碎片,主要是铁与氧、硫、氮所形成的化合物。非金属夹杂物一般不具备金属光泽,很容易发现。其对钢的机械性能影响主要表现在降低疲劳强度,容易造成产品缺口和应力集中而引起疲劳裂纹导致紧固件早期失效。另外对钢的热处理性能、焊接性能和耐腐蚀性能均有不利影响。消除夹杂物的措施除了传统的洁净炉料外,目前普遍采用的真空熔炼、钢液的真空处理等炉外精炼技术都有显著效果。 5.白点。钢中白点是在试样纵向断口上呈现出银白色的椭圆斑点,而在被磨光并酸浸的横向试样上则为细长而平直的裂纹。白点也称为发裂;白点对钢的性能影响较大,是热轧合金结构钢不允许的低倍组织缺陷。各种钢对白点的敏感程度不同,铬钢、锰钢等合金结构钢敏感性大,而碳素结构钢对白点的敏感性较小。钢的白点敏感性不仅与化学成分有关,并且与炼钢的方法有关。目前在紧固件企业,普遍采用超声波探伤、酸浸、磁粉探伤、着色探伤和断口检验等方法对钢中白点进行检查和判断,这是十分必要的。 钢液中的含氢量是产生白点的重要条件,所以防止白点的办法主要是在冶炼浇注时减少钢中的氢气。如少用生锈的铸铁和废钢、对合金料彻底烧烤除气以保证炼钢时整个熔池内发生足够强烈的沸腾。真空冶炼和钢液的真空处理,它不仅可使钢中含氢量降低,消除了白点等缺陷的发生,并且能够有效地去除了氧和氮含量,减少了钢中夹杂物与偏析,极大地提高了钢的纯净度,使钢的力学性能得到显著改善。 总之,对高强度紧固件,低倍组织缺陷中心疏松、一般疏松、方形偏析允许≤2.0级;不允许存在白点、缩孔、气泡、翻皮等缺陷,这些缺陷都是热处理产生淬火开裂的重要原因之一。一般情况下,缺陷越严重,其淬火裂纹和冷镦或使用过程中开裂的倾向性越大。因此,上述缺陷在原材料进厂时必须严格检验和判定,才能促进企业产品质量的提高。
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