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【技术】钢的洁净度和夹杂物评价方法

楼主:世界金属导报 时间:2021-02-23 08:25:18

钢中除了基体组织,还存在着氧化物、硫化物等夹杂物和氮化物、碳化物等析出物。这些物质有的是不可避免形成的,有的是为了某种目的形成的。这些物质的种类、大小和形态多种多样,是影响钢材性能的重要因素。一般来说,以氧化物为代表的夹杂物使钢的韧性、疲劳强度和耐蚀性下降。
夹杂物是齿轮、轴承等高硬度零部件产生应力集中的部位,是导致断裂的起点。所以,对钢中夹杂物的正确评价是钢铁厂和齿轮轴承制造厂的重要问题。
常用的钢中夹杂物评价方法有ASTM E 45和最近采用的极值统计法。ASTM E 45法,根据光学显微镜观察面积内夹杂物的形状、分布,将夹杂物分为A(硫化物类)、B(氧化铝类)、C(硅酸盐类)、D(球状氧化物类),并且按厚度分为薄型和厚型两种。ASTM E 45 法是用夹杂物长度和个数进行级别评价的方法。
极值统计法是对观察视场中的最大夹杂物的大小进行反复测定,然后利用统计方法对一定基准面积内最大夹杂物直径进行统计性预测。极值统计法的一个例子是图1所示的SCr420钢夹杂物评价结果。该评价是用基准面积为100mm2、视场数30个,被测面积300mm2的观测数据得出的评价结果。各视场夹杂物的最大直径是5.2-28.1μm,推定预想面积30000mm2内夹杂物的最大直径是35μm。极值统计法与ASTM E 45相比,可以预测大面积内的夹杂物,并可使夹杂物评价数值化,特别适用于要求高洁净度的钢材。光学显微镜评价方法通用性高,但检查区域小。因此,在当前钢的洁净度提高、夹杂物出现频度小的情况下,为了对出现频度小的、更大夹杂物进行评价,需要采用大体积内夹杂物评价方法。
近年来,大体积内夹杂物的非破坏评价方法的开发和应用有了很大进展。超声波探伤(UT)法,因使用声波波长不同,可探伤的夹杂物大小也不同。可进行大体积探伤的10-15MHz 超声波,可以检测出100μm以上的夹杂物,因此用于夹杂物检测。有研究报告指出,高周波超声波可以检测出直径更小的夹杂物。今后应进一步开展利用超声波的夹杂物检测和缺陷探伤技术的开发和应用。
除以上介绍的夹杂物、析出物评价方法外,近年来,还开展了可获得极性表面信息的俄歇电子分光法(AES)、X射线光电子分光法(XPS)以及可获得原子尺度信息的原子探针电解离子显微镜(FMAPS)对微细析出物、夹杂物分析的研究。
俄歇电子分光法是将电子束照射到试样上,对具有元素固有能量的俄歇电子进行检测,获得从表面到几纳米深度内的元素种类和浓度的信息。通过将照射电子束聚焦,可以测定10nm以下微小区域内的元素。此外,可以一面使电子束在试样表面扫描,一面检测俄歇电子信号,来测定元素在试样表面的分布。还可以用Ar+离子照射试样表面,将表面剥离,检测俄歇电子信号,测定沿深度方向的元素分布。
X射线电子分光法是将X射线照射在试样上,对从试样原子、分子内的轨道上释放出来的光电子能进行分析,对试样表面成分进行定量检测的方法。X射线电子分光法还可以获得元素的化学状态信息。
此外,利用充氢拉伸试验和超声波疲劳试验法在夹杂物周围引发应力集中,对最大夹杂物进行检测的方法研究也在进行中。在目前已经具有多种夹杂物、析出物分析的方法和设备的情况下,重要的是,根据分析对象的大小和分析目的,选用或组合采用适宜的分析方法,对夹杂物、析出物进行正确分析。
本文摘选自本报2016年第2期B01部分内容,若要详细了解更多相关行业和技术信息,请关注本报纸质报纸每期A版和B版内容,或者登陆本报手机APP客户端,或者本报网站新址:http://www.worldmetals.com.cn/电子报阅读全文。转载请注明出处。

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