钢铁材料的质检方法及其应用

钢材质量的检验方法及其应用

冶金工厂生产各种钢材，出厂时都要按照相应的标准及技术文件的规定进行各项检验（实验）。科学实验（检验）是科学技术发展的基础，它标志着科学技术发展的水平，是推动科学技术发展的重要手段。冶金产品检验是冶金工业发展的基础，她标志着冶金工业技术水平和冶金产品的质量。应使用各种有效的手段对半成品和成品进行质量检验，检验工序必须作为生产流程中的一个重要工序。

钢的质量检验方法标准包括化学成分分析、宏观检验、金相检验、力学性能检验，工艺性能检验、物理性能检验、化学性能检验、无损检验以及热处理检验方法标准等。每种检验方法标准又可分为几个到几十个不同的试验方法。

（1）化学成分每一个钢种都有一定的化学成分，化学成分是钢中各种化学元素的含量百分比。保证钢的化学成分是对钢的最基本要求，只要进行化学成分分析才能确定某号钢的化学成分是否符合标准。

对于碳素结构钢，主要分析五大元素，即碳、锰、硅、硫、磷；对于合金钢，除分析上述五大元素之外，还要分析合金元素。此外，对钢中的其他有害元素和残余元素也有规定。

（2）宏观检验宏观检验是用肉眼或不大于十倍的放大镜检验金属表面或断面以确定其宏观组织缺陷的方法。宏观检验也称低倍组织检验，其检验方法很多，包括酸浸实验、硫印实验、断口检验和塔型车削发纹检验等。

浸酸试验可以显示一般疏松、中心疏松、锭型偏析、点状偏析、皮下气泡残余缩孔、翻皮白点轴心晶间裂缝，内部气泡、分金属夹杂物及夹渣、异金属夹杂等，并进行评定。

硫印实验是利用钢中硫化物与硫酸反应生成硫化氢，硫化氢与相纸的溴化银反应生成硫化银，使相纸变成棕色这一原理来检查钢中硫的宏观分布情况，并可间接检查其他元素在钢中偏析和分布情况。

端口检验是根据检验目的采取适当的方法将试样折断以检验断口质量，或对在使用过程中破损的零部件和生产制造过程中由于某种原因而导致破损的工件断口进行观察和检验。可按断口的宏观形貌和冶金缺陷将断口分类，以评定钢材质量。

塔型车削发纹检验是检查钢材不同深度处的发纹。试验时将钢材试样车成不同尺寸的阶梯，进行酸浸或磁力探伤后，检查其裂纹程度，以衡量钢中夹杂物、气孔和疏松存在的多少。发纹严重地危害钢的动力学性能，特别hi疲劳强度等，因此，对重要用途的钢材都要进行塔型检验。

（3）金相组织检验这是借助金相显微镜来检验钢中的内部组织及其缺陷。金相检验包括奥氏体晶粒的测定、钢中非金属夹杂物的检验、脱碳层深度的检验以及公众化学成分偏析的检验等。其中钢中化学成分偏析的检验项目又包括亚共析钢带状组织、工具钢碳化物不均匀、球化组织和网状碳化物、带状碳化物及碳化物液析等。

（4）硬度硬度是衡量金属材料软硬度的指标，是金属材料抵抗局部塑性

变形的能力。根据试验方法不同，硬度可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度和显微硬度等几种，这些硬度实验方法适用的范围也不同。最常用的布氏硬度实验法和洛氏硬度实验法和洛氏硬度实验法两种。

（5）拉伸试验强度指标和塑性指标都是通过材料试样的拉伸试验而测得的，拉伸试验的数据是工程设计和机械制造零部件设计中选用材料的主要依据。

常温强度指标包括屈服点（或规定非比例伸长应力）和抗拉强度。高温强度指标包括蠕变强度、持久强度、高温规定非比例伸长应力等。钢的强度要求高低随其用途而定。

钢的主要塑性指标是伸长率和断面收缩率。凡是要求具有一定强度的钢材，一般都要求其具有一定的塑性，以防钢材过硬或过脆。对于需要变形加工的钢材，塑性指标尤为重要。

（6）冲击试验冲击试验可以测得材料的冲击吸收功。所谓冲击吸收功，就是规定形状和尺寸的海洋在一次冲击作用下折断所吸收的功。材料的冲击吸收功越大，其抵抗冲击的能力越高。快速车床的齿轮、火车的挂钩、高速公路的桥梁、铁路轨道等都要求其具备有较高的冲击吸收功。根据实验温度，通常将冲击吸收功分为高温冲击吸收功、低温冲击吸收功和常温冲击吸收功三种。

根据采用的能量和冲击次数，可分为大能量的一次冲击试验（简称冲击试验）和小能量多次冲击试验（简称多次冲击试验），小能量多次冲击试验方法，目前尚未形成国家标准。

（7）工艺性能试验工艺性能是指零件制造过程中各种冷热加工工艺对材料性能的要求。工艺性能试验包括钢的淬透性试验、焊接性能试验、切削加工性能试验、耐磨性能试验、金属弯曲试验、金属顶锻试验、金属杯突试验、金属（板材）反复弯曲试验、金属线材反复弯曲试验以及金属管工艺性能试验等。

（8）物理性能试验物理性能检验是采用不同的试验方法对钢的电性能、热性能和磁性能等进行检验。特殊用途的钢都要进行上述一项或几项的物理性能检验，例如硅钢应进行电磁性能的检验。

（9）化学性能试验化学性能是指某些特定用途和特殊性能的钢在使用过程中抗化学介质作用的能力。例如建筑和工程结构用碳素钢和低合金钢抗大气腐蚀性能、不锈耐酸钢的晶间腐蚀倾向、耐热钢的抗氧化性能、海洋用钢的耐海水腐蚀性能等。化学性能试验包括大气腐蚀试验、晶间腐蚀试验、抗氧化性能试验以及全浸腐蚀和间浸腐蚀试验等。

（10）无损检验无损检验也称无损探伤。它是在不破坏构件尺寸及结构完整性的前提下，探查其内部缺陷并判断其种类、大小、形状、及存在的部位的一种检验方法。常用于生产中的在线检验和机器零部件的检验。生产场所广泛使用的无损检验法有超声波探伤和磁力探伤，此外还有射线探伤。

（11）规定尺寸检验成品钢材都有规定尺寸要求。钢材规格通常是指标准中规定的钢材主要特征部位所应具有的尺寸（如直径、厚度、宽度及高度等），即所谓名义尺寸或公称尺寸。在钢材生产中，由于设备条件、工艺水平、操作技术等因素的影响，所生产的钢材实际尺寸很难（也不可能）与名义尺寸完全相符，必然存在一定公差。但钢材的公差必须在标准所规定的公差范围之内。

（12）表面质量检验这是检验钢材表面及其皮下缺陷。钢材表面检验内容是检验表面裂纹、耳子、折叠、重皮和结疤等表面缺陷。为了使钢材表面的缺陷显露出来，应将钢材进行酸洗以除掉氧化铁皮，或用砂轮沿钢材全长进行螺旋磨光。供热加工用的钢材，必须消除其表面所有缺陷，以避免随后的加工中出现裂纹或其他缺陷。供冷加工用的钢材，若表面缺陷隐藏深度未超过加工余量，则可不必清除，因为表面缺陷会随同切屑一起被切除。

（13）包装和标志钢材出厂时，要检查钢材包装是否符合规定，是否具有规定的标志。钢材包装的形式是根据钢材品种、形状、规格、尺寸、精度、防锈蚀要求及包装类型而确定的。为区别不同的厂标、钢号、批号、规格（或型号）、重量和质量等级而采用一定的方法加以标志。钢材标志可采用涂色、打印、挂牌、粘贴标签和置卡片等方法。

钢材质量检测对于指导冶金工厂不断改进生产工艺，提高产品质量，生产符合标准的钢材，以及指导用户根据检验结果合理选用钢材，正确进行冷、热加工和热处理都具有重要的实际意义。通过对钢材产品和半成品的检验，可以发现钢材质量缺陷，查明产生原因，指导各生产环节制定相应措施将其消除或防止，同时也尽可能杜绝将有缺陷的不合格钢材供应给用户。此外，随着检验方法的改进和不断完善，可以进一步提高检验质量和准确性，提高检验速度，缩短检验周期，也可以促进新钢种的开发和现产品的试验。