浅谈GB/T1979-2001标准中斑点状偏析的识别①

谢洪波

(江苏中泰桥梁钢构股份有限公司检测中心， 江苏 泰州　214521 )



浅谈GB/T1979-2001标准中斑点状偏析的识别①

谢洪波

(江苏中泰桥梁钢构股份有限公司检测中心， 江苏 泰州214521 )

介绍了斑点状偏析的特征及产生原因，阐述了斑点状偏析的外观识别，以及确认斑点状偏析的理化试验方法，并讨论了酸浸试验过程的影响和使用缺陷评级图的注意事项。

斑点状偏析； GB/T1979-2001； 缺陷评级图

引　言

偏析是指钢材内部化学成分的不均匀分布现象。合金铸件在不同程度上都存在着偏析，这是合金结晶过程的特点所决定的。在随后的轧制和锻制过程中，这些偏析仍会保留下来。

偏析的存在使钢材的性能恶化，在加工和使用过程中容易由此产生裂纹和破坏。因此，需要对钢材中的偏析进行控制和检查。

在GB/T1979-2001标准中，提出了六类偏析：锭型偏析、一般斑点状偏析、边缘斑点状偏析、白亮带、中心偏析、帽口偏析。

对钢材酸浸低倍组织进行评定时，锭型偏析、白亮带、中心偏析、帽口偏析等低倍组织的特征明显，易于识别，而斑点状偏析容易与疏松相混淆，常会引起评定结果存在异议，甚至关系到钢材是否判废。

疏松是在树状晶生长过程中，各晶枝间相互穿插有可能使其中的液体被封闭，当冷凝收缩得不到液体补充时，即形成微小的分散孔洞[2]。疏松与偏析形成的原因和危害均不同，需加以正确的区分、识别。

1　斑点状偏析的特征及产生原因

在GB/T1979-2001标准中，简要描述了斑点状偏析的特征及产生原因[1]，如表1所示。

表1　斑点状偏析的特征及产生原因

2　斑点状偏析的识别与确认

2.1斑点状偏析的外观识别

斑点状偏析分为一般斑点状偏析和边缘斑点状偏析，其中一般斑点状偏析分散分布在试面上，边缘斑点状偏析则分布在试面上的边缘部位。

在钢材的酸浸横截面上，斑点状偏析容易与疏松相混淆，特别是易将大规格钢材的疏松误判为斑点状偏析。

在外观上，斑点状偏析可从以下几个方面识别。

2.1．1外观形貌

斑点状偏析的外观形貌为不同形状和大小的略为凹陷或无明显凹陷的暗色斑点。斑点多呈形状不规则的椭圆形、圆形或瓜子形，斑点分布可以是断续的方框形、同心圆形或无规律分布。一般斑点状偏析的典型图片如图1所示(图片选自GB/T1979-2001)。

疏松的外观形貌为分散在整个截面上的暗点和空隙。暗点多呈圆形或椭圆形，空隙多为不规则的空洞或圆形针孔。一般疏松的典型图片见图2所示(图片选自GB/T1979-2001)。

2.1.2斑点大小

在GB/T1979-2001之前的标准中，用“点状偏析”表述“斑点状偏析”，现今在原来名称前增加一个“斑”字，就是为了强调暗色区域的大小。

疏松为“点”，斑点状偏析为“斑”。“点”为多大？“斑”为多大？这与钢材的成分、冶金方法、规格大小、压缩比、酸的浸蚀程度等许多因素有关，要正确把握尺寸因素需要一定的检验经验。

在酸蚀试面上，疏松点的尺寸一般在0.5～1 mm，对250 mm以上尺寸的试样，可达到1～3 mm；偏析斑的尺寸一般在2～5 mm，对250 mm以上尺寸的试样，可达到5～10 mm，甚至会有更大的偏析区域。

图1　一般斑点状偏析

图2　一般疏松

2.1.3数量多少

斑点状偏析的形成主要与浇注条件和钢液的质量有关，如果斑点状偏析存在，就会有一定的数量，成群分布。有时，在试片上会发现有个别的暗色区域，面积可能大也可能小，此现象一般与夹杂或夹渣有关，此时不应评定为斑点状偏析，但观察到的现象仍应记录在检验报告中。

2.1.4存在部位

斑点状偏析与钢液中汽泡上升逸出过程关系密切，其分布与汽泡上升的轨迹一致，故斑点状偏析主要集中在钢锭中上部，一般情况下，钢锭的中下部较轻或不存在。疏松在钢锭的两端一般都会存在，只是程度可能不同。

2.2斑点状偏析的理化试验确认

当仅从外观上不能准确识别斑点状偏析时，可以进行一些理化试验来进一步确认。

(1)纵截面低倍检查：在纵向低倍试片上，常见偏析区有发暗的条线形带，呈气体通道形状分布，有的现V形区域。

(2)塔形酸浸试验：按GB/T15711-1995加工塔形试样和进行酸浸检验，在存在斑点状偏析的圆柱面上可见纵向暗条纹。

(3)纵向断口检查：偏析处纵向断口易出现纵向条带，有的呈暗色条带，也有的可能呈结晶串联的亮线条，根据钢材种类及热处理状态而异。

(4)显微组织检查：化学成分的不均匀造成组织的不均匀。在光学显微镜下观察，可以看到组织的不均匀性，基体与偏析区的组织不同。比如，有观察到锻造状态EA4T车轴钢基体组织为铁素体+珠光体，偏析区显微组织为索氏体[3]。

(5)硬度检测：检测基体和偏析区的洛氏硬度或维氏硬度。偏析区一般碳化物及合金元素偏高，组织细化，故其硬度也一般高于基体。比如，有检测锻造状态EA4T车轴钢基体硬度为25 HRC,偏析区硬度为35 HRC[3]。

(6)微区成分测试：用能谱仪及电子探针进行微区成分分析，可以看出偏析区存在成分偏析，一些低熔点组元和杂质元素的含量高于正常基体。比如，EA4T车轴钢中的斑点状偏析处有检测到铬、钼和锰元素的含量明显高于正常基体中的元素含量[3]。

3　酸浸试验过程的影响

按GB/T226-1991进行热酸浸蚀或冷酸浸蚀。

3.1试面的粗糙度

进行酸浸试验时，试面的表面粗糙度应不大于1.6 μm,最好不大于0.8 μm。仅用车床车光的表面，其粗糙度往往达不到要求，因此有必要用磨床磨光试面。如果只是车光试面，同心圆形的车刀痕印迹很明显，对腐蚀效果影响很大，难以清晰地显现低倍组织的形貌。

3.2试面的清洁

试面不得有油污、锈迹或其他黏着物，否则浸蚀时这些物质会分隔试面与浸蚀液，造成局部不腐蚀或浅腐蚀，形成一些斑块印记，容易误判。

试验前应擦拭试面，保证清洁，必要时可用酒精、丙酮等试剂清洗表面。

3.3浸蚀程度

浸蚀程度同时受钢材材质、浸蚀温度、浸蚀时间、浸蚀液的种类及浓度等因素影响。浸蚀工艺应根据实际情况进行调整，比如，浸蚀液多次使用后浓度降低，应延长浸蚀时间；浸蚀温度提高时，应适当减少浸蚀时间。

浸蚀程度以能清晰显示试面的低倍组织为准。浸蚀过浅，低倍组织不能完全显现，容易漏判；浸蚀过深，会扩大低倍组织缺陷的严重程度，容易误判。

3.4浸蚀的均匀性

为使试面浸蚀均匀，需要不时地搅动浸蚀液，以使浸蚀液的温度和浓度均匀。

此外，浸蚀过程中，试面上沉积的腐蚀产物会阻碍继续浸蚀，因此也需要不时地用毛刷轻轻刷去试面上的腐蚀产物。

3.5清洗浸蚀面

浸蚀后的试面用热水冲洗刷净，如先用10%氨水酒精溶液或3%～5%碳酸钠水溶液中和后再冲洗，效果更佳。腐蚀产物去除不彻底，容易在试面上留下斑渍。

如果用冷水冲洗试面，不易干燥，且易产生锈迹。

3.6试面的干燥

试面清洗后，要马上用热风吹干，否则很快就会在试面上生成锈迹，会严重影响对低倍组织的判定。在疏松孔中如果残留有水分，由于毛细现象，水分会上升湿润小孔的周围区域，使该区域色泽发暗甚至出现锈蚀。

在吹干前，最好先用酒精冲洗一下试面，这样既清洁又易干燥。

4　使用缺陷评级图的注意事项

(1)以目视可见为限。为了确定组织类别可以使用不大于10倍的放大镜进行观察，将低倍组织的宏观形貌与评级图进行比较。

(2)选用合适的评级图。GB/T1979-2001标准中，有评级图一～评级图六，要根据钢材的尺寸、缺陷类别，选用不同的低倍组织评级图。

(3)试片形貌与评级图不一致。标准条文中只是概括地描述低倍组织的普遍性特征，评级图只是一种典型的或代表性的图片，钢材试片上的实际组织不可能与评级图上的形态、大小、分布完全一致，评级图只能起着参照作用。

(4)试片尺寸与评级图不一致。当评定其它尺寸钢材的缺陷级别时，根据各缺陷评级图，按缺陷存在的严重程度缩小或放大。

(5)重视检验经验。实际工作经验对低倍组织的识别和评定有一定的作用，检验人员应善于积累经验和传承经验，相互之间加强交流。

5　结束语

(1)可以从外观形貌、斑点大小、数量多少、存在部位等方面来识别斑点状偏析。

(2)可以通过纵截面低倍检查、塔形酸浸试验、纵向断口检查、显微组织检查、硬度检测、微区成分测试等理化试验确认斑点状偏析。

(3)酸浸蚀过程中要注意试面的粗糙度、试面的清洁、浸蚀程度、浸蚀的均匀性、浸蚀面的清洗、试面的干燥等对组织识别和结果评定的影响。

(4)使用缺陷评级图时要注意到以目视可见为限、选用合适的评级图、试片形貌与评级图不一致、试片尺寸与评级图不一致、检验经验等因素。

[1]GB/T1979-2001.结构钢低倍组织缺陷评级图[S].国家质量监督检验检疫总局发布.

[2]李超.金属学原理[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1989.

[3]张春红.EA4T车轴钢中斑点状偏析的原因分析[J].理化检测-物理分册，2011，47(1)：64—66.

2016-01-31

谢洪波(1971—)，男，工程师。E-mail：jxxhbydx@sina．com

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