2022年钢中的白点的检验 .pdf

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1、1 9 9 7 年 9 月钢铁研究第5期 (总第 98期)September1997Research onIron & SteelN o. 5(Sum 98)钢中的白点的检验隋然(湖南省进出口商品检验局)摘要 提出了检验白点时应区分不可逆氢脆白点和可逆氢脆白点,讨论了不可逆氢脆白点和发裂的关系,对检验白点的各种方法进行了评论。关键词 不可逆氢脆白点可逆氢脆白点发裂检验方法INSPECT ION FOR W H ITE SPOTSui R an(H unan Imp. & Exp. CommodityInspection Bu rean)SynopsisIt is p ropo sed that

2、 non -reversib le hydrogenbrittlenessw hite spots and reversib lehydrogenbrittlenessw hite spots m ust be differen tiateininspecti on.Relati on betw een non-re2versib le hydrogenbrittlenesswhite spots and hairlinecrack sare brieflydiscu ssed .Some comm entsare m ade on inspection methods fo r w hite

3、 spots.Keywordsnon-reversib le hydrogenbrittlenessw hite spotsreversib le hydrogenbrittlenessw hite sootshairlinecrack sinspecti on m ethod1前言白点是一种氢致缺陷。 因为具有氢脆性,所以在机械制造业中不允许其存在, 特别是在锅炉 、 压力容器 、 桥梁、 航空航天和航海等工程和设备中, 尤为如此 。 准确地鉴别和检验白点 , 科学地评定白点, 对于既保证使用安全又避免因误判而造成钢 材 浪费 是 至 关重要的。2不可逆氢脆白点与可逆氢脆白点2. 1区分两种

4、白点的重要性白点有两种, 一种是GB7273-87金属热 处理工艺术语定义 的 白 点, 另 一 种是GB3375-82焊接名词术语 定义的白点 。 两者虽然都是氢致缺陷, 又都只称作“白点”,然而区别却很大 。 从形成条件上来看, 前者钢中含氢量较后者为高 1; 前者的形成与断裂前的变形速度 、 变形量无关 ,而后者的形成则与之相关 2 ; 前者不能通过热处理去除, 只能通过大改小的改锻或改轧来减轻或消除 1, 而后者则可以通过热处理或长时间室温置放加以消除 3 。 从对使用的影响来看, 前者对钢的强度 , 特别是塑性 、 韧性和疲劳极限的降低是全面的大幅度的 1, 4 , 而后者则仅仅是较

5、显著的降低钢的塑性 2, 3 ; 前者只能将钢材判废或联系人:隋然,高级工程师,长沙市(410007 )湖南省进出口商品检验局二处?73?名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 通过改锻或改轧将钢材大改小, 后者则可随服役状态的不同可不出现而无危害, 既使出现, 也可以通过热生理或长时间置放而消除,不会造成废材或大改小。 因此 , 两者不可等同视之 。 又由于前者也并非如GB7232-87金属热处理工艺术语 所述只存在于

6、钢坯、 材和锻钢中 ,在焊缝金属中也有存在 4 ; 后者也并非如GB3375-82焊接名词术语 所述仅存在 于 焊 缝 中, 在 钢 坯、材 和 锻 钢 中 也 有 出现 1。 所以 ,在检验钢中白点时注意区分这两种不同的白点是很必要的。GB7232-87金属热处理工艺术语中定义的白点, 一旦发现 , 材料便无法挽救, 即具有不可逆氢脆性 2, 即使通过改锻或改轧使钢材大改小以使气泡压合, 也只能降低强度等级使用 。 GB3375-82焊接名词术语 定义的白点 , 通过去氢热处理不会形成, 小于一定的塑性变形量或用高的应变速率(如冲击 )也不会形成, 即具有可逆氢脆性 2。因此 , 笔者认为前

7、者宜称为不可逆氢脆白点, 后者宜称为可逆氢脆白点 5。如此 , 可以避免泛称“白点”而混淆 , 又能反映出两种不同白点各自的本质 。 尽管有人将后种白点视其形貌称作“鱼眼”以示区分 , 但是又容易与产生于表面层内侧的疲劳源的称谓“鱼眼” 相混淆 。2. 2两种白点的特征及区分2. 2 . 1不可逆氢脆白点, 无论是拉伸试验的试样断口还是冲击试验的试样断口上都可以出现 ; 可逆氢脆白点只出现在拉伸试验的试样断口上,特别是慢速拉伸的试样断口,在冲击试样断口上从未发现过 1。2. 2 . 2不可逆氢脆白点, 在断口检验之前就已经存在 , 因为它是钢快速冷却至低温(一般为250 100) 下形成的 ,

8、 甚至是在冷至室温后置放过程中形成的, 因而它的存在与形成断口前的变形速度、 变形量无关 ; 可逆氢脆白点,仅在拉伸过程中受到较大应力而产生一定量的塑性变形或积聚一定的能量时才形成, 因而它的存在与形成断口前的变形速度、变形量密切相关,变形速度愈大愈不易出现,没达到一定的塑性变形量也不会出现。2 . 2 . 3不可逆氢脆白点的形成有一孕育期(或称为潜伏期) 4, 可逆氢脆白点则是在拉伸至开始不均匀塑性变形(颈缩 ) 段瞬间形成的 3。 前者在置放期还可产生新的、 长大和相互连接而扩大 4, 后者则不存在此现象。2 . 2 . 4不可逆氢脆白点在断口上的形貌多呈圆形 、 椭圆形,个别呈鸭嘴裂口形

9、,为银白色斑点 。 合金钢断口上的白点比碳素钢断口上的白点明亮, 新断口上的白点明亮而在空气中置放久了因氧化而变暗。 虽然如此 , 此种白点与夹杂物及其他缺陷仍是很容易区分的。 因为此种白点的断口表面很洁净, 极少见到夹杂物 。 有时经淬火的试样被打断后, 边缘呈现黑色斑点,这与暴露在试样表面上的白点在淬火加热时白点壁与空气接触被氧化有关, 所以有人称其为 “露头白点”。 可逆氢脆白点在断口上多呈圆形, 也有椭圆形 , 也为银白色斑点 ,白点的中心有一暗色的核心, 该核心是材料内部的宏观缺陷, 如气孔 、夹渣等 , 形似鱼眼 ,俗称为“鱼眼”或 “鱼眼型白点”。2 . 2 . 5不可逆氢脆白点

10、生成后随温度的降低和置放时间的延长, 白点长大和相互连接而扩大 , 其直径范围可以从零点几毫米至数十毫米 ,个别也有大至百毫米的 4 。 可逆氢脆白点的大小受钢中的氢含量的限制和在拉伸应力作用下氢原子的扩散速度所控制, 此外 ,还往往同暗色核心的大小有关, 核心愈大的白点也愈大,因此,其直径范围为毫米量级,一般不过 10mm 3。2 . 2 . 6不可逆氢脆白点的断口表面有粗晶粒和细晶粒之分, 个别也有与基体晶粒度相似的。 这主要取决于钢的热变形终了温度和变形程度 , 终锻 (轧) 温度愈高 、变形程度愈小, 则晶粒愈粗大 1, 6。此外 , 与热处理也有关,淬火后的断口上,其白点表面晶粒度粗

11、于基体的晶粒度 。 可逆氢脆白点断口表面晶粒总是粗于基体晶粒 1。?83?名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 2. 2 . 7不可逆氢脆白点平面, 在轧材中常平等于轧制方向, 在锻件中与变形方向联系较小, 在铸件中为随意方向。 可逆氢脆白点平面则总是垂直于拉伸方向 1 。2. 2 . 8存在不可逆氢脆白点的钢, 其强度特别是塑性 、 韧性和疲劳极限均大幅度降低; 而存在可逆氢脆白点的钢,只显著降低塑性,基本上 不 影

12、 响 强 度 (略 增 加) , 对 韧 性 毫 无影响 2, 4。2. 2 . 9通过去氢处理(150以上加热 ) 或室温长时间 (6 7个月以上 ) 放置 , 不消失的白点为不可逆氢脆白点, 消失了的白点为可逆氢脆白点 。根据上述 , 不难将 两种白点鉴别开来。3白点与发裂不可逆氢脆白点的真实形貌是斑点状的脆性开裂小区域, 在断口上所见到的是小区域开裂的壁面, 所以仍呈现斑点状 。 在垂直于斑点平面的截面上呈锯齿形细如发丝的小裂缝, 故很多文献中又都将此种白点称为“发裂” 。这种白点裂缝的两端与两壁很明显, 由裂缝到正常金属是突变而不是逐渐过渡。 由于它是金属材料在冶炼、锻轧、 焊接或电镀

13、 、酸洗过程中吸收了过量的氢气而造成的内部氢脆 , 所以多数位于钢材(件) 的心部或心部附近 , 接近钢材(件) 的表面是极少有白点裂缝的。 由于此种白点的生成条件不同, 有呈辐射状 、 同心圆状 、沿锻造十字的偏析区分布的。除此之外,钢的某些低强度区(如区域偏析, 钢在轧制或锻造时的单向延长所造成的各向异性 ) 对白点裂缝的分布、方向都有影响。 白点的直径与其发裂的长度相对应, 因为两者系同一事物在不同截面上的不同表现形态而已 。应当指出的是 , 白点固然是发裂, 但发裂不一定是白点 。白点只能出现在钢材(件) 的内部 , 而发裂仅仅是发丝状的细小裂缝而已,它可以出现在内部也可以出现在表面,

14、 所以国外又有将其称为 “内部发裂” 以示区别 。既使如此 , 内部发裂可以氢致, 也可以非氢致 。氢致者钢质变脆,甚至会完全失去范性, 又加上了发裂的应力集中作用; 而非氢致者钢质本身的塑性没有变化, 仅仅是发裂的应力集中或其他因素的作用。 因此 , 两者对钢的危害程度 是 不 同。而 且, 还容 易 与“发 纹”相混淆 2。所以 , 不宜将发裂视为白点的同义语,否则会造成误解误判。 发裂是否就是白点,还需断口检验法加以验证。可逆氢脆白点在拉伸试验前及拉伸试验中发生颈缩前是不存在的, 只有在颈缩开始至断裂前 , 过拉伸试样的轴心线的纵剖面内才能见到白点的另一位向形态发裂。4白点的检验方法的对

15、比分析4 . 1标准方法4 . 1 . 1GB1814- 79钢材的断口检验法该方法是将预先刻槽的试样用动载荷(冲击 ) 折断成断口的检验法。 显然 , 它不能用来发现和检验可逆氢脆白点, 只适用于不可逆氢脆白点的检验 。 另外 ,从其“断口分类”中对白点断口的描述看,与GB7273-87同出一辙 , 所以 , 该方法是不可逆氢脆白点的检验方法。就是用于不可逆氢脆白点检验也还存在两个问题 。 其一是 , 事先经刻槽的试样, 冲击断裂方向会沿刻槽行进, 从而大大地减少了暴露白点的几率,若是白点数量少时, 还可能发现不了白点 。 应当采用不刻槽试样,使其断裂沿白点裂缝走向行进, 既使冲击能量不足以

16、一次击断 , 也应先用酸蚀法检出发裂后沿发裂走向刻槽 , 以提高发现白点的向率。 其二是, 该方法标准对白点断口的描述有“一般多分布在偏析区内” , 容易造成误解 。 事实上 ,优质高合金钢小型锻件中的白点分布与偏析之间没有任何联系,只有大型锻件中的白点多位于偏析区或从偏析区开始 8。该方法与其说是检验白点的方法, 不如?93?名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 说是判定白点的方法。因为白点在断口上最易发现 、 最易

17、与其他缺陷相区别, 且最为直观, 因而也就是最为可靠的判定方法。 从另一个角度来说, 对大型锻 、轧件 , 不可能在每件最大截面处冲击折断, 出不可能在距表面一定深度处逐一挖取诸多试样来检验白点的数量、 大小和分布 ,只有在需要判定白点与否时才不得已而为之 。由于不可逆氢脆白点与热处理无关, 所以试样可以先行淬火, 以免白点在断口中变形失真 ; 确需预先刻槽时,除沿发裂走向刻槽外, 只可槽底尖锐不可过深, 否则因断面过小而不能全部反映出白点的数量和分布。 有时为了使白点在断口上表现得更为明显, 也采用蓝断口检验法, 即预先将断口试样在空气中进行低温加热发蓝处理, 这样可使断口上的白点与基体金属

18、的色泽对比更强烈, 更容易检出白点 。4. 1 . 2GB1479-80结构钢低倍组织缺陷评级图该方法检验的是白点平面的横截面形态内部发裂 。 正如前述 , 既使“在酸浸试片上除边缘区域外的部分表现为锯齿形的细小发裂” , 也未必就是白点 。 因此 , 还需先经断口检验法判定为白点后, 才可使用该方法来检验白点裂缝的形态 、 长度、 条数和分布 。还应当指出的是, 利用酸浸法检验白点必须有大的加工量, 以使白点暴露至表面, 或在 大 型 锻、轧 件 内 部挖 取 试 样, 方 能 进 行检验。由此可见 , GB1814-79和GB1478-80都只是检验不可逆氢脆白点的方法, 是通过不可逆氢脆

19、白点不同方位的两种形态(斑点平面和发裂 ) 来检验的 。4. 2其他方法除4 . 1中的标准方法外, 有时还使用金相显微镜法 、 扫描电子显微镜法、 富利试剂侵蚀法、磁粉探伤法 、着色探伤法和超声波探伤法, 方法的具体内容由于篇幅原因不予赘述。应当指出的是, 金相显微镜法和扫描电子显微镜法 , 都属高倍金相法, 主要用于白点的研究 。 例如 , 白点裂缝多具有锯齿状边缘,说明不可逆氢脆白点的扩张受到了金属阻力的作用 ; 多数具有穿晶分布特征, 表明不可逆氢脆白点形成时钢已结束了相变与重结晶的阶段。 此外 , 还证实了此种白点没有氧化脱碳现象 , 与夹杂物无关 , 微观形貌既与钢的化学成分有关

20、, 又与钢的热处理状态有关。 对于可逆氢脆白点而言, 这两种方法揭示了该种白点是由源点 (缺陷 ) 和扩展区 (撕裂的碎块 ) 所组成 , 属于准解理范畴的脆性破坏。 富利试剂侵蚀法 、 磁粉探伤法 、着色探伤法 , 都是表面检验法 ,都是检验白点的发裂形态, 都需要大的加工量以使白点暴露至表面方能检验, 都只是发现白点而不能判定白点, 只有通过断口检验法判定后, 才能应用这些方法来检验白点的另一形态发裂的数量、 长度和分布 。超声波探伤法虽然也只是发现白点的检验方法, 但它不需要加工, 又对白点很敏感, 只是不直观而已 。 不难看出 , 在白点检验中, 若能把超声波探伤法、 酸蚀检验法和断口

21、检验法三者配合使用 , 会取得最佳的检验效果。至于可逆氢脆白点的检验, 拉伸试样断口检验法是检验此种白点的最为可靠和简捷的方法 ,实质上是断口检验法, 只是无须标准化而已。无论是不可逆氢脆白点还是可逆氢脆白点的检验 , 都必须选对检验时刻。 前者要在经过孕育期且不再长大和扩大后实施检验, 随着钢种的不同 , 有的要在数小时之后, 更有要在数日或数十日后方能检验白点; 后者虽无孕育期 , 但如焊接后立刻拉断试样也是检不出白点的 , 因为氢尚未扩散至缺陷区内, 反之, 若置放时间过长, 因氢从钢中逸出而无白点可检。5结束语综上所述 , 不难看出 :?04?名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载

22、- - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - (1)氢致脆化劣化了钢的性能, 含氢愈高劣化愈严重 , 含氢愈高愈容易形成白点。(2) 只要尚未形成白点, 通过去氢热处理, 钢被劣化了的性能便可以恢复, 此时就性能而言是可逆的 。 一旦形成了白点, 无论何种白点都是不可逆的, 此时性能也是不可逆的。(3) 由于对性能劣化程度的不同造成的经济损失不同, 又由于无论是锻轧材还是焊缝金属因含氢量不同, 两种白点都可能出现,所以在检验中区分两种不同的白点是十分必要的。(4) 现

23、有的无论是标准检验法还是非标准检验方法, 都有各自的优缺点, 因此 , 在使用这些检验方法检验白点时, 应充分分析这些方法的适用特点, 科学地对待这些方法, 扬长避短 ,最佳组合 。(5)检验白点时应注意适当的时机, 对于不可逆氢脆白点, 一定要待到白点的形成过程停止后进行, 即白点的大小 、 数量、分布都稳定才可以进行检验。参考文献1赵坚,赵琳主编.优质钢缺陷,北京:冶金工业出版社,1991, 190215.2 金属机械性能编写组编.金属机械性能,北京:机械工业出版社, 1982, 145146 .3上海交通大学金相分析 编写组编.金相分析.北京:国防工业出版社, 1982, 378379.

24、4陈德和编著.钢的缺陷(修订本).北京:机械工业出版社, 1977, 179183.5隋然.“白点” 术语与定义.冶金标准化与质量, 1997 (1) :2021 .6冶金部钢铁研究院等合编.合金钢断口分析金相图谱.北京:科学出版社, 1979, 6667 .7隋然.发纹与发裂辩析.理化检验物理分册, 1988, 24(3): 61; 64 .8牛俊民编著.钢中缺陷的超声波定性探伤.北京:冶金工业出版社, 1990, 64.(收稿日期1997-03-28)用于高速铸造的新式结晶器一种新型结晶器可以大大提高连铸拉速。 而且 , 这种结晶器可根据拉速的不同, 能够拉多种钢种而不用改变其他参数。此新

25、型结晶器连铸 130mm130 mm多种钢种 , 平均拉速为 4 . 3m m in,而产品质量非常高。新结晶器能实现高的拉速, 是因为它使它的初始锥度缩小了结晶器与坯间空隙, 从而提高了传热强度。 新型结晶器消除了新月形附近对结晶器变形的影响。 实现高拉速 ,除结晶器本身的改进之外, 并对浸入式水口和冷却配水系统进行了适应性的调整。新型结晶器 , 通过理论研究和生产试验证明: 此种新型结晶器(D anam) , 它应用了热传递、 流体力学和高温下材料性能的最新成果, 改变了传统结晶器下部器壁与坯间的空隙减少 ,所以提高了热传导, 从而提高了铸坯速度 , 而且方坯的质量更好了。 新式结晶器可以连铸多个钢种, 而不用改变主要参数, 拉130 mm130mm方坏,其拉速可达4 . 3mm in。 现在正在设计一种拉速可达6 m m in 新型结晶器 。刊辑?14?名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -