钢的宏观检验技术

第二节 钢材断口检验
断口检验是宏观检验中常用的一种方法，它是反应产品质量 极为重要的手段之一。通过断口检验，可以返现钢本身的冶 炼缺陷和热加工、热处理等制造工艺中存在的问题。 断口试样的选取部位及加工方法应遵循相应的技术条件和有 关标准，因为钢材中的偏析、非金属夹杂物以及白点等缺陷， 在热加工是，均会沿加工变形方向延伸所以在这些缺陷在钢 材的纵向断口上容易被显示，故在选取钢材断口检验试样时， 应尽可能地选取纵向断口。 对于钢材直径或边长大于40mm的钢材应作纵向断口；对于钢 材直径或边长小于40mm的作横向断口
（十二）台状断口 台状断口是在纵向断口上，呈比基体颜色略浅、变形能力稍差、宽 窄不同、较为平坦的片状结构，多分布在偏析区内。台状断口一般 产生在树枝晶发达的钢锭头部和中部。它是沿粗大树枝晶断裂的结 果。 （十三）撕痕状断口 撕痕状断口是在纵向断口上，沿热加工方向呈灰白色的、变形能力 较差的、致密而光滑的条带。其分布无一定规律，严重时布满整个 断面。 （十四）内裂断口 常见的内裂分为“锻裂”和“冷裂”两种。 “锻裂”的特征是光滑 的平面或裂缝；“冷裂”的特征是与基体有明显分界的、颜色稍浅 的平面与裂缝 （十五）异金属夹杂断口 异金属夹杂断口是在纵向断口上，表现为与基体金属有明显边界、 不同的变形能力、不同的金属光泽和组织的条带，条带边界有时又 氧化现象。
钢材断口的分类及各种缺陷形态的识别 （一）纤维状断口 纤维状断口又称韧性断口。此类断口呈纤维状，无金属光泽， 颜色发暗，看不到结晶颗粒，断口边缘常常有明显的塑性变形。 （二）结晶状断口 结晶状断口常出现于热轧或退火的钢材中，断口平齐，呈银灰 色，具有强烈的金属光泽，有明显的结晶颗粒。这种断口说明 在折断时未发生明显的塑性变形，属脆性断口。 （三）层状断口 层状断口其特征在纵向断口上，沿热加工方向呈现出无金属光 泽的、凹凸不平的层次起伏的条带，条带中拌有白色或灰色线 条，这种缺陷类似于劈裂的木纹状。 层状主要是由与多条相互平行的非金属夹杂物的存在造成的， 这种缺陷对纵向力学性能影响大，对横向塑、韧性有显著降低。
（四）白点断口（报废） 白点是指断口上呈圆形或椭圆形的银白色斑点，斑点区域内的 晶粒一般要比基体晶粒粗。白点有时会呈鸭嘴状裂口，其尺寸 变化较大，一般分布于偏析区。 （五）缩孔残余断口 缩孔残余断口在纵向的轴心区，呈非结晶构造的条带或输送带， 有时其上伴有非金属夹杂物或夹渣，淬火后试样沿着条带往往 有氧化色。 （六）气泡断口 气泡断口特征是沿着热加工方向呈内壁光滑、非结晶的细长条 带。气泡断口分皮下气泡断口内部气泡断口两类。 （七）黑脆断口 黑脆断口缺陷在断口上呈现出局部或全部的黑灰色，严重时能 达到石墨颗粒。黑脆缺陷主要是由于钢中发生石墨化造成的。
（13）内部气泡：在酸蚀试片上呈直线或弯曲状的长度不等的 裂缝，其内部较为光滑，有的伴有微小可见的夹杂物 （14）非金属夹杂物（目视可见）及夹渣：在酸蚀试片上呈不 同形状和颜色的颗粒 （15）异金属夹杂物：在酸蚀试片上颜色与基体组织不同，无 一定形状的金属块 2.评定原则：缺陷位置、大小（长度）、形态、数量作为评定 依据
（7）帽口偏析：在酸蚀试片的中心部位呈现发暗的、易被腐 蚀的金属区域 （8）皮下气孔：在酸蚀试片上，于钢材（坯）的皮下呈分散 或成簇分布的细长裂缝或椭圆形气孔 （9）残余缩孔：在酸蚀试片的中心区域呈不规则的折皱裂缝 或空洞，在其上或附近版友严重的疏松、夹杂物和成分偏析 等 （10）翻皮：在酸蚀试片上有的呈亮白色弯曲条带或不规则 的暗黑线条，并在其上或周围有气孔或夹杂物；有的是由密 集的空隙和夹杂物组成的条带 （11）白点：在酸蚀试片上除边缘区域外的部分表现为锯齿形 的细小发纹，呈放射状、同心圆形或不规则形态分布。 （12）轴心晶间裂缝：一般出现于高合金不锈耐热钢种，在 酸蚀试片上呈三岔或多岔的、曲折、细小、由坯料轴心向各 方取向的蜘蛛网形状的条纹
2、硫印试样的材料及操作步骤 注意：1、相纸选用1#或2#软性相纸 2、作用时间一般选取2~2min 3、试验结果的影响因素有：①硫酸溶液的浓度 ②硫印时间③试样表面光洁度④清洁度⑤相纸⑥相纸与试样的 贴近度
二、酸蚀试验 酸蚀试验用来显示钢的低倍组织。这种方法设备简单、操作方 便、能清楚地显示钢铁材料中存在的各种缺陷，如：裂纹、夹 杂、疏松、偏析以及气孔等。 酸蚀试样方法参照国家标准GB/T 226-1991《钢的低倍组织及缺 陷酸蚀检验法》进行。 （一）试样的选取 酸蚀试样必须取自最容易发生各种缺陷的部分。按照钢的化学 成分、锭模设计、冶炼及浇注条件、加工方法、成品形状和尺 寸的不同，钢中宏观缺陷有不同的种类、大小和分布情况。 作低倍酸蚀试验的试样，其选取的部位应能代表全体。必须指 出试样非经特别规定，均应预先退货后再做酸蚀试验，尤其是 检验钢中白点或研究白点敏感性时，如果要在经热锻或热轧的 材料上切取试样时，其长度应大于锻材或轧材厚度或直径的尺 寸，并按规定程序冷却，以保证白点有充分孕育形成时间。
热酸蚀试剂和试验规范
（四）冷酸蚀试验 冷酸蚀试验也是显示钢的低倍组织和宏观缺陷的一种简便方 法。由于这种方法不需要加热设备和耐热的盛酸容器，因此 特别适合于不用切割的大型锻件和外形不能破坏的大型机器 零件。冷酸蚀对试面粗糙度要求要比热酸蚀高，一般要求表 面粗糙度不大于0.8μm。冷酸腐蚀分为浸蚀和擦蚀两种方法， 侵蚀的时间，以准确、清晰地显示出钢的低倍组织以及宏观 缺陷为准。 冷酸侵蚀法可直接在现场进行，比热酸侵蚀法有更大的灵活 性和适应性。唯一缺点是，显示钢的偏析缺陷时，其反差对 比度较热蚀效果差一些，因此评定结果时，要比热酸侵蚀法 低一级。
（八）非金属夹杂物（肉眼可见）及夹渣断口 非金属夹杂物及夹渣断口会在纵向断口上呈现不同颜色、非结 晶的细条带或块状缺陷，无一定的规律性，在整个断口上可见。 （九）石状断口 石状断口在断口上表现为无金属光泽、浅灰色、有棱角、类似 石块状。石状断口表征钢材已严重过烧，使钢的塑性及韧性降 低特别是韧性降低尤为显著。钢材一旦出现石状断口，通常无 法挽救。 （十）萘状断口 萘状断口缺陷的特征是，断口上有弱金属光泽的亮点或小平面， 由于各个晶粒位向不同，这些小平面闪耀着萘状的光泽。 （十一）瓷状断口 瓷状断口是一种具有绸缎光泽、致密、类似细瓷碎片的亮灰色 断口。此种断口常出现在过共析钢和某些合金钢经淬火或低温 回火后的钢坯上。
硫印试验方法：硫印试验的方法可参照国家标准 GB/T4236-1984《钢的硫印检验方法》该标准适用于硫 的质量分数低于0.1%的合金钢和非合金钢，对于含硫量 高于0.1%的钢也可以进行试验，但必须采用非常稀的硫 酸溶液。该标准还适用于铸铁。 1、试样的选取和制备：试样可在产品或从产品切割的 试样上进行。通常对如棒材、钢坯和圆钢等产品的试 样，一般从垂直于轧制方向的截面切取。 对于锻件，钢中硫化物循加工方向变形分布，此时应 选取纵向截面进行检验。 硫印试样一般用锯床或切片来截取，当热切割方法时， 受检面必须远离热切割的热影响面。 一般对硫印试样的加工方式是刨、车、铣、研磨，进 刀不宜过深（0.1mm），表面粗糙度R1.6~0.8μm。
（二）试样的制备 取样可采用剪、锯、切割等方法。试样加工时，必须除去由 取样造成的变形和热影响区以及裂缝等加工缺陷。加工表面 粗糙度应不大于1.6μm，冷酸侵蚀法不大于0.8μm，试面不得 有有无和加工伤痕，必要时应预先清除。 检验刚材表面缺陷应取刚才的毛面，即钢材表面无需进行任 何机械加工，可直接置于酸液中进行侵蚀。 仲裁检验时，若技术条件无特殊规定，以热酸侵蚀法为准。
第二章 钢的宏观检验技术
钢的宏观检验技术是指低倍检验，又称宏观分析，他是 通过肉眼或放大镜（20倍以下来检验钢及其制品的宏观 组织和缺陷的方法。其主要方法有：硫印试验、酸蚀试 验、塔形试验、端口检验等
第一节钢的低倍组织检验
一、硫印试验 目的：检验钢中硫元素的分布情况 原理：稀硫酸与硫化物反应产生硫化氢气体，再使硫化氢 气体与印相纸上的溴化银作用生成棕色硫化银沉淀物。 此方法只是一种定性试验，仅以硫印试验结果来估算钢中 硫含量是理及分布规律 发纹时钢内夹杂物、气孔、疏松和孔隙等在热加工过程中沿加 工方向伸展排列而成的线状缺陷。发纹能在宏观上反映夹杂物 的状况，也能在纵向反映疏松偏析程度。它主要分布在偏析区。 （二）塔形试验方法 塔形试验是将钢材制成不同直径的阶梯型试样，用酸蚀或磁力 探伤方法检验钢种发纹情况的方法。 酸蚀检验法的优点是能真实地反应表面的缺陷，不会把皮下的 缺陷也显示出来，缺点是如侵蚀过深会使缺陷扩大，或把流线 误判为发纹。具体检验方法参照国家标准GB/T15711-1995《钢材 塔形发纹酸浸检验方法》
（五）低倍组织缺陷的评定和标准贯彻 1.低倍组织评定国家标准概述 低倍组织和缺陷评定范围及评定规范可参照国家标准GB/T 1979-2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》 （1）一般疏松：在酸蚀试片上表现为组织不致密，呈分散在 整个界面的暗点和空隙。 （2）中心疏松：暗点和空隙集中于试块中心部位，而不是分 散在整个试块上 （3）锭型偏析：在试块上呈腐蚀较深的，由暗点和孔隙组成 的框带，一般为方形 （4）斑点状偏析：在酸蚀试片上呈不同形状和大小的暗色斑 点 （5）白亮带：在酸蚀试片上呈抗腐蚀能力较强、组织致密的 亮白色或浅白色框带 （6）中心偏析：在酸蚀试片上的中心部位呈现腐蚀较深的暗 斑，有时暗斑周围有灰白色及疏松
（三）热酸侵蚀试验 酸蚀试样的腐蚀属于电化学腐蚀范畴。由于试样的化学成分 不均匀，物理状态的差别及各种缺陷的存在等因素，造成了 试样中许多不同的电极电位，组成了许多微电池，微电池中 点位较高的部分为阴极，点位较低的部分为阳极，阳极部位 发生腐蚀，阴极部位不发生腐蚀。当酸液加热到一定温度时， 这种电极反应更加速进行，因此加快了试样的腐蚀。