低倍组织检验讲义

钢的宏观检验又常称为低倍检验，所谓低倍检验是用肉眼或在不大 于十倍的放大镜下检查钢材的纵、横断面或断口上各种宏观缺陷的一种 方法。通过宏观检验在发现钢中缺陷同时还可以观察钢材组织的不均匀 性。
钢材中的宏观缺陷大致有如下几种：疏松、偏析、白点、缩孔、裂 纹、非金属夹杂、气泡以及各种不正常断口等，以上所述缺陷大多是在 钢锭（或连铸坯）的浇注、结晶和热加工过程中形成的，目前检验钢材 宏观缺陷的方法主要采用酸浸试验、断口检验、塔形车削发纹检验及硫 印试验等。
a、热切时不小于20mm； b、冷切时不小于10mm； c、烧割时不小于40mm 热酸浸试样表面粗糙度应不大于Ra1.6μm，冷酸浸蚀试样表面粗糙度不 大于Ra0.8μm。 试样尺寸： 棒材：试样厚度一般为20mm，试样面垂直于钢材（坯）的延伸方向。 钢板：低倍试面的尺寸一般长为250mm
20mm
排风设备酸洗装置及酸洗必备工具
样表面的铜层，后用水冲净。
（1）不锈钢表层有一层黑色可用不锈钢洗液刷洗，用5%重铬酸钾 清洗不锈钢和结
＋10％硫酸水溶液
构钢溶液
H2So4 1升 ＋K2Cr2O7 500克＋H2O10升 （2）结构钢用10%硝酸水溶液刷擦
酸洗过程注意事项： 试样酸浸前，应将试样面上的油污洗净，去污时可采用去污粉。当
1：l(容积比)工业盐 酸
60～80
盐酸10份，硝酸1份， 60～70
水10份(容积比)
盐酸38份，硫酸12 份，水50份(容积比)
60～80
编 号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
备 注
冷酸蚀液成分
适用范围
盐酸500 mL，硫酸35 mL，硫酸铜150g 氯化高铁，硝酸300 mL，水100 mL 盐酸300 mL，氯化高铁加水至1 000 mL 10％～20％过硫酸铵水溶液 10％～40％(容积比)硝酸水溶液 氯化高铁饱和水溶液加少量硝酸(每500 mL溶液加1 0 mL硝酸) 硝酸1份，盐酸3份 硫酸铜，盐酸和水各500 mL
从表面到心部依次由细小的等轴晶粒、柱状晶粒和粗大的等 轴晶粒组成。一般来说，晶粒越细，金属材料的强度也越高，塑 性、韧性越好。呈平行排列的柱状晶容易使钢在锻造时开裂，一 般不希望得到这种组织。
铸件树枝状晶长大情况
1－柱状均与生长 2－某些柱状晶优先成长 3－柱状晶搭成“桥”
4－小钢锭凝固并产生缩孔
试样的保存： 为了将试样保存一定的时间，建议采用下列方法： a、中和法：用10％氨水酒精溶液浸泡后，再以热水冲洗刷净，并吹干； b、钝化法：短时间地浸入浓硝酸(大约5 s)；钝化后的试样用热水冲洗刷 净并干燥； c、涂层保护法：涂清漆、塑料膜等 d、典型低倍组织用数码相机将图像拍照下来，供以后学习参考。
图2镇静钢钢锭剖面图
一、钢锭结晶过程基础智识
钢材的宏观缺陷多数是在钢锭浇铸 结晶过程中形成的，要掌握宏观组织检 验，正确判定缺陷，首先对铸锭的结晶 过程大致有一个了解。钢液在钢锭模内 由液态逐渐冷凝而结晶成固态时，整个 结晶过程比较复杂，而且影响钢锭结晶 的因素也很多，每个因素的变化都将对 钢锭的组织产生影响 ，镇静钢钢锭纵剖 面图（见图1）。钢液在浇铸前用锰铁、 硅铁和铝进行脱氧，钢液在凝固时，不 析出一氧化碳，得到成分均匀，组织比 较致密的钢，我们称这种钢叫镇静钢
6－辐射冷却 有新的晶核生成，在钢液向铜壁定向传热的情况下，柱状晶开
始形成。连铸坯的柱状晶带细长致密不 。从纵断面来看，柱状
晶是不平衡的，有的甚至直达铸坯中心，形成穿晶结构，穿晶
结构阻碍了上部钢液向下部的补充。因而易形成疏松和缩孔。
中心等轴晶带，随着凝固前沿的推移，凝固层和凝固前沿的梯度逐渐减小， 两项区宽度逐渐增大，当铸坯心部钢液温度降至液相线后、心部结晶开始。 由于此时心部传热的单向性已很不明显，因此形成等轴晶。由于此时传热 的途径很长，传热受到限制，晶粒长大很慢，形成晶粒比激冷层粗大的等 轴晶。
酸浸试样到了预期腐蚀程度后，将试样从酸洗容器中取出，然后用毛刷 将试样表面上的腐蚀产物在热水洗下刷洗后将试样吹干。
当酸浸试样为不锈钢时，酸浸后将试样从酸池中取出用清水冲净， 然后用不锈钢清洗液将表面黑色沉淀物刷洗干净后将试样吹干。
如果试样腐蚀过深，必需将试样重新进行加工，除去1mm，在进行酸浸 试验。
5－铸坯的实际结构
连铸结晶示意图
连铸坯结晶过程
第一阶段：进入结晶器的钢液在结晶段凝固，形成坯壳。出结 晶器下口的坯壳足以抵抗钢液压力的作用；
第二阶段：带液心的坯进入二次冷却区继续冷却，坯壳继续生 长；
第三阶段：为凝固末期，坯壳加速生长。一般情况下连铸坯从 边缘到中心是细小等轴晶带，柱状晶带和中心等轴晶带组成，
排风设备：试样在酸洗过程中会产生大量有毒有害气体，对人体和周边的环境 造成极大危害，因此在酸洗的整个过程中，应在强的抽排风通风厨内进行。
酸浸装置：常用的酸洗槽有，铅槽、玻璃钢槽、塑料槽、华岗石槽以及瓷盆或 烧杯等。瓷盆或烧杯不建议使用。二者都均易坏漏和破碎。有不安全隐患。
加热体：根据所用的容器可采用相应的加热体，如蒸汽、电热石英管、电炉等。 刷 子：将腐蚀后的试样用毛刷将试样表面的沉积物刷去。 吹风机：将刷洗清洗的试样用吹风即吹干。
钢的低倍检验
董孟宪
概述
❖ 低倍检验的地位 在产品验收、新品试制、工艺调整与控制方面占有十分重要的地位。
❖ 低倍检验为金相检验的一部分，低倍相对于高倍而言。 ❖ 低倍试验包括酸蚀低倍、塔形发纹、S印、P印、流线等方法。 ❖ 验收检验项目：
1、圆钢 （优质、高级优质、特级优质）
1）优钢：横截面酸浸低倍组织为合格级别： 一般疏松、中心疏松、锭型偏析，而低倍缺陷一 般要求不得有目视可见的缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮和白点等。
分类 钢种
热酸浸蚀法 腐蚀时间min 酸液成分
温度ຫໍສະໝຸດ Baidu
1 易切削钢
5～l0
碳素结构钢、碳素工具钢、 5～20
2
硅锰弹簧钢、铁素体型、 马氏体型、复相不锈耐酸、
耐热钢
合金结构钢、合金工具钢、 20～40 3 轴承钢、高速工具钢
4
奥氏体型不锈钢、耐热 5～25
钢
5
碳素结构钢、合金钢、 15～25
高速工具钢
★图中5部位是柱状晶区。随着铸锭细晶区的形成，钢 锭由于冷凝而收缩，锭模由于受热而膨胀，使钢锭与模 壁间产生了孔隙，锭模内的液态金属冷却速度和散热缓 慢，结晶速度减慢，激冷层与钢液的界面上晶体沿着与 散热方向相反的方向(向着锭心)成长，形成柱状晶。由 于柱状晶定向成长，不断把夹杂、气体、低熔点组元推 向液相，在柱状晶与液相交界区形成一个与钢锭外形相 同的，富集偏析成分、杂质、气体的方框形区域；
（见图二）。
1、钢锭的典型结晶组织示意图
★图中1部位是缩孔。钢锭中的钢液转变成固态时，由于体积收 缩，在最后凝固部分，得不到钢液补充，而形成收缩空洞；一般 被限制在钢锭冒口部分，开坯时要切除。如果切头不尽，留在钢 坯（材）上的缺陷叫缩孔残余。 ★图中2部位是空穴；也是由于钢液冷凝收缩得不到填补而产生 的小的空洞； ★图中3部位是疏松钢锭最后冷凝部分。钢液中含杂质较多，冷 凝后组织不致密，在酸蚀时，易被腐蚀形成小的黑点或孔隙，钢 材上的中心疏松即由此造成； ★图中4部位是细小等轴晶构成的激冷层。在浇注过程中，当液 态金属注入锭模时，钢液接触钢锭模受强烈冷却，结晶首先从靠 近模壁开始，在很大过冷度的情况下，其成核率高，结晶非常迅 速，晶核的生成速度大大超过了晶核的成长速度，迅速在模壁表 面形成细小等轴区。
★图中6部位是无定向粗大等轴晶区。随着钢锭结晶的 发展，钢液温度逐渐下降，锭模温度逐渐升高，散热速 度更慢，柱状晶成长速度也逐渐变慢，最后停止向前伸 长，中心部钢液温度继续降低，当达到熔点以下时，钢 锭中心部未凝固的钢液中几乎同时产生晶核，但是由冷 却速度减慢，过冷度减少，生核率低，散热方向也不明 显，故最后形成粗大等轴晶区。
2）合结钢：横截面酸浸低倍组织为合格级别： 一般疏松、中心疏松、锭型偏析、一般点状偏 析、边缘点状偏析，而低倍缺陷一般要求不得有目视可见的缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮 、白点、晶间裂纹等。
3）轴承钢：产品标准自带评级标准，横截面酸浸低倍组织为合格级别： 一般疏松、中心疏松 、锭型偏析、一般点状偏析、边缘点状偏析，而低倍缺陷一般要求不得有目视可见的缩孔、 皮下气泡、裂纹、夹杂、白点、过烧等
钢与合金
碳素结构钢，合金 钢
合金钢
硝酸60 mL，盐酸200 mL，氯化高铁，过硫酸铵，水50 mL
精密合金，高温
合金
100～工业氯化铜氨，水l 000 mL
碳素结构钢，合 金钢
（1）3%过硫酸氨水溶液冷浸
显示流线、应变
（1）CuCl2 90克、硝酸120ml、水100ml。将钢样预热
线用液
210~2500C，在用棉花擦拭5~30分，最后用1:1盐酸水溶液洗掉钢
放大镜：用肉眼或用不大于10X的放大镜分析缺陷性质
酸浸方法： 试验方法有热酸和冷酸两种方法，热酸腐蚀溶液及方法见表1，冷酸 实验是检验宏观低倍组织的简易方法，对于不便于热酸的钢材或大 型试件用冷酸擦拭，酸液配比及方法见表2。冷酸特点是要求酸浸试 样粗糙度较高，一般连铸坯或者低倍组织粗大时用冷酸，酸蚀时根 据钢种不同而选择相适应的溶液。
低倍试验方法标准
1.钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法GB/T226-1991 2.结构钢低倍组织缺陷GB/T1979-2001 3.高碳铬轴承钢低倍GB/T18254－2002 4.钢材塔形法纹酸浸检验方法GB/T15711-1995 5.连铸钢方坯低倍组织缺陷评级图YB/T4002-1991 6.连铸钢板坯低倍组织缺陷评级图 YB/T4003-1997 7.优质碳素结构钢和合金结构钢连铸方坯低倍组织评级 YB/T153－1999 8.连铸圆管坯YB/T4149-2006 9.钢的硫印检验方法GB/T 4236-1984 10.高速工具钢（低倍碳化物剥落）YB12-1977 11.高温合金纵向低倍组织酸浸试验方法 GB/T14999.1-1994 12.高温合金横向低倍组织酸浸试验方法 GB/T14999.2-1994 13.高温合金低倍、高倍组织标准评级图 GB/T14999.5-1994 14.碳素工具钢GB1298-1986 15. 16.合金工具钢GB/T1299-1985 17。低倍组织测试方法及评级图（宏观腐蚀电渣重熔钢）美标A604-1993
普钢、高强钢方坯参照YB/T153-1999进行评定。
取样部位、取样数量：试样数量按相应产品标准进行截取，取样部位在缺陷最严 重部位抽取试样。
钢材： GB/T699-1999： 相当于钢锭头部的不同根钢坯或钢材。 GB/T3077-1999： 相当于钢锭头部的不同根钢坯或钢材。 GB/T5216-2004： 相当于钢锭头部的不同根钢坯或钢材。 GB/T18254-2002：从任意 6 根钢材的任意端各取 1个试样……
细小等轴晶带，结晶期内冷却强度很大，钢液和铜壁接触时，
在弯月处冷却速度最快，100oC/S，因而形成细小等轴晶带，
1－液相穴 柱状晶带，细小等轴晶带的形成过程伴随着收缩，在结晶器液
2－弯月面 3－注流
面以下100~150mm处，铸坯脱离铜壁而形成间隙，降低了传热
4－水冷結晶器 5－噴水冷却
速度。由于钢水内部仍向外散热，激冷层温度回升，因而不在
2、圆坯、方坯 1） 管坯横截面酸浸低倍组织试片上的中心疏松、 缩孔、 中心裂纹、 中间裂纹、 皮下裂纹、
皮下气泡应按附录A评定， 其合格级别应分别不大于2 级。结晶组织。 2）优钢及合结钢按YB/T153-1999,评定项目：中心疏松、中心偏析、缩孔、内部裂纹（角部
裂纹、皮下裂纹、中间裂纹、中心裂纹） 、皮下气泡、非金属夹杂物、白亮带、夹渣、异金 属夹杂、翻皮等。 ❖ 优质非合金钢、 特殊质量非合金钢、 合金钢连铸坯应按 Y B / T1 5 3 进行低倍组织评定， 其合格级别由供需双方协商确定， 如供方能保证低倍合格， 可不作检验
模铸坯：第一支钢锭头部和最末支钢锭的头部截取。 连铸坯：应在连铸调整连铸拉速正常后的第一支上截取一个试样，另一支试样 在浇注中期进行截取。 YB/T4149-2006：单炉浇注时，连铸中期每流各取1个；
连续浇注时，连铸中期各流循环取1个。
取样方法：取样可采用用剪、锯、切割等方法。试样加工时，必须除去 因取样造成的变形以及热影响区，试面距切割参考尺寸为：