钢铁材料检测技术的进步与展望

钢铁材料检测技术的进步与展望

摘要:简要介绍了当前钢铁业检测技术的发展,分析了莱钢检测工作的状况,并提出了前瞻性的意见。

关键词:钢铁检测技术研究开发

Abstract:Thispaper briefly introduces the developmentof detecting techniques in ferrous industry atpresent,analyzes the status quo ofLaigang’s detectingwork and puts forth some prospective ideas.

Key words: iron and steel; detecting technique; research & development

前言

当前国内钢铁工业呈现突飞猛进的强劲发展势头，钢铁生产正朝追求大规模、高效率、高质量、快节奏迈进。这一形势对分析技术提出了更高要求，刺激了钢铁分析技术的进步。近年来具有国际先进水准的大型精密分析仪器被国内钢铁企业广泛引进并应用于钢铁产品及原材料分析测试，从而使传统的经典湿法化学分析演进到由仪器分析主导的新时代。

发展历程

发达国家钢铁分析技术进步历程上世纪50年代，欧美国家开始在钢铁生产质量检测与控制中由化学法转向仪器分析，真空直读发射光谱用于分析钢铁；60年代原子吸收光谱、X一荧光光谱开始应用于钢铁分析。莱钢检测技术的现状分析与国内许多兄弟企业一样,莱钢的检测工作经历了一个从低级到高级、从人工到仪器为主的发展。我国在上世纪90年代,才开始逐渐引进,起步较晚，但是随着我国钢铁行业的快速发展,大型钢铁企业及发展起来的民营企业,在检测技术上都有较高的投入,先进检测仪器及数据传输技术的广泛应用,在一定程度上缩小了与发达国家的差距。莱钢以第一次引进外资为契机,较多的引进了国外先进的检测设备,通过全体检测人员的共同努力,检测技术得以较好的吸收,并不断的创新,使检测仪器得以充分的利用,为产品质量的提升及新产品的开发打下了良好的基础。本文就国内外钢铁质量检验检测现状与动态常用检测仪器与特点、分析方法标准化做了综合论述，同时对莱钢将来的检测技术提出了前瞻性展望。

一、热模拟试验技术的主要功能

热模拟试验机拥有高效和多样化的冶金过程工艺研究手段,是当前广泛应

用的先进的动态热模拟试验设备,由计算机控制并且配有数据自动采样和处理系统,功能齐全、可以完成包括轧制锻压工艺、连铸冶炼工艺、焊接工艺、金属热处理工艺、机械热疲劳等内容在内的动态过程模拟试验,可以测定金属高温力学性能、金属热物性及CCT曲线、应力应变曲线等。具有试验精度高,重复性好,能够为试验者制订和改良其生产工艺提供可靠的实验依据。通过热模拟,新材料的开发和冶金过程工艺的改进可在实验室内进行,并可将结果直接应用到现场生产中。这将大大地降低了新材料、新工艺开发的成本,并提高了效率,缩短了新产品、新技术开发的周期。

二、应用材料试验与研究

各种不同几何尺寸的热拉伸试验;热压缩试验,如:单向流变应力试验、平面应变压缩试验、应变诱导裂纹扩展试验等;熔化和凝固试验;零强度温度/零塑性温度确定;热疲劳/热机械疲劳试验;热循环/热处理;相变、TTT/CCT/CHT曲线测定;裂纹敏感(性试验;形变热处理,如:应力松弛析出试验PPT)图测定、蠕变/应力破坏试验等;液化脆性断裂研究;固/液界面究;固液两相区变形行为研究。三、X射线衍射XRD 实验技术基本原理

X射线衍射手段在许多学科和经济建设的各行各业都获得了广泛的应用。一是由于固态物质内部组织绝大部分都是以晶体形式存在,应用范围十分广泛。二是以晶体分析见长的XRD手段既能解决物质的名称、化学式、物相结构等物质认识的基本问题,又能解决物质结构与制备工艺、材料性能相互联系的深层次问题。固态物质按元素的种类、含量、结合键、原子排列方式及显微分析几个层次逐渐认识。基于原子内层电子的激发或吸收建立的各种光谱、能谱分析方法,是分析物质内所含元素的种类和含量,却无法判定元素的价态和结合方式。元素只见的结合构成物质的动力主要是外层电子的相互作用,XRD正好满足这种要求,它直接面对的是物质的本身,确定样品构和化学式。即确定元素存在的形式和状态。与光谱分析相互依存和补充。由于化学键的作用,使得原子之间近有斥力远有引力,最终只能束缚在网络结构中形成晶体,这在强相互作用的离子键、金属键、原子键、共价键更显突出。晶体空间点阵是最小单元晶胞的重复排列,晶胞三个轴长abc为晶格常数,它及其之间的夹角,构成了四方、立方、斜方、单斜、三斜等各种可能的晶系。不同晶面之间最大的区别在于晶面距d不同,它是晶体物质的客观特征,它反映了元素之间结合方式和状态,构成了检验物质的“指纹”特征。简单的说,X射线衍射XRD 分析正是基于这一“指纹”特征,

利用具有特征波长和固定方向的X射线,以和样品表面成角入射,探头在和入射线成θ2处接收,这样从低角度到高角度扫描出的谱线即为X射线衍射峰。工作原理：利用火花直读光谱仪的原理,进行金属材料中大面积范围内的成分及状态定量分布的快速分析,具备元素偏析度分析、夹杂物的定量分析与分布分析、金属表面疏松度分析以及成分分析四大基本功能。与传统技术比较,具备制样简单、定量准确、分析速度快的特点。

四、单次火花放电高速采集技术

高速数字式记录单次火花放电的全峰形;自动甄别夹杂物的异常火花;噪音自滤波功能,提高信噪比,实现纯金属分析

工作原理：火花光谱单次放电数字解析技术SDA利用扫描平台夹持试样,实现连续移动激发,由高速数据采集系统采集每次放电火花的谱线强度与位置,以数字方式实事记录,通过统计解析从而进行样品的成分分析、元素分布分析偏析度分析、疏松度分析以及夹杂物分布分析。

五、电子背散射衍射EBSD 技术

EBSD是近年发展较快的一项微区晶体结构及取向测定的分析技术,与能谱仪一样是装配在扫描电镜上的一个附件。EBSD系统的硬件通常包括一台高灵敏度的CCD摄像头和一套用来花样平均化和扣除背底的图像处理系统。主要功能是鉴定织构分析;晶粒尺寸测量;晶粒形状分析等。

基本原理：在扫描电镜SEM 中,入射于样品上的的电子束与样品产生几种不同效应,其中之一就是在每一个晶体或晶粒内规则排列的晶格面上产生衍射。从晶面上产生的衍射组成“衍射花样”,它包含晶体对称性信息,而且晶面和晶带轴间的夹角与晶系种类和晶体的晶格参数相对应,这些数据可用于相鉴定、织构分析、晶粒尺寸及形状分析等等。

六、检测技术的研究与开发

随着钢铁检测技术的快速发展,大量新的检测仪器、技术不断应用于公司各实验室中,为此,广大检测技术人员进行了积极的消化、吸收,并有所创新和发展。品质保证部在应用新技术的过程中,大胆探索积极总结,形成了钢铁中碳硫红外分析方法、钢铁X射线荧光光谱分析方法、ICP光谱法测定钢中的主量元素等十多个分析方法的企业标准,规范了分析方法,提升了检测水平,莱钢也有了自己的仪器分析标准。技术研发中心实验室技术人员对多种检测技术进行研究,完成的《PS1000UV型ICP发射光谱仪分析技术应用与研究》项目荣获山