一种用于高强钢大颗粒夹杂检测的方法与流程

本发明涉及杂质检测技术领域，特别是一种用于高强钢大颗粒夹杂检测的方法。

背景技术：

非金属夹杂物作为独立相存在于钢中，破坏了钢基体的连续性，加大了钢中组织的不均匀性，降低了钢的力学性能，尤其降低塑性、韧性和疲劳寿命。此外非金属夹杂物的性质、形态、分布、尺寸及含量不同，对钢材性能的影响也大不同。因此，夹杂物的数量和分布被认定是评定钢材质量的一个重要指标，并且被列为优质钢和高级优质钢出厂的常规检测项目之一。

目前，对钢中的非金属夹杂物的检测采用金相试样法，即把待测试样打磨抛光成金相试样后，在光学显微镜或扫描电镜下，对暴露在金相试样面上的夹杂物进行检测研究。金相试样法的优点是简单、直观、快速，但是由于夹杂物在钢中的含量很少，在三维空间的分布又是随机的所以夹杂物的存在分布状态不确定。此外，钢中非金属夹杂物粒子的形成、移动和凝聚的无规则，属于非线性系统问题，在二维条件下模拟钢中非金属夹杂物凝聚的结果都证明，粒子开始凝聚的条件相同，但结束时的形状不同。所以得出结论：已检测的某些钢中非金属夹杂物的状态，不能表征其他未检的钢中非金属夹杂物的状态。企业在用金相试样法对钢中夹杂物进行合格检测判定时，很有可能把夹杂物严重的钢材判定为“夹杂物合格”。所以金相法对钢材中夹杂物进行评级也是不可靠的、片面的。

为了避免金相试样法的检测随机性，研究出了电解法。大样电解法1985年通过冶金工业部鉴定全国推广使用。电解法是从钢中分离夹杂物的一个重要方法，过去常用在硫酸盐溶液中电解，得到夹杂物和阳极泥，然后对阳极泥淘洗、磁选、还原分离得到夹杂物。但是，大样电解所采用的电解液大多为酸性水溶液，一些复合夹杂物等在酸性水溶液中是不稳定的，此外电解后的反复淘洗，一些簇状夹杂物容易被打碎。酸性水溶液电解分离法电解分离过程中损伤或破坏了多少夹杂物常常难以准确论证，夹杂物合格检测过程中不确定度比较高。

钢中非金属夹杂物的形貌、尺寸、分布、成分都存在不确定性。随着冶金工艺提高和洁净钢产品的开发，钢中非金属夹杂物的含量更少、夹杂物的尺寸更小，从而对夹杂物检测的要求更高了。当前标准所用方法不能满足先进技术工艺的检测要求，应研究更新检测方法。

中国发明专利cn103616387a公开了一种弹簧钢盘条夹杂物定量检测方法，在取样方式上，每件试样从纵截面上去固定长度制成金相样，同一炉弹簧钢中至少从5件不同盘条上各取一个样。在观测区的选定方面，对夹杂物检验选择靠近盘条边缘的观测区，并对盘条直径d≤8mm及8mm＜d≤20mm两种情况加以区分。每件试样至少在观测区内选择4个夹杂物分布最恶劣视场，在金相显微镜200x下观察，采集图片，采集图像仪分析视场照片，计算出夹杂物面积百分比、单位面积颗粒数、最大夹杂物宽度。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种快速寻找定位并检测高强钢中大颗粒夹杂的方法。

为解决上述技术问题，本发明的一种用于高强钢大颗粒夹杂检测的方法，包括以下步骤，

(1)充氢溶液静置，将需要待检测的高强钢条放入充氢溶液中，静置5min-4h；

(2)拉力机拉伸，将需要待检测的高强钢条加持在拉力机进行慢拉伸，控制拉伸速度，直至钢丝断裂；

(3)杂质观察与测量，将断裂后的样片取出清洗并吹干，然后放置在扫描电子显微镜下放大观察，进行测量并根据放大比例得到夹杂的尺寸。

优选的，所述步骤(1)中充氢溶液由0.0016-0.1％的硫酸加上0.04％的磷酸钠配制而成。

优选的，所述步骤(2)中拉伸速度控制在0.1--1mm/min。

优选的，所述步骤(1)中需要待检测的高强钢条选取长度在100-500mm。

优选的，所述步骤(1)中将需要待检测的高强钢条从塑料管中穿过；再将塑料管和高强钢条间的缝隙用棉花填满，再将塑料管一端用硅胶进行密封；在塑料管内加入充氢溶液，静置5min-4h。

采用上述方法后，本发明利用氢致开裂和夹杂的相互作用，使钢在氢环境中发生断裂，在断裂面上寻找钢中非金属夹杂并进行测量，能够较好的评定高强钢中的非金属夹杂，尤其是大颗粒的夹杂物。另外，大大提高了夹杂物寻找到的机会，避免了金相法需要大量实验的缺点以及看不到最大截面缺陷，评定结果便更加准确。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明拉伸试样示意图。

图2、3、4为含碳量为0.6％的弹簧钢断口sem图。

图中：1为高强钢条，2为塑料管，3为棉花填充物，4为硅胶

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种用于高强钢大颗粒夹杂检测的方法，包括以下步骤，

(1)充氢溶液静置，将需要待检测的高强钢条1放入充氢溶液中，静置5min-4h；先取长度在100-500mm的高强钢条，将高强钢条1从塑料管2中穿过；再将塑料管2和高强钢条1间的缝隙通过棉花填充物3填满，再将塑料管2一端用硅胶4进行密封；在塑料管2内加入由0.0016-0.1％的硫酸加上0.04％的磷酸钠配制而成的溶液，放置5min--4h。

(2)拉力机拉伸，将需要待检测的高强钢条1加持在拉力机进行慢拉伸，控制拉伸速度，直至钢丝断裂；将高强钢条1以及装有充氢溶液的塑料管2加持在拉力机进行慢拉伸，拉伸速度控制在0.1--1mm/min，直至钢丝断裂。

(3)杂质观察与测量，将断裂后的样片取出清洗并吹干，然后放置在扫描电子显微镜下放大观察，如图2、图3和图4所示，进行测量并根据放大比例得到夹杂的尺寸。

本发明的原理如下：通过研究发现，一般钢中的夹杂物分为在钢件加热轧制过程中可随之产生变形的夹杂物如mns，不产生变形的夹杂物如tin、sio2、al2o3。夹杂物的存在使钢的完整晶体结构受到了破坏，锻造过程中的应力使夹杂和金属的晶粒之间形成界面间隙，特别是不变形的硬质点，在应力作用下反复切割金属基体，在夹杂四周形成空腔。而mns、tin等夹杂作为氢的强陷阱，使氢原子优先在夹杂和基体的界面上富集。高强钢对氢脆非常敏感，在酸溶液中浸泡，铁原子会与氢离子发生反应，生成的氢会集中在钢材夹杂部位，经过一段时间后，在氢与应力的协同作用下，样品会在夹杂多的界面断裂，尤其是界面存在大颗粒夹杂的情况，断口呈现沿晶断裂特征，在电子扫描显微镜下放大，就可以清晰呈现夹杂物，很方便实现夹杂物的测量。

本发明与现有的夹杂评定技术相比，其优点在于利用了夹杂物与氢的相互作用，大大提高了夹杂物寻找到的机会，避免了金相法需要大量实验的缺点以及看不到最大截面缺陷，评定结果便更加准确。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式作出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。

技术特征：

技术总结
本发明涉及杂质检测技术领域，特别是一种用于高强钢大颗粒夹杂检测的方法，包括以下步骤，(1)充氢溶液静置，将需要待检测的高强钢条放入充氢溶液中，静置5min‑4h；(2)拉力机拉伸，将需要待检测的高强钢条加持在拉力机进行慢拉伸，控制拉伸速度，直至钢丝断裂；(3)杂质观察与测量，将断裂后的样片取出清洗并吹干，然后放置在扫描电子显微镜下放大观察，进行测量并根据放大比例得到夹杂的尺寸。采用上述方法后，本发明大大提高了夹杂物寻找到的机会，避免了金相法需要大量实验的缺点以及看不到最大截面缺陷，评定结果便更加准确。

技术研发人员：刘新宽;盛荣生;张哲峰
受保护的技术使用者：盛利维尔（中国）新材料技术股份有限公司;盛利维尔（常州）新材料科技有限公司
技术研发日：2018.12.31
技术公布日：2019.04.09