CN110967397A - 一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法，取含硫中碳钢制取检测面，表面精车或精磨以控制粗糙度Ra不高于3.2，然后清洗检测面，保证无污染物；保持检测面水平向上，喷涂磁粉悬浊液，保证磁粉悬浊液不流动；将探头贴合在需要检测的位置，通过调整探头角度，保证探头与检测面之间为面接触；保证探头位置不变的前提下多次加载磁场，单次磁场加载时间2~4s；观察是否出现磁痕，并通过磁痕进一步判断硫化物严重偏析的位置。本发明的检测方法可以快速、准确检测含硫中碳钢中是否存在硫化物严重偏析，以及无损检测成品工件表面是否存在严重偏析的硫化物。

Description

一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，是一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法，具体涉及一种使用便携磁轭式磁粉探伤仪检测中碳钢中是否存在硫化物严重偏析的方法。

背景技术

易切削中碳非调质钢是硫系易切削钢的一种，由于具有良好的切削性能和力学性能，广泛应用于制备汽车关键零部件。切削加工时，其中的硫化物夹杂会与基体分离产生良好的断屑效果，同时可以润滑刀头，减轻刀具的磨损。因此易切削中碳非调质钢是汽车发动机曲轴等形状复杂、切削加工量大的零部件的理想原料。由于冶炼和凝固工艺不稳定等因素，国产易切削中碳非调质钢轧材中硫化物经常呈粗大的长条状且聚集分布，严重恶化材料横向性能。在后续的零部件热成型过程中，这些硫化物随金属流动暴露在表面时，极易成为疲劳源和腐蚀源，成为严重的安全隐患。因此，快速准确地、甚至是无损地检测钢材和零部件是否存在严重的硫化物偏析对保证安全性具有重要意义。

金相法是判断硫化物形态的主要方法。但是金相观察只能分析某局部二维截面处硫化物的形态，无法判断三维空间中硫化物的聚集情况。此外，金相法观察硫化物受取样位置限制，有可能漏掉潜在的隐患。同时，金相制样是有损检测，无法在成品零部件上取样。

磁粉探伤是工业上常用的快速、无损检测钢铁制品表面和近表面缺陷（如裂纹，夹渣等）的方法。这些缺陷的磁导率和铁的磁导率存在显著差异，磁化后这些材料不连续处的磁场将发生畸变，形成部分磁通泄漏，在工件表面产生漏磁场，从而吸引磁粉形成缺陷处的磁粉堆积，即形成磁痕。在适当的光照条件下，可以显现出缺陷的位置和形状。受零部件尺寸、能耗限制和使用安全性要求，工件加载的整体磁场强度有限，因此磁粉探伤主要对宏观尺寸的表面裂纹比较敏感。通常情况下，夹杂物尺寸微小、对基体连续性破坏微弱，不会被磁粉探伤发现。但是，随着磁场强度的加强，夹杂物和铁基体的磁导率差距会被放大。因此，强磁场下聚集分布的大尺寸硫化物对局部区域磁导率的影响就可能显现出来。

发明内容

本发明针对碳钢中硫化物偏析检测存在的技术问题，提供一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法，利用局部加强的磁粉探伤方法快速、准确检测含硫中碳钢是否存在硫化物严重偏析，以及无损检测成品工件表面是否存在大尺寸聚集分布的硫化物。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法，包括如下步骤：

S1：取含硫中碳钢制取检测面，表面精车或精磨以控制粗糙度Ra不高于3.2，然后清洗检测面，保证无污染物；

S2：保持检测面水平向上，喷涂磁粉悬浊液，保证磁粉悬浊液不流动；

S3：将探头贴合在需要检测的位置，通过调整探头角度，保证探头与检测面之间为面接触；

S4：保证探头位置不变的前提下多次加载磁场，单次磁场加载时间2~4s；

S5：观察是否出现磁痕，并通过磁痕进一步判断硫化物严重偏析的位置。

具体地，当轧材或成品需要检测的位置存在严重的硫化物偏析时，经局部加强的磁粉探伤后会出现明显的磁痕，不存在硫化物或不存在硫化物严重偏析时，经局部加强的磁粉探伤后会不出现磁痕。本发明的磁粉探伤形成磁痕的位置需要有足够的磁导率差距以形成较强的漏磁场。相对于二维的裂纹，一维的条状硫化物对基体割裂程度小，磁场在绕过硫化物时不会形成明显的漏磁。但当局部区域存在严重的硫化物偏析（硫化物体积比显著提高）时，即局部存在较多粗大的、聚集分布的硫化物时，该局部区域磁导率显著下降，形成较强的漏磁场。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的含硫中碳钢的化学成分质量百分比范围为：C：0.30~0.50%、Si：0.15~0.85%、Mn：0.55~1.70%、S：0.025~0.040%、P：0~0.030%，余量为Fe及不可避免杂质。

上述的磁粉悬浊液的具体配制为：每1000mL的溶剂中，添加20~30g的Fe₃O₄；其中，所述的溶剂为水或煤油。

上述的探头采用A型探头，所述A型探头的开合距离为20~200mm。

上述加载磁场的次数不超过4次。

上述加载磁场的输出电压35~38V，输出电流10~15A。

上述的能检测出磁痕的硫化物严重偏析具备以下标准：

1) 硫化物沿某一方向伸长呈条状且在局部区域聚集分布；

2) 硫化物聚集区的总长度肉眼可见，至少大于3mm；总宽度肉眼可见，至少大于0.5mm；

3) 单条硫化物宽度大于5μm，或在5~10μm宽的三维空间中至少存在3条长度相当的平行硫化物，硫化物长度大于100μm；

以上3条同时满足才能检测出磁痕。

具体来说：

所述方法适用的检测仪器为便携磁轭式磁粉探伤仪，其额定电压220V，额定电流5A，输出电压38V，输出电流10A；配A型探头，探头开合距离20~200mm。采用便携磁轭式磁粉探伤仪可以对工件局部反复施加较强磁场，进一步提高漏磁场强度，并使磁粉反复聚集，以形成较明显的磁痕。

所述检测方法中对检测面的粗糙度提出要求。当粗糙度Ra高于3.2时，表面可见加工痕迹，这些加工痕迹可能会影响磁粉流动，并且磁粉在加工痕迹处容易聚集成线状，干扰对磁痕的判断。

所述检测方法中对磁粉喷涂提出要求。加载磁场前磁粉应均布于检测面，并且磁粉不能过多，避免磁痕衬度不足，造成误判。如果检测面为弧面，可以在加载磁场时再补喷一次。加载磁场时应保证悬浊液均布于检测位置，既可以看见较多的黑色磁粉，又可以看到光亮的检测面。

所述检测方法中对检测时探头位置提出要求。探头与检测面需面接触以保证加载足够强的磁场，线接触或者点接触都会造成检测面附近磁通不足，无法使硫化物严重偏析处产生足够强的漏磁场，形成磁痕。

所述检测方法中对磁场加载方式提出了明确要求。由于硫化物对基体割裂效果较弱，即便存在严重偏析时，通过普通方式加载磁场也不会形成明显的漏磁场。因此需要延长磁场加载时间以增强漏磁场。磁场加载时间不足不能形成足够的漏磁场，而加载时间过长对设备有损害。为保护检测设备安全，在探头位置不变的前提下，可以反复加载，促进磁粉向漏磁场处移动、聚集。磁场加载2~3次可见明显的平行的黑色细线状磁粉聚集时，说明此位置存在硫化物严重偏析；加载4次以上仍不见平行的黑色细线状磁粉聚集时，说明此位置不存在硫化物严重偏析。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用所便携磁轭式磁粉探伤仪，体积较小，配A型探头后可以实现对工件任意位置、以任意方向加载局部强磁场，操作方便、稳定、安全。

(2)本发明的检测方法可以快速、准确检测含硫中碳钢中是否存在硫化物严重偏析，以及无损检测成品工件表面是否存在严重偏析的硫化物。

(3) 本发明的检测范围相比于金相检测更大，可以实现检测面附近的三维空间中硫化物的偏析情况检测。

附图说明

图1是使用本方法检测后的样品表面擦去部分磁粉后暴露出的硫化物与磁痕关系的金相照片。

图2是实施例1的棒材纵剖面检测后形貌图。

图3是实施例1的棒材心部纵截面显微组织照片。

图4是实施例2的棒材纵剖面检测后形貌图。

图5是实施例2的棒材心部纵截面硫化物最严重视场照片。

图6是实施例3的曲轴连杆轴颈表面检测后形貌图。

图7是实施例3的曲轴连杆轴颈磁痕位置切取小试样检测时形貌图。

图8是实施例3的曲轴连杆轴颈小试样磁痕位置硫化物最严重视场照片。

图9是实施例4的棒材纵剖面检测后形貌图。

图10是实施例4的棒材心部纵截面硫化物最严重视场照片。

图11是实施例5的棒材纵剖面检测后形貌图。

图12是实施例5的棒材心部纵截面硫化物最严重视场照片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法，包括如下步骤：

S1：取含硫中碳钢制取检测面，表面精车或精磨以控制粗糙度Ra不高于3.2，然后清洗检测面，保证无污染物；

S2：保持检测面水平向上，喷涂磁粉悬浊液，保证磁粉悬浊液不流动；

S3：将探头贴合在需要检测的位置，通过调整探头角度，保证探头与检测面之间为面接触；

S4：保证探头位置不变的前提下多次加载磁场，单次磁场加载时间2~4s；

S5：观察是否出现磁痕，并通过磁痕进一步判断硫化物严重偏析的位置。

所述步骤S5中，能检测出磁痕的硫化物严重偏析具备以下标准：

1) 硫化物沿某一方向伸长呈条状且在局部区域聚集分布；

2) 硫化物聚集区的总长度肉眼可见，至少大于3mm；总宽度肉眼可见，至少大于0.5mm；

3) 单条硫化物宽度大于5μm，或在5~10μm宽的三维空间中至少存在3条长度相当的平行硫化物，硫化物长度大于100μm；

以上3条同时满足才能检测出磁痕。

所述能检测出磁痕的硫化物严重偏析的标准中，第一点和第二点说明使用本方法只能用于检测呈长条状的硫化物的偏析情况，并且偏析区应是宏观的、肉眼可见的。只有这样的硫化物才能形成可见的磁痕。因此要求硫化物沿某一方向伸长呈条状且在局部区域聚集分布；硫化物聚集区的总长度应肉眼可见，至少大于3mm；总宽度应肉眼可见，至少大于0.5mm；第三点说明使用本方法可以检测出磁痕的硫化物的微观偏析程度。图1为金相显微镜下使用本方法检测的试样擦去部分磁痕后暴露出的硫化物与磁痕的对应关系，其中黑色为磁粉，深灰色长条状为硫化物，其余为基体，从中可以看到，当单条硫化物比较粗（宽约5μm）或者存在多条密集分布的长度相当的平行硫化物（密集分布区域宽度5~10μm），且单条长度大于100μm（包括暴露出的和被磁痕覆盖住的硫化物）时，硫化物上可以形成与其宽度相当的细且连续分布的微观磁痕。数条平行的微观磁痕在总长度和总宽度上达到第一点和第二点的要求时，形成肉眼可见的宏观磁痕。因此要求单条硫化物宽度应>5μm，或在5~10μm宽的三维空间中至少存在3条长度相当的平行硫化物。

实施例1

采用便携磁轭式磁粉探伤仪进行检测，额定电压220V，额定电流5A，输出电压38V，输出电流10A，配A型探头，探头开合距离90mm；磁粉悬浊液为20g/L的黑磁粉（Fe₃O₄）煤油溶液。

使用上述方法对不添加硫的中碳钢热轧棒材纵剖面进行检测，加载磁场4次，该中碳钢具有如下的质量百分比化学成分：0.35%C、0.25%Si、1.35%Mn、0.013%P、0.003%S、1.20%Cr，余量为Fe及不可避免杂质。该棒材为不添加硫元素的中碳钢，但是棒材心部存在严重的偏析，形成珠光体带状。参见图2和图3，其中，白色为铁素体，黑色为珠光体，使用本方法检测后，黑色磁粉均布于样品表面，未出现磁痕。说明该棒材即使存在严重偏析，但不添加硫，使用本方法检测不出现磁痕。

实施例2

采用便携磁轭式磁粉探伤仪进行检测，额定电压220V，额定电流5A，输出电压35V，输出电流12A，配A型探头，探头开合距离120mm；磁粉悬浊液为20g/L的黑磁粉（Fe₃O₄）水溶液。

使用上述方法对含硫的中碳钢热轧棒材纵剖面进行检测，加载磁场2次，该中碳钢具有如下的质量百分比化学成分：0.38%C、0.55%Si、1.45%Mn、0.015%P、0.035%S，余量为Fe及不可避免杂质。参见图4和图5，其中，黑色为磁粉，深灰色长条状为硫化物，检测后棒材心部出现了多条平行的、沿轧向伸长的黑色磁痕。进一步制备金相样品观察，该棒材心部存在严重的硫化物偏析，硫化物形态满足上述能检测出磁痕的硫化物严重偏析的标准中的三点，说明该含硫中碳钢棒材心部存在硫化物严重偏析时，使用本方法检测出现磁痕。

实施例3

采用便携磁轭式磁粉探伤仪进行检测，额定电压220V，额定电流5A，输出电压35V，输出电流12A，配A型探头，探头开合距离分别为75mm、30mm；磁粉悬浊液为20g/L的黑磁粉（Fe₃O₄）水溶液。

使用上述方法为实施例2涉及的棒材经模锻及机加工成曲轴成品后的一段连杆轴颈进行检测，检测后连杆轴颈表面形貌、出现磁痕位置切取小试样后再次检测的表面形貌和该位置硫化物形态如附图6-8所示，其中，黑色为磁粉，深灰色长条状为硫化物，连杆轴颈经无损检测后在外圆表面模具分型面位置出现多条平行的、沿轧向伸长的黑色磁痕。切取小试样后再次检测，磁痕更加明显。进一步制备金相样品观察，该连杆轴颈表面分型面位置存在严重的硫化物偏析，硫化物形态满足上述能检测出磁痕的硫化物严重偏析的标准中的三点。实施例2棒材经模锻后，心部严重偏析的硫化物随金属流动并暴露至曲轴连杆轴颈分型面表面，因而使用本方法检测后出现明显的磁痕。说明该含硫中碳钢曲轴轴颈表面存在硫化物严重偏析时，使用本方法能够无损检测出磁痕，并快速确定存在硫化物严重偏析的位置。

实施例4

采用便携磁轭式磁粉探伤仪进行检测，额定电压220V，额定电流5A，输出电压36V，输出电流15A，配A型探头，探头开合距离100mm；磁粉悬浊液为30g/L的黑磁粉（Fe₃O₄）煤油溶液。

使用上述方法对含硫的中碳钢热轧棒材纵剖面进行检测，加载磁场3次，该中碳钢具有如下的质量百分比化学成分：0.36%C、0.45%Si、1.15%Mn、0.015%P、0.030%S，余量为Fe及不可避免杂质。参见图9和图10，其中，黑色为磁粉，深灰色长条状为硫化物，检测后棒材心部出现了多条平行的、沿轧向伸长的黑色磁痕。进一步制备金相样品观察，该棒材心部存在严重的硫化物偏析，硫化物形态满足上述能检测出磁痕的硫化物严重偏析的标准中的三点。说明该含硫中碳钢棒材心部存在硫化物严重偏析时，使用本方法检测出现磁痕。

实施例5

采用便携磁轭式磁粉探伤仪进行检测，额定电压220V，额定电流5A，输出电压36V，输出电流15A，配A型探头，探头开合距离100mm；磁粉悬浊液为30g/L的黑磁粉（Fe₃O₄）水溶液。

使用上述方法对与实施例4相同但凝固工艺不同的含硫中碳钢热轧棒材纵剖面进行检测，加载磁场3次，该中碳钢具有如下的质量百分比化学成分：0.36%C、0.46%Si、1.15%Mn、0.013%P、0.030%S，余量为Fe及不可避免杂质。参见图11和图12，其中，黑色为磁粉，深灰色长条状为硫化物，检测后黑色磁粉均布于样品表面，未出现磁痕。进一步制备金相样品观察，该棒材心部硫化物偏析较轻，硫化物形态不能同时满足上述能检测出磁痕的硫化物严重偏析的标准的第一点和第二点，即硫化物聚集区总长度和总宽度未达到肉眼可见；不存在长度大于100μm、宽度大于5μm的单条硫化物，或长度大于100μm、在5~10μm宽的三维空间中至少存在3条长度相当的平行硫化物，不满足第三点的情况，说明该含硫中碳钢棒材心部不存在硫化物严重偏析时，使用本方法检测不出现磁痕。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：取含硫中碳钢制取检测面，表面精车或精磨以控制粗糙度Ra不高于3.2，然后清洗检测面，保证无污染物；

S2：保持检测面水平向上，喷涂磁粉悬浊液，保证磁粉悬浊液不流动；

S3：将探头贴合在需要检测的位置，通过调整探头角度，保证探头与检测面之间为面接触；

S4：保证探头位置不变的前提下多次加载磁场，单次磁场加载时间2~4s；

S5：观察是否出现磁痕，并通过磁痕进一步判断硫化物严重偏析的位置。

2.根据权利要求1所述的一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法，其特征在于：所述的步骤S1中，含硫中碳钢的化学成分质量百分比范围为：C：0.30~0.50%、Si：0.15~0.85%、Mn：0.55~1.70%、S：0.025~0.040%、P：0~0.030%，余量为Fe及不可避免杂质。

3.根据权利要求1所述的一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，磁粉悬浊液的具体配制为：每1000mL的溶剂中，添加20~30g的Fe₃O₄；其中，所述的溶剂为水或煤油。

4.根据权利要求1所述的一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述探头采用A型探头，所述A型探头的开合距离为20~200mm。

5.根据权利要求1所述的一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法，其特征在于：所述步骤S4中，加载磁场的次数不超过4次。

6.根据权利要求5所述的一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法，其特征在于：所述步骤S4中，加载磁场的输出电压为35~38V，输出电流为10~15A。

7.根据权利要求1所述的一种含硫中碳钢中硫化物严重偏析的检测方法，其特征在于：所述步骤S5中，能检测出磁痕的硫化物严重偏析具备以下标准：

1) 硫化物沿某一方向伸长呈条状且在局部区域聚集分布；

2) 硫化物聚集区的总长度肉眼可见，至少大于3mm；总宽度肉眼可见，至少大于0.5mm；

3) 单条硫化物宽度大于5μm，或在5~10μm宽的三维空间中至少存在3条长度相当的平行硫化物，硫化物长度大于100μm；

以上3条同时满足才能检测出磁痕。

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