CN117929052A - 一种低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，所述制备方法包括：对热轧态的低碳钢棒样进行粗加工，断取合适的长度，利用锯床锯切至预检试样的大致尺寸，再用铣床铣平待检面；对粗加工试样进行热处理，获得满足使用条件的组织；对热处理后的试样进行精加工，重新找平并保证一定的表面粗糙度，避免表面不平影响界面波的跟踪和减少表面粗糙引起的表面散射衰减；最后进行超高频水浸探伤检验。此试样能够满足50MHz超高频水浸聚焦探头的使用，并且可以检测沿轧制方向任意纵向截面的夹杂物纯净度水平。
Description
技术领域
本发明涉及低碳钢超高频水浸探伤检测技术领域，尤其涉及一种低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法。
背景技术
低碳钢具有良好的加工性能，被广泛应用于汽车、军工、电力、石油、制造等行业。随着市场对材料性能要求的逐步提升，对钢材中夹杂物水平的要求也越来越高。不仅要求检验的夹杂物尺寸越来越小，而且要求检验的试样面积也越来越大。虽然可以用金相夹杂物检验来检验钢中小尺寸夹杂物的情况，但是金相夹杂物检验试样的加工耗时耗力，检验效率低下。故而引入超高频水浸探伤C扫描检验来评估钢中夹杂物的纯净度水平，有效且直观的反应出钢中夹杂物的分布，数量及宏观形貌。传统的高频水浸探伤利用10MHz水浸探伤探头，理论可有效检出当量直径≥φ0.30mm的缺陷。对于更小尺寸的夹杂物检出能力有限。超高频水浸探伤检验是利用超高频的水浸探伤探头来对钢中的夹杂物纯净度进行检验。目前市场中50MHz超高频水浸探伤聚焦探头的使用尚不成熟，对应的试样加工更是没有明确的加工工艺。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，包括机加工和热处理两个方面。在满足超高频水浸探伤50MHz水浸聚焦探头的使用前提下，更是兼顾了加工成本低、时间短等特点。为超高频水浸探伤试样的制备提供了可借鉴案列。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，一种低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，具体步骤如下：
（1）、对热轧态低碳钢棒样进行粗加工：断取的棒样直径为φ20mm～φ100mm。断取长度时沿轧制方向断取20mm～200mm的棒样。确定待检平面，待检测平面为方形纵向截面，垂直于径向，长度为20mm～200mm，宽度为20mm～100mm。粗加工试样的高度与最终试样的高度之间需留有足够的加工余量。其中待检面需保留3mm～5mm的加工余量，底面需保留2mm～4mm的加工余量。确保最终加工的试样高度为20mm～90mm。粗加工时对于直径为φ20mm～φ45mm的棒样可用线切割加工，直径φ45mm～φ100mm的棒样可用锯床加工。将锯切好的试样进行铣床加工，铣平待检面。铣床加工完成后的粗加工试样不得有毛刺和飞边，防止后续热处理过程中产生应力集中导致试样开裂。
（2）、将粗加工的试样进行热处理：热轧态的低碳钢棒样的组织为铁素体和珠光体，其晶粒粗大、晶界发达对超声波的散射衰减严重，所以需要通过热处理来改善试样的组织。目的是细化晶粒，改善粗大的晶界对超声波的衰减，提高信噪比。由于低碳钢淬火后马氏体碳含量低，内应力作用小且粗加工的试样形状规则、无毛刺、体积小，使得粗加工试样淬火不易开裂。所以本发明通过对试样直接整体淬火来细化晶粒，从而改善晶粒粗大、晶界发达的情况。试样随炉升温，淬火加热速率为1.0℃/min～3.0℃/min，淬火保温温度为800℃～900℃，保温时间为10min～60min，确保试样能够完全奥氏体化。在试样保温的过程中保温温度不易过高且保温时间不易过长，防止过热导致晶粒长大。出炉后水淬，用较快的冷却速度来获得细小致密的组织。
（3）、将热处理后的试样进行精加工：热处理后的试样有较厚的氧化铁皮，需要将待检验面及对应底面的氧化铁皮去除并保证试样的水平。待检面不仅需要磨去热处理产生的氧化铁皮而且还需要磨去晶粒粗大、晶界发达的脱碳层。所以磨下量为待检面1mm～3mm及对应底面1mm～2mm。利用平面磨床将上下平面磨平，磨削加工时速度不宜过快需保证良好的冷却。选用砂轮越细，试样粗糙度越小，探伤效果越好。所用的砂轮目数≥120目。
（4）、将加工好的试样进行水浸探伤检验：水浸探伤所用的探头为50MHz超高频水浸聚焦探头，理论可有效检出当量直径≥φ0.06mm的缺陷。
本发明通过粗加工断取合适的长度，并确定待检平面大致尺寸，铣床铣平；采用合适的热处理条件，获得满足使用条件的组织；对热处理后的试样进行磨床处理，重新找平并保证一定的表面粗糙度，避免表面不平影响界面波的跟踪和减少表面粗糙引起的表面散射衰减；最后进行超高频水浸探伤检验。本发明方法所制备的试样能够满足50MHz超高频水浸聚焦探头的使用，并且可以检测沿轧制方向任意纵向截面的夹杂物纯净度水平。本发明通过优先对原材料进行粗加工然后再热处理的方式，减少了需要热处理的材料总量，缩短了热处理所需要的时间，降低了热处理弯曲变形的风险。在满足超高频水浸探伤检验的同时降低了加工成本提高了检验效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明实施例中试样加工的示意图。
图2为本发明实施例中低碳钢热轧态的金相组织照片及对应的超声波水浸探伤C扫图；
图3为本发明实施例中低碳钢淬火态的金相组织照片及对应的超声波水浸探伤C扫图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本实施例涉及一种低碳钢超高频水浸探伤试样的加工工艺，其特征在于包括以下步骤：
（1）对热轧态低碳钢棒样进行粗加工：断取的棒样直径为φ80mm。断取长度时沿轧制方向断取50mm的棒样。确定半径1/2处为待检平面，待检平面为方形纵向截面，垂直于径向，长度为69mm，宽度为50mm。粗加工试样的高度与最终试样的高度之间需留有足够的加工余量，以确保最终检测平面的尺寸。待检面保留4mm的加工余量，对应底面保留3mm的加工余量。以保证最终加工试样的高度为20mm。用锯床进行粗加工，粗加工试样的待检面长度为64mm，宽度为50mm，高度为27mm。将锯切好的试样进行铣床加工，上下各铣去1mm，铣平待检面和底面。铣床加工完成后的粗加工试样不得有毛刺和飞边，防止后续热处理过程中产生应力集中导致试样开裂。
（2）将粗加工的试样进行热处理：热轧态的低碳钢棒样的组织为铁素体和珠光体，其晶粒粗大、晶界发达，对超声波的散射衰减严重。所以需要通过热处理来改善试样的组织，目的是细化晶粒并改善粗大晶界对超声波的衰减，从而提高信噪比。因为粗加工的试样形状规则、无毛刺、体积较小且由于低碳钢碳含量低淬火后马氏体含碳量低等原因，热处理时内应力小不易开裂，所以本发明通过对试样直接淬火来细化晶粒，从而改善试样晶粒粗大、晶界发达的现象。试样随炉升温，淬火加热速率为1.0℃/min，淬火保温温度为870℃，保温时间为40 min。需要保证试样能够完全奥氏体化。在试样保温的过程中保温温度不易过高且保温时间不宜过长，防止晶粒长大。出炉后水淬，用较快的冷却速度来获得细小致密的组织。
（3）将热处理后的试样进行精加工：热处理后的试样有较厚的氧化铁皮，需要将待检面及对应底面的氧化铁皮去除，并保证试样的水平。待检面不仅需要磨去热处理产生的氧化铁皮而且还需要磨去晶粒粗大、晶界发达的脱碳层。所以待检面磨下量为3mm及底面磨下量为1mm。利用平面磨床将上下平面磨平，磨削加工时速度不宜过快，需保证良好的冷却。砂轮越细，试样粗糙度越小，探伤效果越好。所用的砂轮目数为120目，最终试样的表面粗糙度为Ra=0.3μm。
（4）将加工好的试样进行超高频水浸探伤检验：水浸探伤所用的探头为50MHz超高频水浸聚焦探头，理论可有效检出当量直径≥φ0.06mm的缺陷。通过本发明加工的试样在进行超高频水浸探伤检验时噪声水平低，探伤效果好。
以上就是本发明一种低碳钢超高频水浸探伤试样的加工工艺，在满足超高频水浸探伤50MHz水浸聚焦探头的使用前提下，更是兼顾了加工成本低、检验效率高等特点。
以上实施例仅用以阐述本发明的技术方案，并非对其进行限制。尽管结合实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的技术人员应当理解，对前述实施例中阐述的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例中技术方案的范围，均涵盖于本发明的权利要求中。
Claims (10)
1.一种低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对热轧态低碳钢棒样进行粗加工：断取所需长度，确定待检面，利用锯床或者线切割加工至待检试样尺寸+加工余量，再进行铣床加工，铣平待检面，即为粗加工试样；
（2）对粗加工试样进行热处理：对粗加工试样整体进行直接淬火，淬火加热速率为1.0℃/min～3.0℃/min，淬火保温温度为800℃～900℃，淬火保温时长为10min～100min，出炉后水淬或油冷，确保试样完全奥氏体化；
（3）对热处理后的试样进行精加工：利用平面磨床磨去热处理产生的氧化铁皮及脱碳层，保证试样待检面的水平；所用的砂轮目数≥120目；
（4）将加工好的试样进行超高频水浸探伤检验。
2.如权利要求1所述的低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，热轧态低碳钢棒样直径为φ20mm～φ100mm；沿轧制方向断取20mm～200mm的棒样。
3.如权利要求1所述的低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，粗加工的待检面为方形纵向截面，垂直于径向；长度为20mm～200mm，宽度为20mm～100mm。
4.如权利要求1所述的低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，粗加工试样待检面保留3mm～5mm的加工余量，底面保留2mm～4mm的加工余量。
5.如权利要求1所述的低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，其特征在于，粗加工试样的高度为20mm～90mm。
6.如权利要求1所述的低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的粗加工，直径为φ20mm～φ45mm的棒样用线切割加工；直径为φ45mm～φ100mm的棒样用锯床加工。
7.如权利要求1所述的低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，铣床加工完成后的粗加工试样不得有毛刺和飞边，防止后续热处理过程中产生应力集中导致试样开裂。
8.如权利要求1所述的低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，待检面磨下量为1mm～3mm，底面的磨下量1mm～2mm。
9.如权利要求1所述的低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，水浸探伤所用的探头为50MHz超高频水浸聚焦探头，理论可有效检出当量直径≥φ0.06mm的缺陷。
10.如权利要求1所述的低碳钢超高频水浸探伤试样的制备方法，其特征在于，所述低碳钢的化学成分重量百分比为：C：0.15～0.19%、Si：0.17～0.37%、Mn：1.10～1.30%、P：≤0.025%、S：0.020～0.035%、Cr：0.90～1.10%、Ni：≤0.30%、Cu：≤0.20%、Al：0.20～0.40%，其余为Fe以及不可避免的杂质。
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