钢的纯净度检测闸门设置探讨.pdf

422023年第2 期南钢科技与管理钢的纯净度检测闸门设置探讨崔宏艳吴磊（科技质量部）摘要：高频超声波检测轴承钢的纯净度，采用SEP1927-2010标准，对于直径大于5 0 mm的试样，闸门设定有“盲区”，采用增加一个闸门的方式来评判“盲区”内的纯净度情况。该方法有效的降低了“盲区”内夹杂物漏检的几率，通过对缺陷的分析，为高品质轴承钢纯净度的工艺改进提供技术支持。关键词：轴承钢超声波纯净度盲区Discussion on the Setting of Steel Purity Inspection GateCUI HongyanWULei(Sci-tech and Quality Department)Abstract:The purity of bearing steel is detected by high-frequency ultrasonic testing as per the standard SEP1927-2010.A gate is normally set with“blind zone for those samples with a diameter greater than 50 mm.On that basis,anadditional gate is added to evaluate the purity in that zone.This method effectively reduces the probability of inclusionsmissed detection in the“blind zone,and provides technical supports for the process improvement of high-quality bear-ing steel purity through the analysis of defects.Keywords:Bearing Steel,Ultrasonic,Purity,Blind Zone前言轴承钢中的非金属夹杂物，破坏了金属的连续性，在轴承工作过程中所产生的交变应力作用下，易于引起应力集中，成为疲劳裂纹源，降低轴承钢的疲劳寿命 。轴承钢中的氧化物、硅酸盐等有害夹杂物是导致轴承早期疲劳剥落、显著降低轴承寿命的主要原因 2 。研究和生产实践均表明，轴承钢的纯净度越高，其性能越好，使用寿命越长。因此，提高钢水纯净度，并进一步严格控制钢中大尺寸夹杂物的含量成为提高产品质量的重点 3 。对于轴承钢的纯净度检测，现国内各钢厂均使用SEP1927-2010测定轧制或锻造钢棒宏观清洁度的超声液浸检测方法，标准中采用高频超声波脉冲反射法水浸探伤对钢中大尺寸夹杂物进行检测，对夹杂物的位置、尺寸、长度进行统计同时对钢中纯净度进行评估。在检测过程中涉及灵敏度设置、闸门设置、检测速度及扫描步进设置等问题，本文主要针对闸门设置进行探讨。1试验设备采用高频水浸超声波检测设备，主要由超声波探伤主机、水槽、高频超声波检测探头、X/Y/Z/C轴运动控制系统等硬件以及数据采集、A/C扫描显示、存储、分析、评估等软件系统组成43南钢科技与管理2023年第2 期2试验步骤用60mm标样，使用1 0 MHz平探头对不同深度的1mm平底孔进行DAC曲线制作。试样直径66.24mm，按照SEP1927-2010标准要求对闸门进行设置，因为试样直径大于5 0 mm，闸门A起始点在8mm以内，避免噪声信号进入闸门影响检测，闸门A终点位置为d/2(d为试样直径)如图1 所示闸门A，按照灵敏度5 级检测。闸门A缺陷波图1试样检测闸门A检测过程中发现在底波前出现了缺陷的反射波，如图1 中缺陷波。当试样旋转1 8 0 度后发现界面波后也有缺陷波出现，如图2 所示缺陷波，但是由于盲区的影响,缺陷波被掩埋在界面波里,并未在闸门A里出现。在盲区里和底波前出现的缺陷波均并未出现在闸门A内,所以闸门A的C扫图中没有缺陷显示，如图3 所示，不能对缺陷进行评价，因此造成缺陷漏检。缺陷波闸门B图2试样旋转1 8 0 度后缺陷A扫波形AMP418图3试样闸门A的C扫图3试验结果验证及分析（1)按照SEP1927-2010标准，在原有闸门的基础上增加一个闸门B,起始点为d/2（d 为试样直径），终点在底波前，如图2 所示闸门B。设定好闸门B后重新检测试样,此时缺陷出现在闸门B的C扫图中，如图4所示缺陷波，便可对闸门B中的缺陷进行评判，缺陷波高超过8 0%，缺陷指示长度约为6mm，如图5 所示，按技术协议评定为不合格缺陷。AM2缺陷2图4试样闸门B的C扫图oW=O7L=3.613mm(6mm)图5缺陷长度测定(2)根据水浸探伤检测结果,对缺陷的长度位置进行定位，如图6 所示，机加工切割成小试样后再精442023年第2 期南钢科技与管理确定位，纵向解剖制备金相试样后显微镜观察，试验结果显示，该缺陷为长度约7.8 8 mm的夹杂物，根据形貌初步判断为非金属类夹杂物，如图7 所示。图6试样定位解剖图图7金相分析缺陷纵向解剖图（3)采用扫描电子显微镜对缺陷形貌特征进行观察，用能谱仪进行对应的点成份分析，结果如图8和表1 所示，并用能谱仪进行面扫描分析，结果如图9所示。观察分析可知,夹杂物主要含有Mg、A l、C a、O和少量Si元素，夹杂物为镁铝酸盐及钙铝酸盐类非金属夹杂物，含有极少量的SiO2。结合轴承钢冶炼工艺过程发现，与渣中含有Mg有关，渣的流动性差，导致水口结瘤，落人钢水后难以上浮排除，影响了钢水的纯净度，造成连铸坏中有大尺寸夹杂物。再结合轧制工艺发现，由于夹杂物为高熔点类夹杂物，连铸坏经过轧制后夹杂物不易破碎而是被拉长，并随着轧制规格的变小，夹杂物趋于棒材近表面，纯净度检测时因界面波位置有盲区而影响了缺陷的检出。250m图：夹杂物的二次电子像表1夹杂物EDS能谱分析结果（w/%）图谱标签谱图1谱图2谱图3谱图4046.7922.1643.2045.19Mg14.098.2710.3116.79A133.6924.1933.0537.16Si1.041.08Ca5.438.7312.370.86Fe35.61总量100.00100.00100.00100.00452023年第2 期南钢科技与管理电子图像4OKlMgKl.225mSum25umAIK1CaKlSiK125um25um图9缺陷能谱分析结果4角解决方案按照SEP1927-2010标准进行检测，对于圆柱体d50mm（d 为圆柱体直径）,采用螺旋线步进式扫描时，检测范围为d/2范围内，闸门A起始点为8 mm以内，为避免噪声波进人闸门A，起始点以靠近界面波为止，终点为d/2;同时增加一个闸门B，起始点为d/2，终点为底波前。这样能够保证圆柱体全截面检测，减少近表面处的缺陷漏检几率。5结论（1）通过试验验证，SEP1927-2010测定轧制或锻造钢棒纯净度的超声水浸试验方法中，试验范围和闸门设置规定，对于圆柱体d50mm（d 为圆柱体直径），采用螺旋线步进式扫描时，检测范围为d/2范围内，闸门起始点为8 毫米以内，终点为d/2。那么界面波后8 mm以内区域为检测盲区,而在此区域如果有缺陷波出现，此缺陷不在设定的闸门A范围内，即使有缺陷波出现，但闸门A范围内的C扫图中也不会出现此缺陷，也不会被评定，因此就会出现缺陷的漏检情况。(2)为解决漏检问题，我们增加一个闸门B,即不影响闸门A的正常检测和评判,又能够把8 mm盲区内的缺陷检出，保证产品质量的同时，也赢得客户的信赖。（3）通过高频水浸探伤可以获得缺陷的位置、数量、分布、指示长度等信息；通过金相和扫描电镜对缺陷的分析，我们可以得到缺陷的位置形态、类型和分布等详细信息，并对水浸探伤结果加以验证，为缺陷形成机理的研究提供可靠的依据，为高品质轴承钢纯净度的改善提供技术支持。参考文献：1王博，姜周华，等.GCr15轴承钢夹杂物及全氧含量控制工艺分析 J.材料与冶金学报，2 0 0 4,3（2）：90.2杨宗毅主编.实用轧钢技术手册M.北京：冶金工业出版社.1 995.3刘栋，胡柏上，龙，等.水浸超声波检测在轴承钢纯净度评估中的应用 J.南方金属，2 0 2 0,2 3 4（6）：3 7-41.