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浅谈金相分析在生产中的应用

张宝坤，张觉灵，杨海西

( 河北敬业集团 技术中心，河北 平山 050400)

摘要: 金相分析是研究金属或合金内部组织结构的方法，对指导生产具有积极作用。河北敬业集团利用金相分析对 HRB400 抗震钢筋钢的生产工艺进行了改进。通过金相显微镜观察钢材的微观组织， 可以根据显微组织分析生产过程中各工艺参数的控制情况， 为质量事故分析提供有力数据。针对金相组织分析结果，可以指导生产过程、 改进生产工艺，为提高产品质量提供可靠的依据。

关键词: 金相分析; 生产; 应用

1 前言

随着钢铁工业向高标准、大型化方向发展，给钢铁市场提出了更高的技术要求。金相分析是金属材料试验研究的重要手段之一，采用定量金相学原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，可以建立合金成分、 组织和性能间的定量关系。金相检测设备配套灵活，再配以金相图像分析系统，能够真正实现检测工作一体化，开展各种金属材料显微组织检验及评定、晶粒度、非金属夹杂物、脱碳层 /渗碳硬化层深度测定等检测项目。将计算机应用于金相分析中的图像处理， 具有精度高、速度快等优点，可以大大提高工作效率。计算机定量金相分析正逐渐成为科研人员分析研究各种材料，建立材料的显微组织与各种性能间定量关系，研究材料组织转变动力学等的有力工具。河北敬业集团引进计算机定量金相分析技术与设备，为企业产品质量的提高奠定了坚实基础。

2 金相分析用主要设备

金相镶嵌机、试样磨抛机、金相试样切割机、Axiovert40 MAT倒置材料显微镜。

3 金相试样制备方法

金相分析用试样的制备过程包括取样、镶嵌、磨制、抛光、浸蚀等工序。

3.1 取样

试样的选取应根据研究的目的，取钢材中具有代表性的部位。待确定好部位就可以把试样截下，试样的尺寸通常制成 Φ12～15 mm、高12～15mm的圆柱体，或边长12～15mm的方形，可用金相切割机、锯床切割或锤击等方法取样。

3.2 镶嵌

  如果试样尺寸太小，直接用手磨制困难时，可把试样镶嵌在塑料中，以便于试样的磨制和抛光。

3.3 磨制

  将切好或镶嵌好的试样在砂轮机上磨平，尖角处要倒圆。然后再分别用2#和 1#等粗砂纸磨光，再换用 W28、W20、W14、W10等金相砂纸逐级细磨，一直磨到 W10 砂纸后即可在抛光机上进行粗抛光和细抛光。磨制试样时，每换一号砂纸时，试样磨制方向应旋转90°，确保上一道砂纸的磨痕被磨掉，使试样的表面光洁度进一步提高。在每一号砂纸上磨制试样时，要沿一个方向磨，切忌往返磨削,并且给试样施加的压力要适当。

3.4 抛光

  经过砂纸细磨的试样还需进行抛光，抛光的目的是去除细磨时下来的磨痕而获得光亮的金属表面。试样的抛光在抛光机上进行，抛光机转速 1000～ 1500 r /min。抛光时在抛光盘盘面上覆有丝绒等织物，并不断在试样上滴注抛光液。抛光液是由Al2O3、Cr2O3 或金刚石微粉等极细粒度的磨料加水形成的悬浮液，依靠抛光液中极细的抛光粉末与试样磨面间产生的相对磨削和滚压作用来消除磨痕。抛光时应使试样磨面均匀地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的边缘到中心不断做径向往复运动。除机械抛光方法外，还有电解抛光、化学抛光等其它抛光方法。

3.5 浸蚀

  经抛光后的试样必须经过浸蚀后才能在显微镜下进行金相组织观察。浸蚀试样主要是依靠浸蚀剂对金属的溶解或电化学腐蚀过程，使金属试样表面的晶粒、晶界及各组成相之间呈现凹凸不平，在显微镜下就可以清楚地观察到试样表面的金相组织。浸蚀时间要适当，一般以试样磨面发暗时就可停止浸蚀。试样浸蚀后立即用净水冲洗，然后用酒精冲洗，后用吹风机吹干，吹干后的试样即可置于金相显微镜上进行观察。

4 试样观察及结果分析

  金相即金相学，是研究金属或合金内部结构的科学，可观察因外部条件或内在因素对金属或合金内部结构的影响。外部条件指温度、加工变形、浇铸等条件; 内在因素主要指金属或合金的化学成分。金相组织是反映金属内部结构的具体形态，如马氏体、奥氏体、铁素体、珠光体等。

4.1 力学性能不合产品的金相分析

  试样在拉伸实验中出现脆断，伸长率达不到标准，可取试样的横截面做金相组织分析。基体组织为: 珠光体+铁素体+针状铁素体+少量贝氏体，出现了大量针状铁素体与少量贝氏体，这种组织是造成试样伸长率较低的主要原因，也对试样的冷弯性能不利。分析认为，应该适当提高钢材的初轧温度，减小风冷速度，使奥氏体在600～700℃ 范围结晶。金相组织分析为改进轧制工艺提供了依据。

4． 2 轧废产品的金相组织分析 

图2为HRB400钢轧废产品的金相组织，基体组织为: 珠光体+铁素体+针状铁素体。该试样母材表面存在裂纹(横截面)，图中的裂纹处晶粒已经长大，有明显脱碳，裂纹内部存在氧化物夹杂，通过以上三点可以判断该母材钢坯在轧制前存在缺陷。

分析认为，该缺陷可能是由于炼钢二冷水处冷却速度过快导致钢坯裂纹。钢坯存在裂纹，可能会在轧制过程中造成堆钢，影响轧制效率。