合金結構鋼的金相檢驗、檢測技術與發(fā)展方向

張哲語

（撫順特殊鋼股份有限公司，遼寧 撫順 113001）

金相檢驗是指應用定量金相學原理，應用二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯徽組織的測量和計算來分析合金組織的三維空間形貌，從而了解合金成分、組織、性能之間的關系。應用這樣的技術，能夠改變傳統(tǒng)金相檢驗的不確定性，并且承受著金相檢驗技術的發(fā)展，當前金相檢驗的速度也得到了很大的提高。

1 合金結構鋼的金相檢驗

過去在定量金相學原理沒有被應用以前，人們對于金相檢驗的應用方法為通過經(jīng)驗進行判斷，這種判斷斷方法過于主觀，并且難以較為清晰的描述出金屬內部結構。定量金相學原理是在物理技術、信息技術等科學技術發(fā)展的基礎上，結合科學理論形成的金相檢驗技術。人們在應用這一理論進行金相檢驗以前，首先需要采集大量的材料，然后將材料以數(shù)據(jù)化的描述出來[1]。之后，人們通過采集施工中的材料，將獲得的數(shù)據(jù)與人們之前采集的材料數(shù)據(jù)進行對比，然后應對比的方式尋找材料金相必相的共同點、特殊性能、規(guī)律性等，通過分析金相檢驗，人們能夠對金相材料有定量及定性的認知。

2 合金結構鋼的檢驗技術

2.1 化學成分與金相組織

當前人們已經(jīng)應用了各種技術，對合金結構鋼的化學成份與金相組織進行研究。對合金結構鋼的化學成分進行研究，可以了解合金結構鋼的性能是否達到了當前施工設計的要求，了解了合金結構鋼的性能調整方向以后，人們需要通過調整金相組織來改化合金結構鋼的性能，讓合金結構鋼能夠滿足人們的需求[2]。以表1中幾種常見金屬元素的握拳化物的物理性能為例。當人們了解了這幾種金屬氧化物的物理性能以后，人們便能夠了解能不能把這些金屬元素融合在一起，然后通過調整金屬元素的比例，生產(chǎn)合金結構鋼，讓合金結構鋼的氧化物的物理性能達到施工設計的要求。

表1 幾種常見金屬元素氧化物的物理性能

2.2 組織演變規(guī)律與工藝制度

在開展合金結構鋼的生產(chǎn)時，人們需要系統(tǒng)的了解材料的施工設備和制造工藝，然后對施工的過程進行監(jiān)測，了解合金結構鋼的冶煉、鑄造、熱處理的過程是科學合理，每道工序生產(chǎn)出來的產(chǎn)品能否滿足人們的需求。

以人們應用脫水處理、氧氣轉爐、銅包處理、除渣、脫氣的工來來對合金結構鋼的控制為例，人們應用了檢測技術，實時調查各金屬元素，令生產(chǎn)出來的合金結構鋼能滿足施工的需求。表2為不同爐外精煉工藝達到的成分控制指標，從數(shù)據(jù)中可以看到，人們通過應用檢測技術來發(fā)現(xiàn)組織演變規(guī)律，優(yōu)化了工藝制度的制定。

表2 不同爐外精煉工藝達到的成分控制指標

2.3 金相學理論與材料科學

在沒有顯微鏡以前，人們難以了解合金結構鋼的設計及生產(chǎn)細節(jié)，而當顯微鏡被發(fā)明以后，人們開始對合金生產(chǎn)工藝進行更加深入的研究，在科學家逐漸積累和整合理論經(jīng)驗以后，人們形成了冶金科學。在物理力學理論發(fā)展以后，人們將物理力字理論融入到冶金科學中，提出了成分－組織－性能半定量或定量的研究，并給出了材料形成的公式。比如Hall-Petch關系式（σs=σo+kd-1/2）提出以后，人們便能夠根據(jù)需求，就用冶煉技術生產(chǎn)產(chǎn)品。這一公關系式的提出，推進了金相研究和金相檢驗的發(fā)展，它讓材料設計更為科學，也為優(yōu)化材料工藝設計提出了宏觀的理論依據(jù)。應用金相檢驗理論，來形成檢測技術，當前人們提出了定性、定量、半定量的檢測技術，這些技術歸納起來可描述如下：①材料基體相的組織結構及其缺陷，即分析當前材料是否滿足人們的需要；②顯微組織的取向和狀態(tài)的非均勻性，即人們需要通過檢查材料的帶狀、分布不均、晶粒度等了解材料靜態(tài)及動態(tài)的變化，為使用材料提供數(shù)據(jù)理論依據(jù)。③第二相的類型、結構、組成、數(shù)量、形態(tài)、尺寸及分布，比如人們需要了解鋼鐵材料中的合金元素與碳生產(chǎn)的不同類型的碳化物，在不同的熱處理過程中使其以不同的形態(tài)析出，是否已達到強化基體的目的。④原子按鍵力分布的晶體結構和電子按能量分布的原子、離子結構等，隨著物理技術的發(fā)展，人們已經(jīng)可以觀察到原子和分子結構，然后通過控制原子和分子的方式來對合金結構鋼的生產(chǎn)進行控制，從而這種合金結構鋼不能滿足人們的需求，當前人們已經(jīng)將超聲波技術應用于合金結構鋼的焊接技術中，它能過改變合金結構鋼的原子結構來進行焊接，這種焊接方式能夠突破傳統(tǒng)焊接方式的不足，這一技術當前正在發(fā)展中。

3 合金結構鋼的發(fā)展方向

3.1 與信息技術融合

信息技術的發(fā)展，讓合金結構鋼的檢測技術變得可視化。比如當前人們已經(jīng)開始應用超聲波來檢測合金結構鋼材料的質量、結構等，了解它的生產(chǎn)是否滿足了人們發(fā)展的需求，及在生產(chǎn)的過程中是否存在質量問題[3]。應用了超聲波技術，人們可以把合金鋼材料的質量與結構以三維圖形的方式呈現(xiàn)出來，讓合金結構鋼的檢測更加實時化，直觀化是這一技術未來發(fā)展的方向。

3.2 與量子力學融合

在量子力學發(fā)展以后，人們開始深刻的了解原子和分子材料的變化能夠讓合金結構鋼產(chǎn)生變化，那么人們可以應用這一原理，利用控制原子和分子來改變合金結構鋼，比如人們已經(jīng)可汗以應用X-射線儀、電子衍射儀來對合金結構鋼的部分原子與分子進行了控制。

3.3 與傳感技術融合

當前人們可以把傳感設備植物到對象中，然后利用各種微束或探針技術來實時監(jiān)測材料的變化。應用了這一技術以后，人們可以動態(tài)的了解合金鋼結構的基體、第二相、夾雜物、腐蝕產(chǎn)物相關信息，然后結合生產(chǎn)需求對它們產(chǎn)生影響的因子進行控制，這一技術的發(fā)展將優(yōu)化合金結構鋼的生產(chǎn)

4 小結

因為社會發(fā)展的需求，所以人們創(chuàng)立和發(fā)展了金相檢驗理論，并發(fā)展出了金相檢測技術。然而當前的金相檢驗理論及金相檢測技術的應用已經(jīng)不能完全滿足人們的需求，人們需要將更多的科學技術融入到金相檢驗理論及金相檢測技術中，促進理論的發(fā)展和技術的進步。