鋼板磁粉檢測中非相關顯示產生原因分析

徐麗美

1 前言

磁粉檢測是一種利用磁現(xiàn)象來檢測鐵磁性材料及工件中缺陷的無損檢測方法。磁粉檢測方法的工作原理：鐵磁性材料一旦被磁化后，工件表面及近表面的磁感應線產生局部畸變，從而形成漏磁場并吸附施加在被檢工件表面上的磁粉，形成肉眼可見的磁痕，進而反映出被檢材料或工件中缺陷所處的位置，缺陷的形狀、大小以及嚴重程度。磁粉檢測的基礎是不連續(xù)性處漏磁場與磁粉的磁相互作用［1］。

磁粉檢測時所形成的磁痕顯示通常分為相關顯示、非相關顯示與偽顯示3種。由于磁痕顯示對缺陷的寬度有放大作用，所以磁粉檢測能將工件表面或近表面肉眼不可見的缺陷顯示出來，具有較高的檢測靈敏度。然而，檢測時有磁痕顯示并不代表被檢工件一定存在缺陷［2］，因為3種磁痕顯示中只有相關顯示是由于缺陷造成的，非相關顯示與偽顯示的存在并不影響被檢工件的使用性能，更不意味著工件存在問題。為此，本研究旨在通過對鋼板磁粉檢測中常見的非相關顯示進行分析，查找其產生的原因，以提高鋼板非相關顯示磁痕分析的判斷準確率，避免合格的鋼板被誤判而造成不必要的經濟損失。

2 鋼板檢測分析實例

鋼板中心分層及裂紋缺陷屬于危害性缺陷，嚴重制約著鋼板的使用性能，因此，鋼板中不允許存在分層及裂紋缺陷。為有效防止新制承壓設備中分層及裂紋的出現(xiàn)，很多特種設備制造廠將鋼板切割下料后，在鋼板厚度方向上進行磁粉檢測驗收。該驗收方法確實可以有效檢出鋼板分層與裂紋缺陷，但常因檢測者操作過程不規(guī)范或實踐經驗不足，將非相關磁痕顯示誤判為相關顯示，導致合格的鋼板被拒收或報廢，造成不必要的經濟損失。

例如，國內某機械制造廠購進1張Q345B鋼板，厚度規(guī)格為20 mm，將鋼板切割后，對鋼板小料進行磁粉檢測時，發(fā)現(xiàn)鋼板厚度中心區(qū)域存在黑色線性顯示（見圖1），該黑色線性顯示疑似裂紋或分層缺陷。為確定顯示是否由裂紋或分層缺陷引起，進行了相關的檢驗與分析。

圖1 磁粉檢測的黑色線性磁痕顯示

2.1 目視檢測

將磁粉檢測中形成的黑色磁痕顯示及白色反差增強劑背景擦除干凈，進行目視觀察時未發(fā)現(xiàn)肉眼可見的分層及裂紋缺陷，鋼板中心區(qū)域與相鄰基體之間并無明顯區(qū)別，目視檢測結果合格。

2.2 滲透檢測

使用DPT-5系列滲透檢測劑，選用ⅡC-d著色滲透檢測方法，按照NB/T 47013.5—2015標準規(guī)定，對鋼板中心存在的肉眼可見黑線區(qū)域進行100%滲透檢測。檢測溫度25℃，靈敏度等級為B級，試塊為不銹鋼鍍鉻試塊（B型試塊）。滲透檢測未發(fā)現(xiàn)分層及裂紋缺陷顯示，也未發(fā)現(xiàn)其他超標缺陷（見圖2）。考慮到磁粉檢測可以檢測表面下一定深度的缺陷，多次在鋼板厚度方向上進行打磨，然后進行滲透檢測仍未發(fā)現(xiàn)分層及裂紋缺陷顯示，由此可以斷定磁粉檢測中形成的黑色線性磁痕顯示區(qū)域為非開口性缺陷。

圖2 鋼板厚度方向滲透檢測情況

2.3 金相分析

借助超聲檢測技術，在鋼板厚度中心缺陷反射波最高部位取樣進行金相分析，發(fā)現(xiàn)基體組織為鐵素體＋珠光體，而鋼板厚度中心存在偏析帶，偏析帶與基體之間緊密結合，未發(fā)現(xiàn)裂紋、分層類缺陷；但偏析帶與基體組織不同，除含有鐵素體與珠光體還有少量貝氏體組織（見圖3）。由于不同金相組織的磁導率不同，所以磁粉檢測時在偏析帶部位顯示為條狀磁痕，這不是裂紋，而是非相關顯示［3］。

圖3 鋼板金相組織 100×

2.4 掃描電鏡及能譜儀分析

將試樣放在掃描電鏡下進行組織觀察與分析，鋼板在低倍數(shù)掃描電鏡下的組織形貌見圖4，在高倍數(shù)掃描電鏡下的組織形態(tài)見圖5。通過掃描電鏡分析也可確定鋼板厚度中心偏析帶與基體組織不同，且偏析帶與基體組織之間為緊密結合，并無裂紋、分層缺陷存在。

圖4 鋼板掃描電鏡低倍組織形貌

圖5 鋼板掃描電鏡高倍組織形貌

對高倍數(shù)掃描電鏡下的4處不同位置進行能譜分析（質量分數(shù)見表1），結果見圖6。其中譜圖1位置為偏析帶中的夾雜物，譜圖2與譜圖3位置均為偏析帶，譜圖4位置為基體組織（見圖5）。

圖5譜圖1位置微區(qū)（偏析帶中的夾雜物）：S 30.95%、Mn 52.36%，而Fe含量僅為11.16%，該位置微區(qū)能譜見圖6a，由此可以推斷該偏析帶中的夾雜物應為MnS夾雜；圖5譜圖2位置微區(qū)（偏析帶）中Mn含量高達2.35%，該位置微區(qū)能譜見圖6b；圖5譜圖3位置微區(qū)（偏析帶）中Mn含量高達2.87%，該位置微區(qū)能譜見圖6c；圖5譜圖4位置微區(qū)（基體組織）中Mn含量為1.29%，遠低于偏析組織的譜圖2和譜圖3位置微區(qū)的Mn含量，由于Mn是奧氏體穩(wěn)定元素，貧Mn帶的Ar3更高，軋后冷卻時該區(qū)域首先發(fā)生鐵素體轉變，使得C原子向富Mn區(qū)擴散，這些富集C的地方最后形成珠光體，這就造成了呈帶狀分布的偏析區(qū)域。因此推斷鋼板中心偏析帶及異常組織的出現(xiàn)與鋼中Mn元素偏析有關。

圖6 圖5中各譜圖能譜分析結果

3 非相關磁痕顯示產生的原因

對鋼板進行磁粉檢測時，厚度中心區(qū)域產生的疑似裂紋或分層缺陷的磁痕顯示，通過滲透檢測及金相組織與掃描電鏡分析，可以確定該顯示并不是源自缺陷，而是由于化學成分與金相組織不均勻使鋼板內部磁導率存在差異所產生的非相關顯示。有研究認為，按技術條件檢驗合格的原材料，偏析區(qū)與正常區(qū)受力時沒有明顯差別，也不會降低該材料所能承受的疲勞強度極限［4］，即按照設計要求選擇并按照技術條件檢驗合格的鋼板，帶狀偏析不會影響鋼板的強度和使用性能。

4 結 論

4.1 鋼板厚度中心區(qū)域存在的黑色線性顯示是由于帶狀偏析引起的，不是裂紋，也不是分層缺陷。

4.2 偏析帶與基體組織之間的成分與組織分布不均勻，屬于非相關顯示，但不會影響鋼板的強度和使用性能。

4.3 對鋼板進行磁粉檢測時，應結合磁痕顯示的特征及產生原因對磁痕進行分析與辨別，必要時選用金相組織及掃描電鏡與能譜儀等進行分析，也可用其他無損檢測方法進行驗證，避免造成誤判。

［1］ 宋志哲.磁粉檢測［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2007.

［2］ 吳莎莎，廖小寧.磁粉檢測非相關顯示分類［J］.中國高新技術企業(yè)，2013（25）：47-49.

［3］ 張彥文，張友登，楊志婷，等.閉鎖體磁粉檢測黑色線磁痕產生原因［J］.無損檢測，2016，38（9）：75-78.

［4］ 馮繼軍，郭文芳，曾照鴻，等.48MnV非調制鋼汽車發(fā)動機曲軸探傷磁痕現(xiàn)象分析及對疲勞性能的影響［J］.理化檢驗—物理分冊，2010，46（1）：40-44.