淺談鋼板延遲裂紋檢驗方法

張鐵毅，劉菁婧

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 江陰 214400）

在鋼板的生產制造過程中，外觀的質量檢驗是一個必要環節。外觀質量檢驗時發現的裂紋一般屬于有害缺陷，其中延遲裂紋的檢驗比較有難度。延遲裂紋有一定潛伏期，鋼板切割下線宏觀檢驗時無明顯裂紋，一般待鋼板靜置1天～7天后，裂紋就會產生并迅速擴大。延遲裂紋多出現在淬火加回火熱處理的鋼板端部，裂紋見圖1（a）和1（b），部分出現在回火熱處理的鋼板端部，裂紋見圖1（c），形貌一般分為呈垂直于鋼板表面的豎裂紋、平行于鋼板表面的橫裂紋、與鋼板表面呈60°～75°夾角的斜裂紋等。

圖1 延遲裂紋的形貌

1 延遲裂紋的形貌

2 延遲裂紋產生的原因

圖1（a）為豎裂紋，垂直于表面，貫穿整個厚度方向，向鋼板內部擴展，圖1（b）平行于鋼板表面，約在鋼板厚度二分之一處，二者的產生多為殘余氫、內部缺陷、淬火時產生的組織應力及熱應力等共同作用。

厚度＞40mm的鋼板，在淬火過程中，鋼板表層接觸高壓水，溫度降至馬氏體開始轉變Ms點后轉變為馬氏體；繼續冷卻時，鋼板中心高于表面，從表面到中心依次發生馬氏體轉變，組織轉變不是同時進行的。鋼板中心后發生馬氏體轉變，體積膨脹，在表層已完成馬氏體相變塑性較差的情況下，鋼板中心受到拉應力，表層受到壓應力，存在組織應力和熱應力。

鋼板內部夾雜物和小缺陷為裂紋提供了產生的可能性，由于夾雜物與鋼板基體的結合強度低，鋼板中殘余氫會在此處富集。隨著氫濃度的升高，氫會沿著小缺陷向鋼板表面擴散，在鋼板相對薄弱的端面逸出，產生裂紋。由于氫的作用導致裂紋具有明顯的延遲特征，裂紋需要經過潛伏期、緩慢擴展期和突然開裂三個過程。對鋼板進行擴氫退火熱處理后，再進行調質，開裂情況基本杜絕。

圖1（c）斜裂紋符合應力裂紋特征，裂紋的產生與鋼板火焰切割過程中產生的殘余應力相關。火焰切割迅速使鋼板切割面達到遠超奧氏體化溫度的金屬熔融溫度，高碳碳素模具鋼的切割面，形成了魏氏體組織，火焰切割熱影響區深度接近3mm，切割面附近的金屬則出現不同程度的奧氏體化，距離切割面越近，奧氏體化程度越高，在熔化區附近，鋼板所經受的局部高溫使得鋼板熱影響區內形成溫度梯度，組織引起較大變化。較厚的鋼板，火焰切割時熱能量較大，在切割前沒有預熱的情況下，切割時鋼板表面及內部受熱不均，切割后冷卻不均會產生較大的熱應力，導致應力裂紋產生，繼續冷卻以及堆放倒剁時裂紋擴展。

3 延遲裂紋的檢測

延遲裂紋在鋼板下線切割時，宏觀檢驗不易發現，在裂紋尚未擴展之前裂紋比較細微，用肉眼難以區分。如果檢驗時誤判為合格，應用時會給客戶和公司造成嚴重的質量、經濟損失。如何在早期發現裂紋，文章對延遲裂紋的檢測方法做了初步探討。

3.1 宏觀檢測

用電筒輔助進行早期裂紋的檢驗。電筒可增加光照強度，遇到裂紋缺陷后，裂紋的斷裂面會出現一定程度的折射光效果，有助于分辨是否存在裂紋。早期裂紋形貌辨別需要調整好電筒的照射照度，以便更好地發現裂紋。對于鋼板端部的裂紋情況，是橫裂紋、豎裂紋還是斜裂紋，未檢測前均不做假設。

（1）對橫裂紋和豎裂紋，應輔助采用相應垂直于裂紋方向的光源。如，對橫裂紋，光源應從垂直方向照射；對豎裂紋，光源應從水平方向照射。

圖2 橫延遲裂紋的辨別

（2）對斜裂紋，使用電筒的副光斑進行輔助檢測。

圖3 斜延遲裂紋的辨別

3.2 磁粉探傷檢測

磁粉檢測是一種利用漏磁和合適檢驗介質發現工件表面和近表面不連續性的方法。將電磁軛或永久磁軛的兩極與鋼板被檢區域相接觸，交流電磁軛至少應有45N的提升力，鋼板局部磁化，磁力線穿過鋼板被檢區域，內部組織均勻無缺陷的，磁力線是平行的；當存在缺陷時，由于非磁性磁阻較大，磁力線被割斷，在接近或位于零件表面的，形成局部磁場，此即為漏磁場。形成的磁極會吸附磁粉，產生用肉眼可直接觀察的明顯磁痕，顯現了缺陷位置、形狀、大小和嚴重程度，但此磁痕是將實際缺陷放大的痕跡。

如果鋼板端面顏色與磁粉顏色對比度較差，會使磁痕顯示難以識別，從而造成漏檢。為提高缺陷磁痕與工件表面顏色的對比度，提高缺陷的檢出率，可在磁粉檢測前對工件表面噴涂一層白色的反差增強劑，干燥后再對工件進行磁粉檢測。反差增強劑厚度應在25um～45um為宜。然后再噴灑黑水磁懸液，磁懸液潤濕效果較好，缺陷部位的表面磁粉一般就會清晰可見。從檢出效果來看，紅水磁懸液比黑水磁懸液在微裂紋的檢驗效果上有優勢。磁懸液的濃度和磁懸液的噴灑，對檢驗結果有較大影響。磁懸液濃度過高，使被檢鋼板端面的對比度變差，造成對細小缺陷磁痕的掩蓋，導致缺陷的漏檢；磁懸液噴灑沖擊力太大，磁痕則不易形成，從而造成缺陷漏檢。

3.3 滲透檢測

滲透檢測以毛細作用原理為基礎，適用于檢測非多孔性材料表面開口缺陷，對于延遲裂紋這種連續性缺陷，滲透檢測缺陷檢出效果和磁粉探傷效果接近，不需要固定設備，檢驗耗時較短。

滲透檢驗主要分為前處理、滲透、清洗、顯像幾個階段。檢驗前將檢驗端面的灰塵、油污、銹跡、涂料等雜質清洗干凈，檢測區域表面的清潔狀態直接關系到毛細作用的發揮效果，然后用滲透劑在檢驗端面20cm～30cm處均勻噴射，滲透結束后用清洗劑進行清洗，徹底清除滲透劑后用顯像劑充分顯像，有效檢驗出延遲裂紋。整個過程中，滲透劑、清洗劑、顯像劑需要按步驟使用。

滲透檢測過程的每一步操作，如滲透劑種類的選擇、預清洗的程度、滲透時間的控制、清洗方法的選擇、顯像劑的施加等都會影響結果的準確性。另外，滲透檢測中滲透劑等試驗耗材的質量非常重要，質量的優劣直接影響到檢測結果，質量差或者過期的耗材檢驗靈敏度偏低，會對檢測結果造成影響。

3.4 超聲波探傷和測厚檢測

對于橫向延遲裂紋，還可采用超聲波的方式進行探傷檢驗，超聲波在介質中傳播時，在不同的界面上具有反射的特性，如遇到缺陷尺寸大于超聲波波長時反射回來，探傷儀可顯示反射波。對橫向裂紋，超聲波探傷時有明顯的雜波出現。用超聲波脈沖回波原理制造的超聲波測厚儀，也可用來輔助檢驗橫向延遲裂紋，有橫向延遲裂紋的測量厚度值會突變，常規厚度規格為70mm的鋼板，延遲裂紋區域所測量的厚度數值僅36.01mm。

要將已產生的延遲裂紋切除，宏觀上無法得知延遲裂紋向鋼板內部延伸多少，可采用超聲波探傷和測厚檢驗的方式，對缺陷位置進行探傷，并標記好缺陷位置。一般切割時，會在切割線再往里20mm進行切割，盡量切除缺陷。

圖4 超聲波探傷和測厚檢測橫裂紋

3.5 其它輔助檢測

圖5 其它輔助方法檢測延遲裂紋

耐磨板等鋼板，經行車電磁吸盤吸附后，端面磁性較大，部分磁性可達20mT左右，這時鋼板端面會吸附周圍的氧化鐵粉，形成沿裂紋周邊的一條“黑線”，有助于辨別裂紋；模具鋼切割面薄層氧化鐵皮一般厚度在0.3mm左右，應力裂紋開裂時切割面薄層氧化鐵皮會跟著一起開裂，且鋼板切割面上裂紋會延伸到鋼板表面，兩個方向裂紋連在一起，使得早期的微裂紋更容易被發現。

4 結論

通過對不同形式的延遲裂紋進行討論，了解其裂紋產生的原因，并介紹了宏觀檢測、磁粉探傷檢測、滲透檢測、超聲波探傷和測厚檢測及其它輔助檢測方法，保證延遲裂紋能夠被準確檢驗，及時處理。