合金結(jié)構(gòu)鋼的金相檢驗(yàn)、檢測(cè)技術(shù)與發(fā)展方向

張哲語(yǔ)

（撫順特殊鋼股份有限公司，遼寧 撫順 113001）

金相檢驗(yàn)是指應(yīng)用定量金相學(xué)原理，應(yīng)用二維金相試樣磨面或薄膜的金相顯徽組織的測(cè)量和計(jì)算來(lái)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(guān)系。應(yīng)用這樣的技術(shù)，能夠改變傳統(tǒng)金相檢驗(yàn)的不確定性，并且承受著金相檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前金相檢驗(yàn)的速度也得到了很大的提高。

1 合金結(jié)構(gòu)鋼的金相檢驗(yàn)

過去在定量金相學(xué)原理沒有被應(yīng)用以前，人們對(duì)于金相檢驗(yàn)的應(yīng)用方法為通過經(jīng)驗(yàn)進(jìn)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(nèi)部結(jié)構(gòu)。定量金相學(xué)原理是在物理技術(shù)、信息技術(shù)等科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合科學(xué)理論形成的金相檢驗(yàn)技術(shù)。人們?cè)趹?yīng)用這一理論進(jìn)行金相檢驗(yàn)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(lái)[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(jìn)行對(duì)比，然后應(yīng)對(duì)比的方式尋找材料金相必相的共同點(diǎn)、特殊性能、規(guī)律性等，通過分析金相檢驗(yàn)，人們能夠?qū)鹣嗖牧嫌卸考岸ㄐ缘恼J(rèn)知。

2 合金結(jié)構(gòu)鋼的檢驗(yàn)技術(shù)

2.1 化學(xué)成分與金相組織

當(dāng)前人們已經(jīng)應(yīng)用了各種技術(shù)，對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成份與金相組織進(jìn)行研究。對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分進(jìn)行研究，可以了解合金結(jié)構(gòu)鋼的性能是否達(dá)到了當(dāng)前施工設(shè)計(jì)的要求，了解了合金結(jié)構(gòu)鋼的性能調(diào)整方向以后，人們需要通過調(diào)整金相組織來(lái)改化合金結(jié)構(gòu)鋼的性能，讓合金結(jié)構(gòu)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(dāng)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(diào)整金屬元素的比例，生產(chǎn)合金結(jié)構(gòu)鋼，讓合金結(jié)構(gòu)鋼的氧化物的物理性能達(dá)到施工設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)時(shí)，人們需要系統(tǒng)的了解材料的施工設(shè)備和制造工藝，然后對(duì)施工的過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，了解合金結(jié)構(gòu)鋼的冶煉、鑄造、熱處理的過程是科學(xué)合理，每道工序生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品能否滿足人們的需求。

以人們應(yīng)用脫水處理、氧氣轉(zhuǎn)爐、銅包處理、除渣、脫氣的工來(lái)來(lái)對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的控制為例，人們應(yīng)用了檢測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)調(diào)查各金屬元素，令生產(chǎn)出來(lái)的合金結(jié)構(gòu)鋼能滿足施工的需求。表2為不同爐外精煉工藝達(dá)到的成分控制指標(biāo)，從數(shù)據(jù)中可以看到，人們通過應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)來(lái)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(dá)到的成分控制指標(biāo)

2.3 金相學(xué)理論與材料科學(xué)

在沒有顯微鏡以前，人們難以了解合金結(jié)構(gòu)鋼的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)細(xì)節(jié)，而當(dāng)顯微鏡被發(fā)明以后，人們開始對(duì)合金生產(chǎn)工藝進(jìn)行更加深入的研究，在科學(xué)家逐漸積累和整合理論經(jīng)驗(yàn)以后，人們形成了冶金科學(xué)。在物理力學(xué)理論發(fā)展以后，人們將物理力字理論融入到冶金科學(xué)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(guān)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(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品。這一公關(guān)系式的提出，推進(jìn)了金相研究和金相檢驗(yàn)的發(fā)展，它讓材料設(shè)計(jì)更為科學(xué)，也為優(yōu)化材料工藝設(shè)計(jì)提出了宏觀的理論依據(jù)。應(yīng)用金相檢驗(yàn)理論，來(lái)形成檢測(cè)技術(shù)，當(dāng)前人們提出了定性、定量、半定量的檢測(cè)技術(shù)，這些技術(shù)歸納起來(lái)可描述如下：①材料基體相的組織結(jié)構(gòu)及其缺陷，即分析當(dāng)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(dòng)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(jié)構(gòu)、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(dá)到強(qiáng)化基體的目的。④原子按鍵力分布的晶體結(jié)構(gòu)和電子按能量分布的原子、離子結(jié)構(gòu)等，隨著物理技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)可以觀察到原子和分子結(jié)構(gòu)，然后通過控制原子和分子的方式來(lái)對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)進(jìn)行控制，從而這種合金結(jié)構(gòu)鋼不能滿足人們的需求，當(dāng)前人們已經(jīng)將超聲波技術(shù)應(yīng)用于合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接技術(shù)中，它能過改變合金結(jié)構(gòu)鋼的原子結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)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(shù)當(dāng)前正在發(fā)展中。

3 合金結(jié)構(gòu)鋼的發(fā)展方向

3.1 與信息技術(shù)融合

信息技術(shù)的發(fā)展，讓合金結(jié)構(gòu)鋼的檢測(cè)技術(shù)變得可視化。比如當(dāng)前人們已經(jīng)開始應(yīng)用超聲波來(lái)檢測(cè)合金結(jié)構(gòu)鋼材料的質(zhì)量、結(jié)構(gòu)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(zhì)量問題[3]。應(yīng)用了超聲波技術(shù)，人們可以把合金鋼材料的質(zhì)量與結(jié)構(gòu)以三維圖形的方式呈現(xiàn)出來(lái)，讓合金結(jié)構(gòu)鋼的檢測(cè)更加實(shí)時(shí)化，直觀化是這一技術(shù)未來(lái)發(fā)展的方向。

3.2 與量子力學(xué)融合

在量子力學(xué)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(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)生變化，那么人們可以應(yīng)用這一原理，利用控制原子和分子來(lái)改變合金結(jié)構(gòu)鋼，比如人們已經(jīng)可汗以應(yīng)用X-射線儀、電子衍射儀來(lái)對(duì)合金結(jié)構(gòu)鋼的部分原子與分子進(jìn)行了控制。

3.3 與傳感技術(shù)融合

當(dāng)前人們可以把傳感設(shè)備植物到對(duì)象中，然后利用各種微束或探針技術(shù)來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料的變化。應(yīng)用了這一技術(shù)以后，人們可以動(dòng)態(tài)的了解合金鋼結(jié)構(gòu)的基體、第二相、夾雜物、腐蝕產(chǎn)物相關(guān)信息，然后結(jié)合生產(chǎn)需求對(duì)它們產(chǎn)生影響的因子進(jìn)行控制，這一技術(shù)的發(fā)展將優(yōu)化合金結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)

4 小結(jié)

因?yàn)樯鐣?huì)發(fā)展的需求，所以人們創(chuàng)立和發(fā)展了金相檢驗(yàn)理論，并發(fā)展出了金相檢測(cè)技術(shù)。然而當(dāng)前的金相檢驗(yàn)理論及金相檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)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(xué)技術(shù)融入到金相檢驗(yàn)理論及金相檢測(cè)技術(shù)中，促進(jìn)理論的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步。