钢材(含轴承钢)的质量检验

 钢材的质量检验
第一节  钢的分类及编号
   钢是碳质量分数小于2.11％的铁碳合金，是现代化工业中用途最广、用量最大的金属材料。
钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）和合金钢两大类。工业用碳钢除以铁和碳为主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷、氮、氧、氢等常存杂质。由于碳钢容易冶炼，价格低廉，性能可以满足一般工程机械、普通机器零部件、工具及日常轻工业产品的使用要求，故得到了广泛的应用。我国碳钢产量约占钢总产量的90左右。合金钢是在碳钢的基础上，为了提高钢的机械性能、物理性能和化学性能，改善钢的工艺性能，在冶炼时有目的地加人一些合金元素的钢。在钢的总产量中，合金钢所占比重约10~15％，与碳钢相比，合金钢的性能有显著的提高和改善，随着我国钢铁工业的发展，合金钢的产量、品种、质量也将逐年增加和提高。

一、钢的分类
   钢的种类繁多，为了便于生产、选用和比较研究并进行保管，根据钢的某些特性，从不同角度出发，可以把它们分成若干具有共同特点的类别。下面简单介绍一些常用的分类方法。
 （一）按化学成分分类
   按化学成分可把钢分为碳素钢和合金钢两大类。
   1．碳素钢   按含碳量不同又可分为低碳钢（碳质量分数ω(C)＜0．25＝、中碳钢（ω（C）＝0.25％~0.60％）和高碳钢（ω（C）>0.60％）。
   2. 合金钢  按钢中合金元素总含量可分为低合金钢（合金元素总质量分数小于5）、中合金钢（合金元素总质量分数为5％~10％）和高合金钢（合金元素总质量分数大于10％）。此外，还可根据钢中所含主要合金元素种类不同来分类，如锰钢、铬钢、硼钢、铬锰钢、铬锰钛钢等。
 （二）按钢的质量分类
   根据钢中所含有害杂质(S、P)的多少，工业用钢通常分为普通质量钢、优质钢和高级优质钢。
1．普通质量钢  硫、磷的质量分数ω(S)≤0.035 ~0.050,  ω(P) ≤0.035~0.045 。
2. 优质钢  ω(S) ≤0.035 ,  ω(P) ≤0.035
3. 高级优质钢  ω(S) ≤0.025,  ω(P) ≤0.025。
 （三）按金相组织分类
   1．按照平衡状态或退火组织可分为亚共析钢（其金相组织为铁素体+珠光体）、共析钢（其金相组织为珠光体），过共析钢（其金相组织为珠光体+二次碳化物）和莱氏体钢（其金相组织类似白口铸铁，即组织中存在着莱氏体）。
   2. 按正火组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。但由于空冷的速度随钢试样尺寸大小而有所不同，所以这种分类法是以断面不大的试样（通常选用Φ25mm）为准。
3. 按加热及冷却时有无相变和室温时的金相组织可分为铁素体钢（加热和冷却时，始终保持铁素体组织）、奥氏体钢（加热和冷却时，始终保持奥氏体组织）和复相钢（如半铁素体或半奥氏体钢）。
（四）按冶炼方法分类
1．按冶炼设备分类，可分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。
2. 按钢的脱氧程度和浇注制度不同，又可将其分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。合金钢一般均为镇静钢。
 （五）按用途分类
按钢的用途分类是钢的主要分类方法。我国冶金行业标准（YB)和国家标准（GB）一般都是按钢的用途分类法制订的。
根据工业用钢的不同用途，可将其分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。
1．结构钢
（1）用作工程结构的钢。属于这类钢的有碳素结构钢、低合金结构钢。
 (2) 用作各种机器零部件的钢。包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢，以及易削钢、低淬钢、冷冲压钢等。
   2．工具钢
   工具钢包括碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三种。它们可用以制造刃具、模具和量具等。
   3．特殊性能钢
   这类钢具有特殊的物理、化学性能，它包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢、电工用钢、低温用钢等。
   此外还有特定用途钢。如锅炉用钢、压力容器用钢、桥梁用钢、船舶用钢及钢筋钢等。

二、钢的编号方法
   我国现行钢号，基本上是按国家标准总局1979年颁布的钢铁产品牌号表示方法(GB221-79)确定的。产品牌号使用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字来表示。
汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法。例如，碳素工具钢，采用“碳”字汉语拼音“TAN”的“T”表示；滚珠轴承钢选用字母“G”表示。
   化学元素采用国际化学符号表示。例如，锰用“Mn”表示，硅用“Si”表示，铬用“Cr”表示，
镍用“Ni”表示等。
阿拉伯数字用来表示化学元素含量或表示牌号的顺序号、分类号及特性。例如，40Cr钢，“40”表示钢中的平均含碳量为ω(C) = 0.40；Q235钢，“235”表示此钢的屈服点数值。
（一）结构钢
   1．碳素结构钢
按GB700-79标准，此类钢称为普通碳索钢，普通碳素钢分为甲类钢、乙类钢和特类钢三类。分别用字母A、B、C表示。
甲类钢  保证机械性能供应的一类钢。其牌号表示为A2、A3、A2F、A3F……；
乙类钢  保证化学成分供应的一类钢。其牌号表示为B2、B3、B2F、B3F……；
   特类钢  既保证机械性能又保证化学成分供应的一类钢。其牌号表示为C2、C3、C2F、C3F……；
   专门用途的普通碳素钢，可按普通碳素钢的表示方法，但在钢号之尾附以用途字母。例如，桥梁用甲类3号钢写为A3q。
   碳素结构钢自1988年10月1日起实施新标准GB700-88。从1991年10月１日起，原国家标准GB700-79《普通碳素结构钢技术条件》作废。新标准采用五个钢号（Q195、Q215、Q235、Q255、Q275），取消了按甲类钢、乙类钢和特类钢的分类方法。钢号由代表屈服点的字母“Q”、屈服点下限值、质量等级符号（A、B、C、D）、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。例如：
   Q235--A•F  表示碳素结构钢，屈服点下限为235MPa,  A等级沸腾钢。
   Q235--B  表示碳素结构钢，屈服点下限为235MPa,  B等级镇静钢。
   2．优质碳素结构钢
   优质碳素结构钢按含锰量不同，分为普通含锰量和较高含锰量两组。
   普通含锰量的优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，数字表示钢中平均含碳量的万分之几。如20钢，平均含碳量为ω(C)＝0.20；08钢，平均含碳量为ω (C)＝0.08。
   较高含锰量的优质碳素结构钢的牌号用两位数字和“Mn”表示，数字表示钢中平均含碳量的万分之几。例如20Mn、65Mn。.
   高级优质碳素结构钢，在牌号尾部加“A”。例如20A.
   3．低合金结构钢和合金结构钢
   这两类钢的牌号采用含碳量（两位数字）、合金元素及含量、优质程度等四者来表示。
   含碳量用两位数字表示，数字表示钢中平均碳的质量含量的万分之几。
   主要合金元素含量，除个别钢号外，一般都用质量含量的百分之几表示。若合金元素的质量分数低于1.50，在钢号中只标出元素，而不标明含量，若合金元素的平均质量分数为1.50~2.49、2.50~3.49……，则相应地在元索符号后标出阿拉伯数字2、3……。
   高级优质钢则在钢号后加一个字母“A”。
   例如，20Cr，平均含碳量为ω(C)＝0.20，铬的质量分数低于1.5％。18Cr2Ni4WA，平均含碳量为ω(C)=0.18，铬含量为ω(Cr)=1.5~2.49,镍含量为ω(Ni)=3.5~4.49％，钨的质量分数低于1.5％，高级优质钢。
   滚动轴承钢是一类专用钢，为表示钢的用途，在钢号前面冠以“G”（“滚”字的汉语拼音字首），而不标出含碳量。滚动轴承钢一般为铬轴承钢，其钢号为“G”字母后面加“Cr＋数字”，数字表示含Cr量的千分之几，其它元素仍用百分之几表示。例如GCr15表示Cr含量为ω(Cr)＝1.5％的滚动轴承钢；GCr15SiMn表示Cr的质量分数为1.5％，Si、Mn的质量分数分别小于1.5％的滚动轴承钢。滚动轴承钢为高级优质钢，钢号后不再标“A”字母。

   4. 其它结构钢
   (1) 易切削钢  易切削钢用字母“Y”和阿拉伯数字表示，阿拉伯数字表示平均含碳量的万分之几。含锰量较高的易切削钢，在牌号后标出锰元素符号。如：Y15、Y15Pb
   (2) 低淬透性钢  低淬透性钢是专供感应加热淬火用的淬透性特别低的钢。钢中增加淬透性的元素（主要是锰和硅）含量降低到最低限度，同时加人少量强碳化物形成元素（如钛、钒）。其钢号表示方法基本与合金结构钢相同，但牌号尾部加一字母“d”，表示低淬透性钢。如55Tid。
（二）工具钢
   1．碳素工具钢
   碳素工具钢牌号采用汉语拼音字母符号、含碳量、含锰量及优质程度四者来表示。
   在钢号中，冠以汉语拼音字母“T”表示碳素工具钢。含碳量一律以平均含量的千分之几表示，采用阿拉伯数字表示。锰含量较高的碳素工具钢，在其牌号中的阿拉伯数字后加锰元素符号。高级优质碳素工具钢，应在牌号尾部加“A”。
   例如：T7钢，优质碳素工具钢，平均含碳量为ω(C)=0.70.。T10A钢，高级优质碳素工具钢，平均含碳量为ω(C)=1.0％。
   2．合金工具钢
   合金工具钢钢号采用含碳量、合金元素及含量这三者来表示。
   含碳量ω(C)≥1.0％时，钢号中不必标出含碳量；含碳量ω(C)＜1.0时，钢号中用含碳量的千分之几表示。合金元素含量的表示方法，与合金结构钢基本相同。但对含铬量低的合金工具钢，其含铬量以千分之几表示，并在含量之前加一个“0”。
   例如：Cr06钢，平均含碳量ω(C)＞1.0（实际为1.3~1.45），含合金元素铬，其含量为ω(Cr)＝0.6。9Mn2V钢，平均含碳量ω(C)＜1.0（实际为0.85~0.95％），合金元素锰含量为ω(Mn)＝1.50％~2.49％（实际为1.70％~2.00％），钒含量ω(V)＜1.50％（实际为0.1％~0.25％）。
3．高速工具钢
高速工具钢钢号除个别外，只用合金元素及其含量来表示。合金元素含量表示方法与合金结构钢相同。例如W6Mo5Cr4V2钢，含碳量不标出（实际ω(C)=0.80~0.90），钨含量ω(W)＝6％（实际为5.50％~6.75％），钼含量ω(Mo)＝5％（实际为4.50~5.50％），铬含量ω(Cr)=4％（实际为3.80％~4.40％），钒含量ω(V)＝2％（实际为1.75％~2.20％）。如果两个钢号除含碳量之外，其余合金元素含量均相同，则为了区别起见，仅标出一个含碳量（含碳量较高钢号）。如W18Cr4V和9W18Cr4V，它们的含碳量分别为ω(C)＝0.70~0.80％和ω(C)＝0.90％~1.00％，其余都一样。
   合金工具钢均属于高级优质钢，故钢号后不再标出“A”。
（三）特殊性能钢（不锈钢、耐热钢等高合金钢）
   这几个钢种都用含碳量、合金元素及其含量来表示钢号。
   含碳量以千分之几标出；含碳量ω(C)≤0.08时，钢号前用一个“0”表示，含碳量ω(C)≤0.03％时，钢号前用“00”表示。合金元素及其含量的表示方法与合金结构钢相同。如：
   2Cr13钢，平均含碳量ω(C)＝0.2％（实际为0.16％~0.25％），含铬量ω(Cr)＝13％（实际为12.00％~14.00％）。
0Cr19Ni9钢，含碳量ω(C)<0.08％，含铬量ω(Cr)＝19％（实际18.00％~20.00％），含镍量ω(Ni)＝9％（实际为8.00％~10.50）。
第二节   钢材的缺陷与质量检验
一、钢材的压力加工
钢材是将钢水铸造成钢锭或钢坯，然后经压力加工（热轧、冷轧、锻造和拉拔），制成各种不同断面形状和规格尺寸的钢材，以满足工程建筑结构、机械制造、工具制作的需要。
所谓压力加工，就是使金属在外力作用下，产生塑性变形，从而获得所要求的断面形状和规格尺寸产品的加工方法。压力加工的作用不仅是通过塑性变形改变金属的形状和尺寸，而且能改善其组织和性能。压力加工方法有轧制、锻造、拉拔、挤压、冲压及爆炸成型等多种，钢材生产主要采用前三种方法。
1．轧制  轧制是指金属在轧机旋转轧辊的辗压下，进行塑性变形的一种压力加工方法。在钢的生产总量中，除少部分采用铸造和锻造等方法直接制成器件以外，其余占90％以上的钢都须经过轧制成材，轧制是钢铁工业中最主要的加工方法。
轧制是轧钢生产的中心环节，钢锭加热至塑性很好的奥氏体状态，先经过初轧机或钢坯轧机轧成各种规格尺寸的半成品—钢坯（方坯、扁坯或板坯等），这一过程叫初轧或开坯。将钢坯在成品轧机上进行轧制，可获得要求的形状和尺寸的钢材。成材的轧制分为两个阶段：粗轧阶段，采取较大压下量，以减少轧制道次；精轧阶段，采取较小的压下量，以获得精确的尺寸和良好的表面质量。热轧终轧温度一般为800--900℃。轧后可采用缓冷、空冷和通风或喷水等冷却方式。
   轧制有热轧和冷轧两种方法。
   2．锻造  锻造是用锻锤的往复冲击力或压力机（油压或水压）的压力，使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和内部组织的毛坯或零件的加工方法。
   锻造是制造机器零件毛坯的一种主要方法。锻件经过塑性变形和再结晶后，晶粒细化，组织致密，并且内部的杂质按纤维方向排列，从而改善了材料的机械性能，同时，现代化的锻造生产方法具有很高的劳动生产率。因此，锻造加工在生产中占有重要的地位。各种机械中受力复杂的重要零件，如主轴、传动轴、曲轴、齿轮、凸轴、叶轮、叶片等，大都采用锻件。在飞机上锻件（包括冲压件）的重量约占各种零件的85，在汽车上占80，机车上占60。
   按照所用设备和变形方式的不同，锻造方法可分为自由锻造和模型锻造两大类。
   自由锻造是将加热好的金属坯料放在锻造设备（空气锤、蒸汽锤及水压机等）的上、下抵铁之间施加冲击力或压力，使之产生塑性变形，从而获得所需锻件的加工方法。坯料在上、下抵铁之间变形时，一般都是自由流动的，故称白由锻造，简称自由锻。
   模型锻造简称模锻，是将坯料放在锻模模膛内承受冲击力或压力，以产生变形获得所需模锻件的加工方法。所用坯料常为圆钢、方钢等。
   与自由锻相比，模锻的生产率高三、四倍以至十几倍；锻件表面光洁，尺寸精度高；加工余量减少，形状复杂程度提高，材料利用率高，可节约金属材料50％~200％。此外，模锻操作简单、易于实现机械化，锻件生产成本低。但是，模锻的设备费用高；锻模制造周期长、成本高，而且是专用的；由于受设备吨位限制，模锻件一般不能太大。因此，模锻适用于中小型锻件的成批和大量生产。
   为了提高金属的塑性和减少变形抗力，锻造通常都将金属坯料加热至高温状态下进行，对于碳钢锻件，要将坯料加热到Fe~Fe3C相图中单相奥氏体区的温度。
   3．拉拔  外加拉力作用于被拉（拔）金属的前端，将金属坯料从小于坯料横断面的模孔中拉（拔）出，使其断面减小及长度增加，获得所需形状和尺寸要求产品的一种压力加工方法，叫做拉拔。拉拔一般在冷态（常温）下进行，也叫冷拉或冷拔。它广泛应用于线、管、棒和条材等产品的生产。
   直径小于6.5mm的线材，以热轧线材为原料，采用多次冷拉的方法，获得直径小于6.5mm的产品，例如钢丝。钢丝的冷拉叫拉(拔)丝，是目前生产金属丝的重要方法。
   冷拉也用于生产直径稍大（50mm以下）、尺寸精确、表面光洁的圆钢、六角钢等棒、条材。对于直径76mm以下的钢管，冷拔则是主要的加工方法。热轧后的管坯通过模孔和心棒之间的环形间隙拔出，使直径和壁厚减小，得到冷拔管。此外冷拔也常用于生产有色金属线，管、棒、条材以及某些异形材。
冷拉几道次之后金属会产生加工硬化，为了消除加工硬化、提高塑性，继续冷拉，要进行一次或数次中间再结晶退火。某些冷拉产品最终还要进行一次去应力退火，消除内应力，防止变形和开裂。
二、钢材的热加工缺陷
所谓热加工是指在金属的再结晶温度以上的加工。热加工过程中，由于金属的塑性变形所引起的硬化过程与再结晶所引起的硬化消除过程同时发生，金属组织和性能的变化是按照两个相反的方向同时进行的。当变形速度较大而加热温度较低时，变形引起的强化因素占优势，变形阻力越来越大，可能使金属产生裂纹；反之，变形速度较低而加热温度较高时再结晶所引起的强化消除和晶粒长大占优势，会引起金属的晶粒粗化使金属的性能变坏。因此，热加工时应严格控制金属的加热温度、始锻温度、终止温度和变形速度。
   经过热加工后，钢锭中的气孔和显微缩孔可以被焊合，粗大的枝晶将被破碎，夹杂物的分布也发生改变。在正确的热加工条件下，还能细化晶粒，减少钢中的偏析程度，从而使钢的组织变得致密，提高钢的性能。
   在热加工过程中，钢锭中的粗大枝晶和各种夹杂物都要沿着金属的变形方向被拉长，这样就使钢锭

         

 照片3-1   Cr12钢碳化物呈带状堆集       100×
           

照片3-2   GCr15钢碳化物偏析带  500×         照片3-3  9CrSi钢碳化物呈带状堆集和液析 500×

         

照片3-4   Cr12钢碳化物无规则均匀分布  100×     照片3-5    Cr12钢碳化物呈网状堆集  100×
中的枝晶偏析和非金属夹杂物逐渐与热加工时金属的变形方向一致，成为带状组织(照片3-1，3-2，3-3)。带状组织使钢的机械性能呈现各向异性，即沿纤维伸展的方向具有较高的机械性能，而在垂直于纤维伸展方向上机械性能较为低劣。严重带状组织的材料在热处理淬火时还容易产生沿纤维方向的纵向开裂。
对于高速钢、Cr12型钢等莱氏体钢，不能把锻造简单地理解为毛坯成形。锻造不但可以将钢锭中的气孔、疏松、缩孔、微裂纹焊合起来，提高锻坯的致密度，而且可以碎化、细化共晶碳化物，把粗大的枝晶状共晶碳化物打散打碎，提高碳化物分布的均匀性，细化碳化物的粒度。因此，锻造是提高莱氏体钢内在质量、延长模具使用寿命的重要关键。 莱氏体钢的锻造，要求是六面锻造，即三向镦粗和拨长的联合工艺。每次都要有一定的锻造比，才能使共晶碳化物逐步变成无规则均匀分布，或接近均匀分布(照片3-4)。只经轻微锻造成形的模具组织碳化物呈网状堆集(照片3-5)；只经单方向拨长的模具组织，碳化物呈带状堆集(照片3-1)。

三、钢材的表面缺陷
   钢材在生产、运输、装卸、保管过程中，由于某种原因，可能产生用肉眼能直接观察、鉴别的钢材表面缺陷，称为外观缺陷。外观缺陷包括外形（及其尺寸）缺陷和表面质量缺陷。影响钢材表面完整性和光洁度等的表面质量的缺陷，统称为表面质量缺陷，简称表面缺陷。表面缺陷不仅影响钢材外观，而且容易引起锈蚀、应力集中，会降低钢材性能，严重时导致钢材报废。本节仅讨论钢材的表面缺陷。最常见的钢材表面缺陷有：折叠、划痕、结疤、麻面（麻点）、凹坑、分层、凸泡和气泡、表面裂纹等。
  １．折叠  沿钢材长度方向表面有倾斜的近似裂纹的缺陷，称折叠。通常是由于钢材表面
在前一道锻、轧中所产生的突出尖角或耳子，在以后的锻、轧时压入金属本体叠合形成的。折叠一般呈直线状，亦有的呈锯齿状，分布于钢材的全长，或断续状局部分布，深浅不一，深的可达数十毫米，其周围有比较严重的脱碳现象，一般夹有氧化铁皮。
  钢材表面的折叠，可采用机械加工方法进行去除。型材表面因不再进行机械加工，如果表面存在严重的折叠，就不能使用，因为在使用过程中会由于应力集中造成开裂或疲劳断裂。
  2．划痕  在生产、运输等过程中，钢材表面受到机械性刮伤形成的沟痕，称划痕，也称刮伤或擦伤。其深度不等，通常可看到沟底，长度自几毫米到几米，连续或断续分布于钢材的全长或局部，多为单条，也有双条和多条的划痕。
   划痕会降低钢材的强度，对于薄板还会造成应力集中，在冲压时成为裂纹发生和扩展的中心。对于耐压容器，严重的划痕可能成为使用过程中发生事故的根源。
 3．结疤  钢材表面呈舌状、指甲状或鱼鳞状的片块，称结疤。它是钢锭表面被污溅的金属壳皮、凸块，经轧制后在钢材表面上形成的。与钢材相连牢固的结疤，称生根结疤；与钢材相连不紧或不相连，粘着在表面上的结疤，称为不生根结疤。不生根结疤容易脱落，脱落后表面形成凹坑。有些结疤的一端翘起，称翘皮。
 4．麻面(麻点)  麻点是钢材表面凹凸不平的粗糙面。大面积的麻点称麻面。板材（尤其是薄板）若存在麻点，不仅可能成为腐蚀源，还会在冲压时产生裂纹。弹簧上有麻点，在使用过程中容易造成应力集中，导致疲劳断裂。
 5．凹坑  周期性或无规律地分布于钢材表面的凹陷（轧辊表面有粘结物，轧制时粘结物压入钢材表面而形成），称为凹坑或压坑。小凹坑称为麻点。
 6．分层  由于非金属夹杂、未焊合的内裂、残余缩孔、气孔等原囚，使剪切后的钢材断面呈黑线或黑带，将钢材分离成两层或多层的现象，称为分层。
 7．凸泡和气泡  钢材表面呈无规律分布的圆形凸起，称凸泡，凸泡边缘比较圆滑。凸泡破裂后，形成鸡爪形裂口或舌状结痕，称气泡。
 8．表面裂纹  钢材表面出现的网状龟裂或裂口。它是由于钢中硫高锰低引起热脆，或因铜含量过高、钢中非金属夹杂物过多所致。沿着变形方向分布的裂纹是由于锻轧后处理不当而引起的。钢锭因为脱氧或浇注不当，也可能形成横裂纹或纵裂纹，它们在轧制过程中扩大，并会改变形状。

四、钢材的组织缺陷
(一) 钢材的宏观组织缺陷:
    钢的宏观组织缺陷是指在不放大或低倍放大(30倍)的情况下观察到的缺陷。常见的有偏析、疏松、残余缩孔、裂纹、白点等。这里只介绍裂纹和白点。
  1、裂纹：原材料中的缺陷，如微裂纹、折迭、皮下气泡或严重的非金属夹杂物等，是造成锻轧制件形成裂纹的原因。此外若锻轧前加热不均匀，在延伸锻造或轧制时，材料产生不均匀变形，会出现横向裂纹；若加热温度过高，金属表面氧化较多，锻轧时若被压入制件就会形成裂纹；如若加热温度过高以致过烧时，晶界发生氧化或熔化，热加工后表面会出现龟裂甚至断裂(照3-6)。                                                                    
   若热加工开始温度或终了温度太低，加工后冷却速度过快，也容易导致裂纹产生。 对导热率小或塑性小的高合金钢，若锻造加热时透热不够，或锤击过猛，也会引起中心开裂。
                     

照片3-6    45钢的热轧表面裂纹    100×               照片3-7    20CrNi4钢坯中的白点裂纹

  2、白点：白点实际上是一种微裂纹，这种微裂纹在钢件横断面上为不连续的细短的发裂，往往位于钢件心部或接近心部而离表面较远(照片3-7)；在纵断面上呈圆形或椭圆形的光滑的银白色斑点，直径一般在零点几毫米至几毫米的范围内。显微观察可发现这些裂纹穿过晶粒，在裂纹附近没有塑性变形；除在高温下已暴露于空气中的以外，在裂纹处也没有氧化及脱碳现象。                                                      
(二) 钢材的显微组织缺陷：
   钢材中常见的显微组织缺陷有表面脱碳、魏氏组织、过烧、带状组织、非金属夹杂物等
1、 表面脱碳：钢材由于在氧化气氛中加热轧制或锻造，使钢材表面的碳烧掉而脱碳(照
片3-8)。钢铁零件发生表面脱碳后，淬火后的表面硬度一般比心部低，工具钢表面脱碳则往往形成淬火裂纹。
             

照片3-8    40Cr钢热轧后的脱碳                               照片3-9   高速钢的过热组织    500×  
2、 魏氏组织：锻、轧、焊或热处理过程中，由于加热温度过高及时间过长，使钢的奥氏体晶粒过于
粗大的现象叫做过热( 照片3-9)。钢材过热后得到粗大的奥氏体晶粒，若又在一定范围的冷却速度下冷却，则先析出的自由铁素体(或二次渗碳体)除沿晶界呈网状析出外，还有一部分则沿奥氏体某些晶面呈片状析出，在显微组织上呈现针状。这种在珠光体基体上分布有针状铁素体(针状渗碳体)的组织称为魏氏组织 (照片3-10、3-11)。                                  

           
 
照片3-10    GCr15热轧钢的魏氏组织                    照片3-11   40锻钢的魏氏组织                                                    

   钢件出现魏氏组织后，机械性能明显下降，特别是冲击韧性下降很多，因此一般较重要的产品不允许存在魏氏组织。
魏氏组织的严重程度可按标准进行评级，分0~5六级。过热的粗大晶粒和魏氏组织一般可以通过细化晶粒的退火或正火予以消除。
3、过烧：钢材在接近熔化温度加热时，由于过高的温度或在高温下停留较长的时间，
其表层沿晶界处有氧气侵入而发生晶界氧化或在晶界处和在枝晶轴间的一些低熔点组织发生熔化，这些
         

     照片3-12    高速钢淬火过烧    1000 ×           照片3-13    T10钢淬火过烧     500 ×  
         

照片3-14   45钢热轧态的带状组织体                  照片3-15    20CrMnMo正火态的带状组织  
现象称为过烧(照片3-12、3-13)。
3、 带状组织：带状组织的特征是两种不同组织呈带状分层排列(照片3-14、3-15)。    
带状组织使钢材机械性能呈明显的方向性，沿带状纵向的抗拉强度高、韧性也好；但横向则强度韧性都很低。而且带状组织的钢材热处理时容易引起纵向开裂。
带状组织形成的原因，一是亚共析钢停锻温度过低，把先共析铁素体加工成带状；二是由于夹杂物的偏析引起；三是由于合金元素的偏析而引起。
   带状组织严重程度可按标准进行评级，分A、B两列，各分0~5六级。
  5、非金属夹杂物：非金属夹杂物就是钢中的各种杂质元素(硫、磷、氧、氮等)与铁、锰、硅等形成的非金属化合物。这些夹杂物存在于钢中，使钢的机械性能特别是疲劳强度与塑性韧性显著降低；钢中若存在大块的夹杂物，在淬火热处理时将造成应力集中而产生淬火开裂。
   对非金属夹杂物的检验，不用浸蚀。一般只注意它们的数量、形状、大小和分布情况，而不太计较其组成成分和性能，可按标准对夹杂物进行评级。

         

         照片3-16     钢中的Al2O3夹杂物                    照片3-17    铸钢中的 FeS沿晶界呈网状分布

         

      照片3-18    MnS与FeO共晶体夹杂物                 照片3-19      铸钢中的 FeS; MnS夹杂物

五、钢材的质量检验
   钢材的检验标准包括化学分析、宏观检验、金相检验、力学性能检验、工艺性能检验、物理性能检验、化学性能检验、无损检验以及热处理检验标准等。每种检验标准又可分为不同的试验方法。每个试验方法都有相应的国家标准或冶金行业标准，有的试验方法还有企业标准。
   钢铁产品品种不同，要求检验的项目也不同，每个检验项目都有一定的检验指标。主要的检验项目和指标有化学成分、酸浸试验、断口检验、显微组织、脱碳层、晶粒度、非金属夹杂物、硬度、拉伸试验、冲击试验、尺寸、表面质量等。
  1、化学成分  每一个钢种都有一定的化学成分，化学成分是钢中各种化学元素的含量百分比。保证钢的化学成分是对钢的最基本要求，只有进行化学分析，才能确定某号钢的化学成分是否符合标准。
对于碳素结构钢，主要分析五大元素，即碳、锰、硅、硫、磷；对于合金钢，除分析上述五大元素之外，还要分析合金元素。
2．宏观检验  宏观检验是用肉眼或不大于十倍的放大镜检查金属表面或断面以确定其宏观组织缺陷的方法。宏观检验也称低倍组织检验，其检验方法很多，包括酸浸试验、硫印试验、断口检验和塔形车削发纹检验等。
     酸浸试验  酸浸试验可以显示一般疏松、中心疏松、锭型偏析、点状偏析、皮下气泡、残余缩孔、翻皮、白点、轴心晶间裂缝、内部气泡、非金属夹杂物（肉眼可见的）及夹渣、异金属夹杂等，并进行评定。
     硫印试验  硫印试验是利用钢中硫化物与硫酸反应生成硫化氢，硫化氢与相纸的溴化银反应生成硫化银，使相纸变成棕色这一原理来检查钢中硫的宏观分布情况，并可间接检查其它元素在钢中偏析和分布情况。
     断口检验  断口检验是根据检验目的采取适当方法将试样折断以检验断口质量，或对于在使用过程中破损的零部件和生产制造过程中由于某种原因而导致破损的工件断口进行观察和检验。它可按断口的宏观形貌和冶金缺陷将断口分类，以评定钢材质量。
     塔形车削发纹检验  塔形车削发纹检验是检查钢材不同深度处的发纹。试验时将钢材试样车成不同尺寸的阶梯，进行酸浸或磁力探伤后，检查其裂纹程度，以衡量钢中夹杂物、气孔和疏松存在的多少。发纹严重地危害钢的动力学性能，特别是疲劳强度等．因此，对重要用途的钢材都要进行塔形检验。
  3．.金相组织检验  .金相组织检验是借助金相显微镜来检验钢中的内部组织及其缺陷。金相检验包括奥氏体晶粒度的测定、钢中非金属夹杂物的检验、脱碳层深度的检验以及钢中化学成分偏析的检验等。其中钢中化学成分偏析的检验项目又包括亚共析钢带状组织、工具钢碳化物不均匀性、球化组织和网状碳化物、带状碳化物及碳化物液析等。
  4．.硬度  硬度是衡量金属材料软硬程度的指标，是金属材料抵抗局部塑性变形的能力。
根据试验方法的不同，硬度可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度和显微硬度等几种，这些硬度试验方法适用的范围也不同。最常用的有布氏硬度试验法和洛氏硬度试验法两种。
  5．.拉伸试验  强度指标和塑性指标都是通过材料试样的拉伸试验而测得的，拉伸试验的数据是工程设计和机械制造零部件设计中选用材料的主要依据。
   常温强度指标包括屈服点（或规定非比例伸长应力）和抗拉强度。高温强度指标包括蠕变强度、持久强度、高温规定非比例伸长应力等。钢的强度要求高低随其用途而定。
   钢的主要塑性指标是伸长率和断面收缩率。凡是要求具有一定强度的钢材，一般都要求其具有一定的塑性，以防止钢材过硬和过脆。对于需要变形加工的钢材，塑性指标尤为重要。
  6．.冲击试验  冲击试验可以测得材料的冲击吸收功。所谓冲击吸收功，就是规定形状和尺寸的试样在一次冲击作用下折断所吸收的功。材料的冲击吸收功愈大，其抵抗冲击的能力愈高。
   根据采用的能量和冲击次数，可分为大能量的一次冲击试验（简称冲击试验）和小能量多次冲击试验（简称多次冲击试验），小能量多次冲击试验方法，目前尚未形成国家标准。

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  7．.工艺性能试验  工艺性能是指零件制造过程中各种冷热加工工艺对材料性能的要求。
工艺性能试验包括钢的淬透性试验、焊接性能试验、切削加工性能试验、耐磨性试验、金属弯曲试验、金属顶锻试验、金属杯突试验、金属（板材）反复弯曲试验、金属线材反复弯曲试验以及金属管工艺性能试验等。
  8．.物理性能检验  物理性能检验是采用不同的试验方法对钢的电性能，热性能和磁性能等进行检验。特殊用途的钢都要进行上述一项或几项物理性能检验，例如硅钢应进行电磁性能检验。
  9．.化学性能试验  化学性能是指某些特定用途和特殊性能的钢在使用过程中抗化学介质作用的能力。例如建筑和工程结构用碳素结构钢和低合金结构钢抗大气腐蚀性能、不锈耐酸钢的晶间腐蚀倾向、耐热钢的抗氧化性能、海洋用钢的耐海水腐蚀性能等。化学性能试验包括大气腐蚀试验、晶间腐蚀试验、抗氧化性能试验以及全浸腐蚀和间浸腐蚀试验等。
  10．无损检验  无损检验也称无损探伤。它是在不破坏构件尺寸及结构完整性的前提下，探查其内部缺陷并判断其种类、大小、形状及存在的部位的一种检验方法。常用于生产中的在线检验和机器零部件的检验。生产场所广泛使用的无损检验法有超声波探伤和磁力探伤，此外还有射线探伤。

第三节   钢的化学成分检验
   钢的化学成分是钢中各种化学元素的质量百分数。冶炼时，要进行炉前快速分析。成材时，要进行成品分析。选材使用和科学试验时，有时也需要进行成分分析。化学成分分析按其任务可分为定性分析和定量分析。定性分析的任务是鉴定物质所含的组分，例如所含的元素、离子。定量分析的任务是测定各组分的相对含量。化学成分分析按其原理和所使用的仪器设备又可分为化学分析和仪器分析。化学分析是以化学反应为基础的分析方法。仪器分析则是以被测物的物理或物理化学性质为基础的分析方法，由于分析时常需要用到比较复杂的分析仪器，故称仪器分析法。
 
一、化学分析法
   化学分析是以化学反应为基础的分析方法，主要又可以分为以下两种。
重量分析法  通常是使被测组分与试样中的其它组分分离后，转变为一种纯粹的、化学组成固定的化合物，称其重量，从而计算被测组分含量的一种分析方法。这种方法的分析速度较慢，但其准确度高，目前它在某些测定中仍用作标准方法。
滴定分析法  此法是用一种已知准确浓度的试剂溶液（即标准溶液），滴加到被测组分溶液中去，使之发生反应，根据反应恰好完全时所消耗标准溶液的体积计算出被测组分的含量。这样的分析方法称为滴定法，又称容量分析法。此法操作简单快速，测定结果的准确度比较高，有较大的实用价值。
   
二、仪器分析法
   仪器分析是以物质的物理性质或物理化学性质为基础的分析方法。仪器分析需将待测物质的光、电、热、声、磁等物理量或物理化学量最终转换成电信号，再与已知量的标准物质在相同条件下得到的电信号作比较，以测量出这些物质的化学组成、含量和结构。这些物理量和物理化学量的测定一般需要采用专门的仪器设备。
   仪器分析除用于物质中元素的定性、定量分析外，还可以用于物质的结构、价态、状态分析以及微区和表面分析等。
   仪器分析的灵敏度高，分析速度快，所需试样量少，易实现自动化，所以仪器分析方法已逐步成为化学成分分析的主要方法。
   常用的仪器分析方法有光谱分析、光电比色分析、极谱分析、电子和离子探针微区分析等。
  (一) 光谱分析
   光谱分析是根据物质的光谱测定物质组分的仪器分析方法。光谱分析包括发射光谱分析、原子吸收光谱分析和X射线荧光光谱分析等。
   1．发射光谱分析  这是一种通过测量物质的发射光谱的波长和强度进行定性和定量分析的方法。合金钢化学成分分析，一般采用的是摄谱法光谱分析。目前，越来越多地应用光电直读法光谱分析。
2．原子吸收光谱分析  通过测量物质被转变为原子蒸气后，基态原子对特定波长谱线的吸收程度而进行定量分析的方法，叫做原子吸收光谱分析法。
3．X射线荧光光谱分析  用X射线照射物质时，能产生次级X射线，即荧光X射线。荧光X射线的波长只取决于物质中原子的种类，根据荧光X射线的波长可以确定物质的元素组成，根据该波长的荧光X射线的强度可进行定量分析。这种方法称为X射线荧光光谱分析法。
用于测定荧光X射线的波长和强度进行X射线荧光分析的仪器称为X射线荧光光谱仪。
  (二) 光电比色分析
   光电比色分析是利用物质对光的吸收作用这一原理而进行分析的。早期使用目视比色法、光电比色法来测量某物质的含量。近年来由于分析仪器得到改进，逐渐演变为更完善和更精密的分光光度法。
   利用光电效应代替肉眼比色测定的仪器，称为光电比色计。
  (三) 极谱分析
   极谱分析法实质是一种在特殊条件下进行电解的分析方法。应用微汞滴电极和汞大底极，得到电解过程的电极电压一电流关系曲线就是“极谱”，也称“极谱波”。分析极限电流中扩散电流的大小（通常称波高）求出溶液中离子浓度的高低，这就是极谱定量分析。
  (四) 电子探针X射线显微分析
   电子探针X射线显微分析法简称电子探针。利用电子束激发试样以产生X射线，再对所产生的X射线进行谱线分析。根据其中各元素标识或特征谱线的强度来确定试样中各元素的含量或试样的化学成分。
这种方法的特点是电子束的直径很小，象探针一样在试样面上扫描，可在试样上任何一个微小区域内（体积约为数立方微米）进行定性和定量分析。