【正文】 的化學(xué)成分是鋼種各化學(xué)元素的質(zhì)量百分比數(shù)。化學(xué)成分分析按其原理和所使用的儀器設(shè)備，又可分化學(xué)分析和儀器分析，化學(xué)分析是以化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)的分析方法。第一節(jié) 化學(xué)分析化學(xué)分析是以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法，主要分為以下兩種：重量分析法通常是使被測組分與試樣中的其它組分分離后，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N純粹的、化學(xué)組成固定的化合物，稱其重量，從而計算被測組分含量的一種分析方法。滴定法此法是用一種已知準確濃度的試劑溶液（即標準溶液），滴加到被測組分溶液中去，使之發(fā)生反應(yīng)，根據(jù)反應(yīng)恰好完全時所消耗標準溶液的體積計算出被測組分的含量。此外還有比色法、導(dǎo)電法等。平衡狀態(tài)下碳溶于αFe即鐵素體中。測定鋼中碳的方法很多，有物理法（如光譜法），化學(xué)及物理化學(xué)法（如燃燒—氣體容量法、吸收重量法等）。目前，所生產(chǎn)的化學(xué)分析設(shè)備及生產(chǎn)實際操作中大多為碳硫連續(xù)測定，而且測定方法也很多。硫的存在促使鋼產(chǎn)生熱脆性，同時也容易在鋼凝固時產(chǎn)生偏析，降低鋼的抗疲勞性、可塑性、耐磨性等，%。三、磷的測定磷主要來自生鐵，磷也是鋼中的一種有害元素，但有時為了提高鋼的耐腐蝕性能，在鋼中添加磷的例子也有。測定鋼中磷的方法很多，一般都是使磷酸，再與鉬酸銨作用生成磷鉬酸，在此基礎(chǔ)上分別用重量法、滴定法、磷釩鉬酸光度法或磷鉬蘭廣度法等進行測定。硅也可作為合金元素特意加入。硅的測定方法有重量法，容量法、光度法等。五、錳的測定鋼中錳主要來自生鐵、廢鋼和脫氧劑，錳鋼中的錳是煉鋼時專門加入的，錳在鋼中多以化合物的形態(tài)存在，如MnS、Mn3C等，也能固溶于鐵素體中。六、鉻和鎳的測定鉻是冶煉合金鋼、不銹鋼的重要合金元素之一。鉻的測定，對鉻含量高的鋼、鐵常采用滴定法測定，低含量一般用光度法測定。根據(jù)鋼的性能要求不同，鎳的添加量不同。鎳的測定方法很多，一般多采用滴定法和光度法。第二節(jié) 儀器分析儀器分析是以物質(zhì)的物理性質(zhì)或物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法。這些物理量和物理化學(xué)量的測定，一般需要采用專門的儀器設(shè)備。常用的儀器分析方法有光譜分析、光電比色分析、極譜分析、電子和離子探針微區(qū)分析等。光電直讀光譜分析是發(fā)射光譜分析的一種。當它們從高能級躍遷回到低能級時，發(fā)射出不同波長的光譜線，各種原子結(jié)構(gòu)不同，所發(fā)射的光譜也不同。光電直讀光譜分析速度快，分析結(jié)果準，確操作方便，應(yīng)用范圍越來越廣，特別是作為煉鋼爐前分析，已成為必不可少的分析設(shè)備。圖21到圖28是八種不同鋼的火花特征。宏觀檢驗是用肉眼或用不大于十倍的放大鏡檢查金屬表面或斷面以確定其宏觀組織缺陷的方法。酸浸試驗可以顯示一般疏松、中心疏松、錠型偏析、點狀偏析、皮下氣泡、殘余縮孔、翻皮、白點、晶間裂縫、內(nèi)部氣泡、非金屬夾雜物（肉眼可見的）及夾渣、異金屬等，并可對缺陷進行評定。斷口檢驗是根據(jù)目的采取適當方法將試樣折斷以檢驗斷口質(zhì)量，或?qū)υ谑褂眠^程中破損的零部件和生產(chǎn)制造過程中由于某種原因而導(dǎo)致破損的工件斷口進行觀察和檢驗。塔形車削發(fā)紋檢驗是檢查鋼材不同深度處的發(fā)紋。發(fā)紋嚴重地危害鋼的動力學(xué)性能，特別是疲勞強度等，因此，對重要用途的鋼材都要進行塔形檢驗。第一節(jié) 鋼錠的組織及宏觀缺陷鋼在冶煉后，除少數(shù)直接鑄成鑄鋼件外，絕大部分都要先鑄成鋼錠（或鋼坯），隨后再軋制（或鍛造）成各種鋼材，如型鋼、鋼板、鋼管、金屬制品等。根據(jù)煉鋼終脫氧是否完全，澆注后可得到不同的鋼錠。下面簡單介紹鎮(zhèn)靜鋼鋼錠、沸騰鋼鋼錠以及連鑄坯的組織和缺陷。與純金屬鑄錠基本相同，也是由表層晶粒區(qū)、柱狀晶區(qū)及中心等軸晶粒區(qū)三個晶區(qū)組成。表層由于鋼錠模的激冷，過冷度大，形核率高，形成細小等軸的晶粒，它的厚度通常較薄，與鋼液的澆注溫度有關(guān)，澆注溫度越高，則等軸細晶區(qū)越薄。由于固液接口前沿的液體中存在著成分過冷，所以，柱狀晶往往以枝晶方式長大，形成樹枝狀晶體。當它們生長到和柱狀晶相遇時，就會阻擋期繼續(xù)長大，且在全部鋼液結(jié)晶完畢后，就形成了中心等軸粗晶粒區(qū)。鎮(zhèn)靜鋼鋼錠常見缺陷偏析鋼錠中的偏析是鋼錠中各部分化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。圖32為鎮(zhèn)靜鋼錠的縱切面上偏析分布情況示意圖。倒V形偏析的形成是由于柱狀晶結(jié)晶時，雜質(zhì)元素富集在結(jié)晶前沿，而富含雜質(zhì)的鋼液密度較輕，逐漸上浮集中在鋼錠上部，在中心等軸晶帶開始結(jié)晶時，這些雜質(zhì)大量的固定在柱狀晶和中心等軸晶帶之間，構(gòu)成了鋼錠上部的倒V形偏析帶，在鋼錠橫切面上表現(xiàn)為方形偏析（錠型偏析）和點狀偏析特征。倒V形偏析和V形偏析均屬于正偏析，即偏析帶雜質(zhì)的含量高于鋼錠平均含量。由于是最先結(jié)晶的，所以雜質(zhì)含量低于鋼液中平均含量，因此這種偏析屬于負偏析，但這里含有較多的高熔點氧化物（SiO2或SiO2?FeO等）,可能是晶體下沉帶來的。在鋼錠上部安放保溫冒，可使縮孔集中在鋼錠頂部冒口中，縮孔處是鋼錠最后凝固的地方，是偏析、夾雜物和疏松密集的區(qū)域。如果切頭時未被除凈，遺留相愛的殘余部分，在鋼材的低倍檢驗中稱為殘余縮孔，它是一種不允許存在的低倍組織缺陷。疏松疏松是鋼不致密性的表現(xiàn)。疏松若集中在最后凝固的中心區(qū)域，即縮孔的下部區(qū)域，則稱為中心疏松。氣泡（氣孔）鎮(zhèn)靜鋼中的氣泡分皮下氣泡和內(nèi)部氣泡兩種。它是在鋼錠皮下呈分散或成簇分布的細長裂紋或橢圓形氣孔，而細長裂紋又多數(shù)垂直于鋼錠表面，皮下氣泡多出現(xiàn)于鋼錠尾部，時常成群出現(xiàn)。位于鋼錠內(nèi)部的氣泡稱為內(nèi)部氣泡，它呈蜂窩狀，內(nèi)壁較光滑，有些氣泡中還伴有微笑的可見夾雜物。二、沸騰鋼圖33為沸騰鋼錠宏觀組織示意圖，其結(jié)晶過程與鎮(zhèn)靜鋼基本相同，但于鋼液沸騰，使其宏觀組織具有與鎮(zhèn)靜鋼錠下同的特點。二次氣泡帶由于結(jié)晶過程中碳氧濃度繼續(xù)增大，并不斷積聚，同時結(jié)晶體積收縮，使形成氣泡所需要克服的外壓力逐漸降低，C—O反應(yīng)重新進行，但此時氣體出路已被堵死，這些氣體便呈球形留在鋼錠內(nèi)，這就是二次氣泡帶。但是，由于連鑄坯的斷面相對小，而且是在較強的冷卻條件下凝固的，因而其斷面上溫度梯度較大，凝固速度較快。所以在澆注相同鋼種情況下，連鑄坯比鋼錠具有較發(fā)達的柱狀晶組織，并有著較小的樹枝晶間距。第二節(jié) 鋼材常見宏觀組織和缺陷鋼錠經(jīng)過軋制（或鍛造）制成的型鋼、鋼板、鋼管等稱之為鋼材。在生產(chǎn)過程中，還會出現(xiàn)過熱（晶粒粗大）和過燒組織，以及邊緣和中心增碳等缺陷。該標準是指導(dǎo)性的，使用于各類鋼。一、 一般疏松一般疏松在橫向酸浸試樣上表現(xiàn)為組織不致密，整個截面上出現(xiàn)分散的暗點和空隙。因此可以說，暗點是碳，非金屬夾雜物和氣體的聚集而產(chǎn)生的。鋼的組織疏松對性能很有影響，特別是對橫向力學(xué)性能影響大，降低斷面收縮率、斷后、沖擊韌性，拉伸試驗時斷口出空隙、降低抗拉強度。二、中心疏松中心疏松在橫向酸浸試樣上表現(xiàn)為空隙和暗點都集中分布在中心部分，它是鋼錠最后結(jié)晶收縮的產(chǎn)物。輕微中心疏松對鋼的力學(xué)性能影響不大。三、 錠型偏析錠型偏析在橫向酸浸試親上表現(xiàn)為腐蝕較深、由暗點和孔隙組成，與原錠型橫截形狀相似的框帶。錠型偏析是鋼錠結(jié)晶過程中，柱狀晶生長時把低熔點組元、氣體和雜質(zhì)元素推向尚未冷凝的中心液相區(qū)，便在柱狀晶區(qū)與中心等軸晶區(qū)交界處形成偏析和雜質(zhì)集聚框。錠型偏析使鋼的橫向斷面伸長率、斷面收縮率以及沖擊吸收功降低。四、斑點狀偏析在橫向酸浸試樣上出現(xiàn)的形狀和大小均不同的各種暗色斑點，這些斑點無論與氣泡同時存在或單獨存在，均統(tǒng)稱為斑點狀偏析。斑點狀偏析是鋼錠結(jié)昌過程中區(qū)域偏析的一種。斑點狀偏析對鋼的力學(xué)性能影響不大。評定斑點狀偏析的級別時，如果斑點數(shù)量多、點子大、分布集中，應(yīng)評為高級別；如果試樣上即既有點狀偏析，又有氣泡，則應(yīng)分別評定。鋼液在凝固過程中，由于選分結(jié)晶的影響以及連鑄坯中心部分冷卻較慢，從而在中心部位產(chǎn)生成分偏析。六、帽口偏析帽口偏析表現(xiàn)在酸浸試片的中心部位呈現(xiàn)發(fā)暗的、易被腐蝕的金屬區(qū)域。評級時可根據(jù)發(fā)暗區(qū)域的面積大小進行評定（參照GB/T1979─2000）標準中附錄A評級圖的中心偏析圖片評定。皮下氣泡是由水鋼錠模內(nèi)清理不良和保護渣不干燥等原因引起的，它造成鋼材熱加工時出現(xiàn)裂紋，因此，熱加工用鋼材不得有皮下氣泡。殘余縮孔在橫向酸浸試樣上（多數(shù)情況）表現(xiàn)為中心區(qū)域有不規(guī)則的折裂縫或空洞，在其上或附近常伴有嚴重的疏松、夾雜物（夾渣）或者成分偏析等。殘余縮孔是切頭不足造成的，它嚴重破壞了鋼的連續(xù)性，因此這種缺陷是絕對不允許存在的。殘余縮孔的級別可根據(jù)裂紋或空隙的大小來評定。條帶中間及其周圍存在這氧化物和硅酸鹽夾雜，以及氣孔。十、白點白點在酸浸試樣上表現(xiàn)為鋸齒形的細小發(fā)裂，呈放射狀、同心圓形或不規(guī)則形狀分散在中央部位。白點的形成機理是氫和組織應(yīng)力共同作用的結(jié)果，見圖310所示十一、內(nèi)部氣泡內(nèi)部氣泡在酸浸試樣上呈度不等的直線裂縫或彎曲的裂縫，其內(nèi)壁較為光滑，有些裂縫還伴有微小的可見夾雜物。十二、非金屬夾雜物（肉眼可見）及夾渣非金屬夾雜物在酸浸試樣上表現(xiàn)為不同形狀和不同顏色的顆粒。非金屬夾雜物的存在皮壞了金屬的連續(xù)性，在熱加工、熱處理時容易產(chǎn)生裂紋，降低鋼的度，特別是疲勞強度。如果度樣上出現(xiàn)空洞或空隙，但又看不到夾雜物，可按疏松評定。此外還有內(nèi)裂、中心增碳、表面裂紋、脫碳以及高速鋼碳化物剝落等宏觀組織缺陷，這里不一一介紹。當其輕重程度介于相鄰兩級之間時，可評半級。在進行比較評定其它尺寸的鋼材（坯）的缺陷級別時，根據(jù)各缺陷評級圖，按缺陷存在的嚴重程度縮小或放大。在做試驗或研究時，應(yīng)根據(jù)檢驗、試驗?zāi)康倪x擇最容易發(fā)現(xiàn)問題的方法。這種檢驗方法也稱低倍檢驗。因此各國標準都規(guī)定要使用宏觀檢驗方法來檢驗鋼的宏觀缺陷。一、 試樣制備為了有效地利用酸浸試驗評定鋼的質(zhì)量，取樣時應(yīng)選擇具有代表性的試樣和最容易產(chǎn)生缺陷的部位。試樣觀察面，如果用氣割等熱加工方法取樣，觀察面的熔化、熱形響區(qū)都必須用冷加工方法清除，并經(jīng)車、銑或刨加工后經(jīng)磨光，冷加工方面法取樣，觀察面也需經(jīng)磨光。譬如，188類型奧氏體鋼熱酸洗，其酸洗依采用10份鹽酸、1份硝酸、10份水的比例配制。為了顯露鋼材缺陷，也有用點解酸蝕法的，這種方法效果好，宏觀組織和缺陷清析，但相對冷、熱酸蝕較腐雜。檢驗標準為GB/T157111995。發(fā)紋的存在，嚴重地影響鋼的力學(xué)性能，特別是疲勞強度等。如單條發(fā)紋最大應(yīng)不大于6─8mm。鋼材塔形發(fā)紋酸浸檢驗就是為了判斷發(fā)紋存在情況而設(shè)計的，是檢查鋼的冶金質(zhì)量的有效方法之一。試驗用的鋼材（鋼坯），其直徑不得小于16mm或不得大于150mm（小于16mm或大于150mm的鋼材不進行塔形檢驗，除用戶有特殊要求）。試驗時每批鋼材中取三個試樣，一般在鋼材的頭、中、尾部各取一個試樣。方鋼或圓鋼試樣的檢驗面為三個平行于鋼材（或鋼坯）軸線的同心圓柱面（圖312所示），扁鋼試樣的檢驗面為平行于鋼材（鋼坯）軸線的縱截面（圖313所示）塔形試樣尺寸見（表31所示）試樣加工過程中應(yīng)采用合理的切削工藝，防止產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，檢驗面應(yīng)光滑。塔形試樣的浸蝕度對顯示發(fā)紋的效果有很大的影響。某些高合金鋼，將其深腐蝕，易暴露發(fā)紋。目前對發(fā)紋的識別還存在不少分歧，比較一致的看法是發(fā)紋經(jīng)酸蝕后再腐蝕面上呈窄而深的縫，而那些較寬的并帶有緩坡、底部平坦且深度很淺的凹槽則不應(yīng)認為為發(fā)紋。發(fā)紋檢驗項目包括試樣每個臺比上發(fā)紋的條數(shù)，發(fā)紋的總度，以及每個試樣上發(fā)紋的總條數(shù)，總長度和最大度。斷口檢驗就是在試樣上刻槽，借外力是指折斷，觀察斷口，判斷鋼材質(zhì)量。兩個標準均有自己的使用范圍，不得互相代用。對于專為進行斷口檢驗的鋼坯和鋼材，取樣的部位、方法和要求基本上合酸蝕試樣相同，有時甚至可以酸蝕后的試樣來作?？v向斷口試樣長為100─400mm,在試樣一邊或兩邊刻槽。為了真實地顯示缺陷，應(yīng)使試樣脆斷，盡可能沖擊方式一次折斷，嚴禁反復(fù)沖壓。二、鋼材斷口組織及斷口評定評定斷口分類方法很多，歸納起來按以下三方面分類：（1）按斷裂性質(zhì)可分為脆性斷口、韌性斷口、疲勞斷口，以及由介質(zhì)和熱的影響而斷裂的斷口（如應(yīng)力腐蝕開裂的斷口、氫脆斷口、腐蝕疲勞斷口、高溫蠕變斷口等）；（2）按斷裂途徑可分為穿晶斷口、晶界斷口、混合斷口等；（3）按斷口形貌和材料冶金缺陷性質(zhì)分類有纖維狀、結(jié)晶狀、瓷狀（干纖維）、臺狀、撕痕狀、層狀、縮孔殘余、白點、氣泡、內(nèi)裂、非金屬夾雜物（肉眼可見）和夾渣、異金屬夾雜物、黑脆、石狀、萘狀等斷口則屬報廢缺陷斷口。斷口邊緣有顯著的塑性變形。結(jié)晶狀斷口斷口齊平，呈亮灰色，有強烈的金屬光澤和明顯的結(jié)晶顆粒。瓷狀斷口這是一種具有綢緞光澤、很致密、類似細瓷碎片的亮灰色斷口。臺狀斷口臺狀斷口的宏觀特征是寬窄不同的平臺狀組織，顏色比金屬基體稍淺，多分布在偏析區(qū)內(nèi)。這種缺陷是鋼沿其粗大樹枝晶斷裂的結(jié)果。這種影響隨著臺狀嚴重程度的增加而增加，絕大數(shù)都滿足技術(shù)條件的要求，只有個別大規(guī)格的鋼材偶爾出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。其分布無一定規(guī)律，可在柱狀晶區(qū)，也可以等軸晶區(qū)。輕微的撕痕狀缺陷對鋼的縱、橫向力學(xué)性能的影響均不明顯，但嚴重時，縱向韌性指標降低，更主要的是橫向塑性與韌性指標顯著下降。此類缺陷屬于允許缺陷。這種斷口缺陷嫻熟影響鋼材的橫向塑性和沖擊吸收功指標?？s孔殘余斷口一般都出現(xiàn)在鋼錠頭部的軸心區(qū)，主要是鋼錠補縮不足或切頭不夠等原因造成的。白點斷口在斷口上白點多呈圓形或橢圓形銀灰色斑點，斑點內(nèi)的組織為顆粒狀，個別斑點呈鴨嘴形裂口，一般多分布在偏析區(qū)內(nèi)，淬火斷口最為敏感。這種缺陷破壞金屬的連續(xù)性，屬于不允許存在的缺陷。氣泡主要是鋼液氣體過多，澆注系統(tǒng)潮濕，鋼錠模有銹等原因造成的。內(nèi)裂斷口內(nèi)裂分為“鍛裂”和“冷裂”兩種。冷裂的特征是出現(xiàn)與基體有明顯分界的、顏色稍淺的平面與裂縫。鍛裂時熱加工溫度過低，內(nèi)外溫差和熱加工壓力過大，變形不合理等原因造成的。內(nèi)裂嚴重破壞金屬的連續(xù)性、屬于不允許存在的缺陷。其分布無一定規(guī)律，整個斷口均可見到。這種缺陷是在澆注過程中隨鋼液帶入的渣子、耐火材料和夾雜物等造成的，屬于破壞金屬連續(xù)性的缺陷。這種缺陷是調(diào)入的外部金屬、合金粉末熔化造成的，它破壞金屬組織的均勻度或連續(xù)性，屬于不允許存在的缺陷。這種缺陷多出體在退貨后的共析和過共析工具鋼、含硅彈簧鋼以及含鉬為w(Mo)=%左右的珠光體熱強鋼的