合金结构钢的金相检验、检测技术与发展方向

张哲语

（抚顺特殊钢股份有限公司，辽宁 抚顺 113001）

金相检验是指应用定量金相学原理，应用二维金相试样磨面或薄膜的金相显徽组织的测量和计算来分析合金组织的三维空间形貌，从而了解合金成分、组织、性能之间的关系。应用这样的技术，能够改变传统金相检验的不确定性，并且承受着金相检验技术的发展，当前金相检验的速度也得到了很大的提高。

1 合金结构钢的金相检验

过去在定量金相学原理没有被应用以前，人们对于金相检验的应用方法为通过经验进行判断，这种判断断方法过于主观，并且难以较为清晰的描述出金属内部结构。定量金相学原理是在物理技术、信息技术等科学技术发展的基础上，结合科学理论形成的金相检验技术。人们在应用这一理论进行金相检验以前，首先需要采集大量的材料，然后将材料以数据化的描述出来[1]。之后，人们通过采集施工中的材料，将获得的数据与人们之前采集的材料数据进行对比，然后应对比的方式寻找材料金相必相的共同点、特殊性能、规律性等，通过分析金相检验，人们能够对金相材料有定量及定性的认知。

2 合金结构钢的检验技术

2.1 化学成分与金相组织

当前人们已经应用了各种技术，对合金结构钢的化学成份与金相组织进行研究。对合金结构钢的化学成分进行研究，可以了解合金结构钢的性能是否达到了当前施工设计的要求，了解了合金结构钢的性能调整方向以后，人们需要通过调整金相组织来改化合金结构钢的性能，让合金结构钢能够满足人们的需求[2]。以表1中几种常见金属元素的握拳化物的物理性能为例。当人们了解了这几种金属氧化物的物理性能以后，人们便能够了解能不能把这些金属元素融合在一起，然后通过调整金属元素的比例，生产合金结构钢，让合金结构钢的氧化物的物理性能达到施工设计的要求。

表1 几种常见金属元素氧化物的物理性能

2.2 组织演变规律与工艺制度

在开展合金结构钢的生产时，人们需要系统的了解材料的施工设备和制造工艺，然后对施工的过程进行监测，了解合金结构钢的冶炼、铸造、热处理的过程是科学合理，每道工序生产出来的产品能否满足人们的需求。

以人们应用脱水处理、氧气转炉、铜包处理、除渣、脱气的工来来对合金结构钢的控制为例，人们应用了检测技术，实时调查各金属元素，令生产出来的合金结构钢能满足施工的需求。表2为不同炉外精炼工艺达到的成分控制指标，从数据中可以看到，人们通过应用检测技术来发现组织演变规律，优化了工艺制度的制定。

表2 不同炉外精炼工艺达到的成分控制指标

2.3 金相学理论与材料科学

在没有显微镜以前，人们难以了解合金结构钢的设计及生产细节，而当显微镜被发明以后，人们开始对合金生产工艺进行更加深入的研究，在科学家逐渐积累和整合理论经验以后，人们形成了冶金科学。在物理力学理论发展以后，人们将物理力字理论融入到冶金科学中，提出了成分－组织－性能半定量或定量的研究，并给出了材料形成的公式。比如Hall-Petch关系式（σs=σo+kd-1/2）提出以后，人们便能够根据需求，就用冶炼技术生产产品。这一公关系式的提出，推进了金相研究和金相检验的发展，它让材料设计更为科学，也为优化材料工艺设计提出了宏观的理论依据。应用金相检验理论，来形成检测技术，当前人们提出了定性、定量、半定量的检测技术，这些技术归纳起来可描述如下：①材料基体相的组织结构及其缺陷，即分析当前材料是否满足人们的需要；②显微组织的取向和状态的非均匀性，即人们需要通过检查材料的带状、分布不均、晶粒度等了解材料静态及动态的变化，为使用材料提供数据理论依据。③第二相的类型、结构、组成、数量、形态、尺寸及分布，比如人们需要了解钢铁材料中的合金元素与碳生产的不同类型的碳化物，在不同的热处理过程中使其以不同的形态析出，是否已达到强化基体的目的。④原子按键力分布的晶体结构和电子按能量分布的原子、离子结构等，随着物理技术的发展，人们已经可以观察到原子和分子结构，然后通过控制原子和分子的方式来对合金结构钢的生产进行控制，从而这种合金结构钢不能满足人们的需求，当前人们已经将超声波技术应用于合金结构钢的焊接技术中，它能过改变合金结构钢的原子结构来进行焊接，这种焊接方式能够突破传统焊接方式的不足，这一技术当前正在发展中。

3 合金结构钢的发展方向

3.1 与信息技术融合

信息技术的发展，让合金结构钢的检测技术变得可视化。比如当前人们已经开始应用超声波来检测合金结构钢材料的质量、结构等，了解它的生产是否满足了人们发展的需求，及在生产的过程中是否存在质量问题[3]。应用了超声波技术，人们可以把合金钢材料的质量与结构以三维图形的方式呈现出来，让合金结构钢的检测更加实时化，直观化是这一技术未来发展的方向。

3.2 与量子力学融合

在量子力学发展以后，人们开始深刻的了解原子和分子材料的变化能够让合金结构钢产生变化，那么人们可以应用这一原理，利用控制原子和分子来改变合金结构钢，比如人们已经可汗以应用X-射线仪、电子衍射仪来对合金结构钢的部分原子与分子进行了控制。

3.3 与传感技术融合

当前人们可以把传感设备植物到对象中，然后利用各种微束或探针技术来实时监测材料的变化。应用了这一技术以后，人们可以动态的了解合金钢结构的基体、第二相、夹杂物、腐蚀产物相关信息，然后结合生产需求对它们产生影响的因子进行控制，这一技术的发展将优化合金结构钢的生产

4 小结

因为社会发展的需求，所以人们创立和发展了金相检验理论，并发展出了金相检测技术。然而当前的金相检验理论及金相检测技术的应用已经不能完全满足人们的需求，人们需要将更多的科学技术融入到金相检验理论及金相检测技术中，促进理论的发展和技术的进步。