（北京市昌平區(qū)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，北京 102200）

磁粉檢測(cè)是一種基于缺陷處漏磁場(chǎng)與磁粉的磁相互作用而顯示鐵磁性材料表面和近表面缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法。由于很多因素都會(huì)影響磁粉檢測(cè)的可靠性，如缺陷的方向及埋藏深度、晶體結(jié)構(gòu)、含碳量、熱處理、靈敏度試片、操作工藝是否合理等，使得到真實(shí)、可靠、有效的磁粉檢測(cè)結(jié)果較為困難。17－4PH（0Cr17 Ni4Cu4 Nb）不銹鋼是在Cr17型不銹鋼基礎(chǔ)上，通過(guò)加入銅、鈮等合金元素實(shí)現(xiàn)沉淀強(qiáng)化的一種馬氏體不銹鋼（表1）。它既具有高的強(qiáng)度和硬度，又具有良好的塑韌性、耐蝕性和加工性，因而廣泛應(yīng)用于航空航天、石油化工和能源等領(lǐng)域。同時(shí)，17－4PH不銹鋼作為沉淀硬化鋼的一種，具有獨(dú)特的磁導(dǎo)性能。在生產(chǎn)過(guò)程中，它有從奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變。而且，該材料隨著沉淀硬化鋼冷加工變硬，磁導(dǎo)率增加，這與其他鐵磁材料的磁導(dǎo)性能相反（17－4PH 力學(xué)性能及磁導(dǎo)率見表2）［1]。

表1 17－4PH不銹鋼成分

表2 17－4PH不銹鋼的性能

在對(duì)某系列17－4PH不銹鋼材質(zhì)的產(chǎn)品進(jìn)行磁粉檢驗(yàn)時(shí)，根據(jù)需方提出的標(biāo)準(zhǔn)要求，檢測(cè)出很多超出標(biāo)準(zhǔn)要求的線性缺陷。筆者在生產(chǎn)部門、質(zhì)量部門的配合下，做了相關(guān)的輔助檢驗(yàn)、跟蹤檢驗(yàn)和分析工作，旨在查出線性缺陷的成因，并為保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性和有效性提供依據(jù)。

1 試樣制備與試驗(yàn)方法

17－4PH不銹鋼的生產(chǎn)主要是通過(guò)熔模鑄造成型，工藝路線主要為制蠟?zāi)?、涂料制殼、焙燒型殼、鑄件澆注、鑄件清理、磁粉檢驗(yàn)、清理鑄件表面、熱處理、磁粉檢驗(yàn)8步。其中，制蠟?zāi)?、涂料制殼和焙燒型殼的工序?qū)﹁T件的組成及成分并無(wú)明顯影響，筆者在此主要介紹其他幾道主要工序。

（1）鑄件澆注 造型澆注溫度為1 580±10℃，靜置4 h以上，轉(zhuǎn)至清理工序處理。

（2）鑄件清理 利用風(fēng)鎬清除型殼，拋丸清理鑄件表面；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)要求的≤1 mm的孔洞及輕微疏松，通過(guò)氬弧焊方法使用同爐焊絲進(jìn)行焊補(bǔ)；再對(duì)焊補(bǔ)后的產(chǎn)品進(jìn)行表面修整，所有表面檢驗(yàn)合格的工件噴砂處理后轉(zhuǎn)入磁粉檢驗(yàn)工序。

（3）磁粉檢驗(yàn) 鑄件按照 HB/Z 72—1995《磁粉檢驗(yàn)》規(guī)定的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，按照Q/5S 341—2002《空空導(dǎo)彈鑄鋼件技術(shù)規(guī)范》磁粉檢測(cè)條款B級(jí)要求驗(yàn)收（表3）。采用固定式交直流CEW系列磁粉探傷機(jī)、A1型標(biāo)準(zhǔn)試片、產(chǎn)品被檢面的白光照度≥1 000 lx，濕法非熒光連續(xù)法磁粉檢測(cè)。探傷工序?yàn)棰?預(yù)處理：使用氣槍吹掉殘余的砂粒及金屬屑等雜物。② 潤(rùn)濕工件：使用磁懸液潤(rùn)濕工件。③ 磁化工件并用符合標(biāo)準(zhǔn)要求的標(biāo)準(zhǔn)試片檢測(cè)：針對(duì)不同工件，通過(guò)計(jì)算選擇適宜的磁化電流值、通電，將標(biāo)準(zhǔn)試片貼附于工件受檢表面，澆磁懸液后觀察，確保檢測(cè)靈敏度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。④ 澆磁懸液并檢驗(yàn)：在通電磁化的同時(shí)澆磁懸液，停止?jié)泊艖乙汉笤偻姅?shù)次，待磁痕形成并滯留下來(lái)時(shí)停止通電，進(jìn)行檢驗(yàn)，若有超標(biāo)缺陷，將磁痕擦掉復(fù)檢，對(duì)于復(fù)現(xiàn)準(zhǔn)確的磁痕進(jìn)行最終判定。⑤ 退磁：將所有檢驗(yàn)完成的工件通過(guò)退磁線圈進(jìn)行退磁。⑥ 出具報(bào)告并將合格工件轉(zhuǎn)至清理工序。

表3 目視、熒光或磁粉檢驗(yàn)B級(jí)驗(yàn)收所允許的表面凹下缺陷

（4）清理表面 對(duì)磁粉檢驗(yàn)合格的工件進(jìn)行噴砂處理，完成后轉(zhuǎn)至熱處理工序。

（5）熱處理 對(duì)工件進(jìn)行固溶＋時(shí)效熱處理：800±10℃保溫2 h后，升溫至1 050±10℃保溫1 h，再進(jìn)行650±10℃保溫2 h，完成后轉(zhuǎn)至磁粉檢驗(yàn)工序。

（6）磁粉檢驗(yàn) 檢驗(yàn)程序與工序（3）相同。合格工件清理表面后入成品庫(kù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果

在進(jìn)行工序（3）磁粉檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，近50%工件的受檢表面存在弧形線性缺陷，如圖1。在兩個(gè)線性缺陷所包含的區(qū)域還有少量的弧狀發(fā)紋如圖2。在一個(gè)線性缺陷的一側(cè)有少量弧狀發(fā)紋，線性缺陷的長(zhǎng)度超出標(biāo)準(zhǔn)要求，且所有的線性缺陷的形態(tài)相似，重現(xiàn)性也很好。

圖1 弧形線性缺陷

筆者從已發(fā)現(xiàn)線性缺陷的不同種工件中選取比較有代表性的缺陷件，對(duì)其磁粉檢驗(yàn)的受檢面進(jìn)行X射線檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，在同一受檢面的相同位置沒有發(fā)現(xiàn)任何缺陷。

圖2 弧狀發(fā)紋圖

此后，選取圖1（a）工件在缺陷位置進(jìn)行線切割，切開后發(fā)現(xiàn)，磁粉顯示的線性缺陷位置并沒有明顯的宏觀缺陷。圖1（b）為線切割后的工件缺陷部分。由圖可以看出，缺陷貫穿工件的整個(gè)橫截面，且磁粉顯示清晰。圖2（a）工件由于不易切割，采用了持續(xù)冷卻磨削的方式檢查線性缺陷深度。圖2（b）中的線性缺陷同樣貫穿工件的橫截面。

筆者對(duì)圖1所示工件中有缺陷顯示的斷面進(jìn)行磨拋，并用苦味酸、鹽酸的混酸腐蝕，觀察金相組織（圖3）。發(fā)現(xiàn)在對(duì)應(yīng)工件有磁粉顯示的位置上，有一暗色的條帶狀區(qū)域，較其他區(qū)域的基體顏色深。為便于分析比較，筆者稱呼暗色區(qū)域?yàn)锳區(qū)，暗色區(qū)域以外的淺色區(qū)域?yàn)锽區(qū)。A區(qū)顏色深說(shuō)明該區(qū)域組織易被腐蝕，有別于B區(qū)的基體組織；而且A區(qū)組織的磁導(dǎo)率與B區(qū)組織不同，導(dǎo)致A區(qū)在磁粉檢測(cè)過(guò)程中形成明顯的磁粉顯示，而B區(qū)的組織屬于正常的基體組織，無(wú)磁粉顯示。

3 檢測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)Q/5S 341—2002標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)驗(yàn)收要求，每個(gè)不合格工件上均有2～10條不等的線性缺陷，其最大尺寸達(dá)到8.5 mm，屬于嚴(yán)重超標(biāo)。但是從樣件的解剖觀察來(lái)看，工件的表面或近表面并沒有發(fā)現(xiàn)宏觀缺陷。這就造成了對(duì)17－4PH不銹鋼材料產(chǎn)品探傷結(jié)果的可靠性的質(zhì)疑。

影響磁粉檢測(cè)結(jié)果可靠性有很多因素，如探傷方法、缺陷的性質(zhì)（裂紋或夾雜物）及形態(tài)、磁化場(chǎng)強(qiáng)與標(biāo)準(zhǔn)試片的選擇、磁粉的性質(zhì)及使用溫度、材料中鐵磁性的差異、磁化場(chǎng)強(qiáng)對(duì)缺陷的檢出能力等。其中的絕大部分在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中已有規(guī)定，但也有一些影響因素在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定不夠詳細(xì)，且在實(shí)際情況中也很難使規(guī)定更詳細(xì)。目前可采用磁粉探傷的試件達(dá)上千種，這上千種試件的鐵磁性不完全相同，在物理、化學(xué)、力學(xué)性能方面也是千差萬(wàn)別，大量探傷實(shí)踐也證明了不同工件的缺陷檢出能力不同。正因?yàn)槊總€(gè)工件的磁化參數(shù)各不相同，不能測(cè)繪出每種材料的磁化曲線，所以現(xiàn)行各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)工件只作定性的區(qū)分。對(duì)于17－4PH不銹鋼工件中出現(xiàn)的線性顯示，筆者認(rèn)為是由于A區(qū)和B區(qū)在組織或成分上的不同，造成了兩者在鐵磁性方面的差異。所以，就有必要采取進(jìn)一步的驗(yàn)證。

筆者將觀察金相用的試樣（2號(hào)試樣）按X射線能量色散譜分析儀要求切取，并用能譜儀作成分分析，結(jié)果如圖4和表4所示。其中圖4（a）為能譜儀在試樣同一視場(chǎng)內(nèi)選取的兩個(gè)不同區(qū)域，每個(gè)區(qū)域進(jìn)行3次不同點(diǎn)檢測(cè)后取均值。對(duì)比表4和表1可知，A區(qū)的Cr含量與C參考含量均比B區(qū)偏低，而A區(qū)的Cu含量則明顯低于B區(qū)。

表4 能譜成分分析結(jié)果

已有的研究表明，Cr和Cu均耐腐蝕，若此兩種元素區(qū)域含量低，則金屬中該區(qū)域易被腐蝕［2－3]；另一方面，由于碳含量對(duì)磁性的影響較大，鋼的最大磁導(dǎo)率會(huì)隨著含碳量的增加而下降，使漏磁場(chǎng)增大，且Cr，Cu含量的減少也會(huì)使漏磁場(chǎng)增大［4－5]，這就導(dǎo)致A區(qū)、B區(qū)之間存在磁導(dǎo)率差異，進(jìn)而造成了磁粉檢測(cè)過(guò)程中的缺陷顯示。由此可以確定，檢測(cè)過(guò)程中所發(fā)現(xiàn)的線性缺陷是由成分偏析導(dǎo)致的磁粉顯示，并推測(cè)該工件中的成分偏析是在澆鑄過(guò)程中形成的。

將1號(hào)試樣與合格產(chǎn)品一同進(jìn)行了生產(chǎn)工藝規(guī)定的熱處理。發(fā)現(xiàn)熱處理后試樣宏觀無(wú)明顯變化，進(jìn)行磁粉檢測(cè)后形成的線性顯示與原線性顯示處對(duì)應(yīng)，且線性顯示處磁粉聚集略顯松散。該結(jié)果表明，在固溶＋時(shí)效的熱處理后，偏聚元素產(chǎn)生了一定程度的擴(kuò)散，A，B區(qū)的磁導(dǎo)率差異減小，漏磁場(chǎng)降低，工件線性顯示處的磁粉聚集能力減弱。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證成分偏析導(dǎo)致的漏磁場(chǎng)的變化，筆者增加了均勻化的熱處理工藝，即在850±10℃保溫1 h，1 040±10℃保溫4 h。試樣在采取了上述熱處理工藝后，進(jìn)行與原工藝相同規(guī)范的磁粉檢驗(yàn)，在原位置未發(fā)現(xiàn)任何線性顯示。這是由于經(jīng)過(guò)均勻化處理后，偏聚的元素進(jìn)一步擴(kuò)散，所有磁疇的磁矩都沿外加磁場(chǎng)方向有序排列，達(dá)到磁化飽和。消除了A，B區(qū)磁導(dǎo)率差異，同一位置的金相組織也消除了腐蝕后的顏色差異。

為了從根本上解決成分偏析的問題，筆者將原有工藝中澆鑄工序的造型澆注更改為挑殼澆注，以改善鑄件的冷卻條件，盡量減少偏析缺陷的發(fā)生。另外，為了提高磁粉檢測(cè)結(jié)果的可靠性和有效性，筆者又將磁粉檢測(cè)的次數(shù)由熱處理前、后各一次改為：批量生產(chǎn)連續(xù)2次合格率達(dá)到90%以上后，僅于熱處理之后進(jìn)行磁粉檢測(cè)。這兩項(xiàng)工藝更改在后續(xù)的實(shí)際生產(chǎn)中也被證明了是合理的。

在進(jìn)行上述觀點(diǎn)驗(yàn)證的同時(shí)，筆者通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在同材質(zhì)補(bǔ)焊后的工件上做磁粉檢驗(yàn)也會(huì)有另一種形態(tài)的磁粉顯示，如圖5（a）。解剖后對(duì)有磁粉顯示的斷面觀察，如圖5（b），其晶粒大小明顯區(qū)別于鑄態(tài)或熱處理狀態(tài)的晶粒，左側(cè)為基體區(qū)域（已熱處理），右側(cè)為補(bǔ)焊試驗(yàn)區(qū)域。而晶粒愈大，磁導(dǎo)率愈大，矯頑力愈小，漏磁場(chǎng)就小；相反，晶粒愈小，磁導(dǎo)率愈小，矯頑力愈大，漏磁場(chǎng)就大。因此，隨著材料晶粒的逐漸增大，磁粉檢測(cè)的可靠性逐漸降低［5]。

圖5 補(bǔ)焊工件缺陷

此外，實(shí)際生產(chǎn)中也會(huì)出現(xiàn)在異材焊接工件上做磁粉檢驗(yàn)的情況。此時(shí)要求檢測(cè)人員充分了解被檢工件的材質(zhì)情況，注意區(qū)分缺陷的真?zhèn)?，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確、可靠［6]。

3 結(jié)論

（1）17－4PH不銹鋼產(chǎn)品在磁粉檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)的線性缺陷，是由于成分、組織偏析導(dǎo)致的偽缺陷顯示。

（2）由成分、組織偏析造成的偽缺陷可以通過(guò)均勻化熱處理方法來(lái)消除；也可以通過(guò)改變澆注系統(tǒng)或改善散熱條件的方式來(lái)避免成分、組織偏析的產(chǎn)生。

（3）重視影響磁粉檢測(cè)可靠性的因素非常必要，而目前由于磁化規(guī)范不夠詳細(xì)，造成在磁粉實(shí)際檢測(cè)方面存在諸多問題。無(wú)論是現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，還是以往的專家、學(xué)者積累下的經(jīng)驗(yàn)，都還需要做更多的工作，才能使磁粉檢測(cè)的理論系統(tǒng)更加嚴(yán)謹(jǐn)和全面。筆者將在后續(xù)完善和細(xì)化磁化規(guī)范方面繼續(xù)研究。

［1]Bob Potter.NDT of Precipitation Hardened Steels U－sing Fluorescent Magnetic Particle Testing［M].A－merican Society for Nondestructive Testing，Nondestructive Testing Handbook，second edition：Volume 6，Magnetic Particle Testing.Online.

［2]董允，林曉聘，姜曉霞.鉻、相對(duì)不銹鋼腐蝕與腐蝕磨損性能的影響［J].機(jī)械工程材料，1997，21（6）：29－31.

［3]姚新茹.銅含量對(duì)普碳鋼耐蝕性能的影響［J].鋼鐵研究，1985，39（6）：39.

［4]葉代平，蘇李廣.磁粉檢測(cè)［M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：12－16.

［5]焦政.磁粉檢測(cè)的可靠性［J].安徽化工，2006（4）：55.

［6]盧剛.用不銹鋼焊條焊補(bǔ)鑄鋼件的磁粉探傷［J].無(wú)損檢測(cè)，1992（6）：172.