高速钢块规

2022年4月23日，中国仪器仪表行业协会（简称“协会”）受南京航空航天大学委托，组织相关专家以视频会议的形式召开了科技成果评价会，对南京航空航天大学完成的科技成果“高速钢轨伤损检测关键技术及应用”进行成果评价。本次评价委员会由清华大学戴琼海院士、深圳大学陈湘生院士、西安交通大学卢秉恒院士与蒋庄德院士、中国科学院王秋良院士、宁夏吴忠仪表有限责任公司董事长马玉山院士、中国无损检测学会理事长沈功田理事长、中国科学院声学研究所张碧星主任、中国航发北京航空材料研究院郭广平副总师共计9位专家组成。戴琼海院士承担评价专家委员会的主任，沈功田理事长担任评价专家委员会副主任。协会秘书长李跃光主持会议。 南京航空航天大学王平教授对“高速钢轨伤损检测关键技术及应用”项目进行了全面汇报。本项目研究成果技术难度很大，创新性很强，取得了多项自主知识产权，其中专利38项，软件著作权2项，制订团体标准2项，发表论文45篇，为解决“国产替代”方面的问题做出了积极贡献。该项目成果在多个铁路局和多个城市的轨道交通单位进行了无损检测和智能运维领域的应用，取得了显著的社会效益和经济效益。 之后，评价委员会专家审查了相关资料，经质询和讨论，评价专家委员会一致同意通过评价。项目总体达到国际先进水平，研制的钢轨表面伤损高速漏磁检测系统属国际首创，在表面伤损检测、里程同步、激光对中指标方面达到国际领先水平。

工具钢常用于切割零件以及成品精加工，可大致分为：碳素工具钢（SK）、合金工具钢（SKS,SKD,SKT）以及高速工具钢（SKH）。其中由于高速工具钢所具备的突出的硬度、耐热性和耐磨损等性能，使其更适用于各型高速切割及高速钻孔工具。随着科学技术的迅速发展以及高难度应用场景的更迭出现，通用性能的高速工具钢已无法满足工业和科研需求，对于其机械性能的提升和精准控制提出了更严苛的要求，下文将举例介绍电子探针（EPMA）在高速工具钢中的应用。图1. 岛津场发射电子探针EPMA-8050G岛津EPMA-8050G型电子探针（图1）搭载高质量场发射电子光学系统，结合岛津特有的52.5°高X射线取出角和全聚焦晶体，可以实现：01优越的空间分辨率EPMA-8050G可达到的更高级别的二次电子图像分辨率3nm（加速电压30kV）。（加速电压10kV时20nm@10nA/50nm@100nA/150nm@1μA）02大束流更高灵敏度分析可实现其他仪器所不能达到的大束流（加速电压30kV时可达3μA）。在超微量元素的检测灵敏度上实现了质的飞跃，将元素面分析时超微量元素成分分布的可视化成为现实。岛津研发部门使用EPMA-8050G仪器对高速工具钢开展了表面元素面扫描（mapping）及相分析（phase diagram）等研究。高速工具钢的制作过程简单来说是在高温条件下将大量的V、Cr、Mo、W等合金元素与钢材混熔，淬火然后回火至500℃，这一过程中金属元素碳化物不断沉淀达到回火硬化的效果。依据合金元素组成的差异，高速工具钢可分为W系高速钢、Mo系高速钢以及V系高速钢。图2. 分别展示了Mo系高速工具钢表面钢本体元素（Fe、C、Si）及添加元素（Mo、V、Cr、W）的面分布情况。图2. 高速工具钢表面各元素面扫描图合金元素碳化物分析：在钢中同时加入多种特殊合金元素时，数量最多的合金元素往往以碳化物形式优先析出，如果加入数量一致的多种元素，则与碳亲和性更强的添加元素更多以碳化物形式沉淀。研究表明，对于添加多种具有强的碳亲和性碳化物形成元素的合金钢，根据合金元素的绝对含量和相对比例，从第一相碳化物析出到形成最后的多种稳定碳化物相，其中的碳化物沉淀类型、顺序以及其韧性和硬度的变化均遵循一个复杂的规律轨迹。从低温升至500℃的过程中，主要以M3C碳化物组织形式沉淀，当温度逐渐超过500℃以后，碳化物以Fe3C型结构为主，直至达到固溶极限以后，除Fe3C以外的合金元素碳化物开始析出。以本文中的Cr、V、W、Mo合金元素为例，Cr优先以Cr7C3形式与Fe3C同时沉淀，其他元素则随后在回火硬化阶段分别以V4C3、W2C和Mo2C形式析出。碳化物相分析：从元素mapping图中可以看出各合金元素碳化物并不是以单一物相产出的，而是多物相混合存在的。因此图3. 相图中展示的是主要物相的分布情况，而依据图4. 三元混合相图所展示的主要物相划分依据，当区域内V元素含量超过24 wt.%时该区域被划分为红色的V碳化物主物相区，以此类推当Mo含量超过18 wt.%时被划分为蓝色的Mo碳化物主物相区，当Cr含量大于24 wt.%时被划分为绿色的Cr碳化物主物相区，而黄色区域则代表富Fe基体且合金元素呈低含量固溶混合的区域，其中没有一种合金元素含量超过其碳化物主物相区划分阈值。图3. 相图图4. 三元混合相图图5. 则选择三对两两不共存的元素分别作为X/Y/Z轴的+/-两端元，其中X+/-分别代表Mo和Cr端元，Y+/-分别代表Fe和C端元，Z+/-分别代表V和W端元，因此XYZ 3D图中的8个象限则可分别代表8种不同的三元混合相图，研究者可以从中提取出更多的多物相混合的信息。图5. 3D混合相图（XYZ）更多电子探针仪器信息和相关应用敬请关注岛津科技资讯通推文内容。本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

现如今工业化社会对于钢材的需求不断膨胀，尤其是汽车行业。为了改善目前的非创伤性钢坯检测方法，实现更高效、更安全、更高质量地检测粗钢质量的目标，南非技术专家H.Rohloff (Pty) Limited公司开发出了Billet InspectIR，这是一款全自动高速钢坯钢管在线检测系统，这套先进的系统完全依赖于FLIR热成像技术检测圆形和方形钢坯的表面缺陷。H.Rohloff (Pty) Limited其成立于1946年，现在已经成长为南非100强技术公司之一。Rohloff™ 通过了ISO 9001:2008认证，是高质量、高科技材料测试和测量设备、系统和解决方案的代名词。Rohloff提供和维修各类高质量、高科技测试和测量产品，以满足各行各业的广泛需求。公司为个人、企业、独立批发商和经销商提供各种解决方案，从便携式或单机红外热像仪到交钥匙工程。新型钢材检测系统应运而生钢材自动检测系统的要求来自于钢铁行业自身。H. Rohloff技术总监Louie van der Walt先生表示：“一家钢厂客户想用某种设备替代目前的人工视觉检测系统，现有方法很费时且没有可追溯性。因此，新的解决方案要能提供可追溯性，并且提供相关的文件用于质量控制。”除此之外，新的检测系统还要快速、安全、灵敏、可靠，无接触式。另外根据方向、长度和深度快速归类钢坯瑕疵的能力也很重要。作为有着多年热成像经验的公司，H. Rohloff深知热成像技术是成功的关键。“我们已经证明使用现代红外热成像技术能满足所有这些要求。热成像无疑在现在的制造工艺领域大有用武之地，因为它完全符合无损检测（NDT）的原则，”Louie Van der Walt评价说。因此，他们开发了基于FLIR红外热成像仪开发了全自动高速钢坯钢管在线检测系统——Billet InspectIR。该系统安装四个FLIR A615红外热像仪红外检测系统的构成与优势InspectIR系统包含一个红外热像仪箱，信号处理系统，操作控制柜，感应加热器，感应线圈，水冷系统，输送机和瑕疵标记设备。其中，红外热像仪箱长5米，宽1米，高3米，重5吨，安装在铝制框架内，它能根据所检测材料的尺寸自动调节高度。板材、棒材和管材被装到输送机上，然后通过红外热像仪箱送入。InspectIR系统在箱内，三个不同尺寸的感应线圈中的一个会将材料表面加热到20°C，表面破损的区域温度显示高于其它区域。根据用途不同，在箱内各角会安装三台到四台FLIR红外热像仪，以1米/秒的速度采集经过加热后的钢坯所释放的信息。随后，高级信号处理系统会对数据进行分析，使用算法识别、量化并显示瑕疵。专门设计的瑕疵识别软件是同几家钢材制造商联合开发的。Billet InspectIR® 设计用于全自动检测线上运行，能有效消除人为误差的风险。标记站使用水性漆标记瑕疵的位置，或如果需要，将材料标记成次品。钢坯检验员根据方向、长度和深度对缺陷进行分类InspectIR系统的一个重要原理是，检测到的缺陷温升与表面缺陷的深度有关。van der Walt先生解释道：“这个解决方案是独特的（目前市场上还没有类似产品），Billet InspectIR的特点是报告可追溯，并能根据方向、长度和深度对瑕疵进行归类。从材料检测的角度来看这一点尤其重要，因为它能使用户判断是将产品报废还是返工，以消除瑕疵。同时它还是无接触式的，确保不会出现磨损，而且移动部件很少，所以只需低程度的维护。”InspectIR系统的一个重要原理是，检测到的缺陷温升与表面缺陷的深度有关每台FLIR红外热像仪每秒钟进行60次测温，总共进行76,800次测温。这就意味着四个高级信号处理器每秒钟要分析4,608,000个测温数据。InspectIR软件能自动分辨小至1°C的温度变化，检测出的瑕疵将根据深度进行归类，瑕疵深度与ΔT成正比。InspectIR系统（包含四个FLIR热像仪）检测到方形坯料上有角部缺陷的测试屏幕新式检测系统可提高生产率“使用Billet InspectIR 系统能大幅度提高生产率，”van der Walt先生评价道。过去对钢筋的扫描仅仅是目测，或是磁粉探伤。肉眼检测非常有局限性，只能评估材料表面看得见的缺陷，而且很费时间，并受操作者视敏度和专业知识的限制。磁粉探伤（MT）用于定位铁磁材料表面和浅表处的缺陷。磁化的部分如果出现瑕疵会导致磁场（即磁通量）流失。如果在材料表面涂上磁粉，磁粉会因为磁漏被固定，为检测提供一个可见的标记。这种方法虽然有效，但也很费时。“过去肉眼检测每根钢材一般需要2分钟，使用InspectIR，能以每根6秒的速度完成检测，”van der Walt先生解释道。热图像清楚地显示了钢坯中的缺陷FLIR A系列红外热像仪