渦流檢測是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的一種無損檢測方法，通過檢測工件內(nèi)感應(yīng)電流的變化情況，可以得到材料的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、形狀、尺寸等參數(shù)的變化情況，以發(fā)現(xiàn)工件中的缺陷。渦流檢測的優(yōu)點有：不與被檢件接觸、無耦合介質(zhì)、檢測快速等，且渦流檢測更易實現(xiàn)在線檢測，有利于對產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量追溯及過程控制，在一定程度上可避免人為引起的誤差。鍛鋼冷軋輥渦流檢測技術(shù)多采用探頭式(放置式)線圈進(jìn)行自比式檢測，即比較同一被檢工件的不同部分。工件幾何參數(shù)的變化較小，對線圈阻抗的影響較小，若被檢部位存在裂紋，線圈會感應(yīng)出急劇變化的信號，從而達(dá)到檢測目的。
研究人員對不同規(guī)格的試樣進(jìn)行渦流檢測，采用硬度測試、化學(xué)成分分析、金相檢驗、殘余應(yīng)力測試等方法對不同渦流信號位置進(jìn)行分析，并對鍛鋼冷軋輥中渦流檢測技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討，研究結(jié)果可為科學(xué)試驗、工業(yè)生產(chǎn)提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。
1、試驗材料與方法
1.1 試驗材料
選取3個不同規(guī)格試樣，同時進(jìn)行鍛造、球化退火、調(diào)質(zhì)及淬火處理,試樣1~3的規(guī)格(直徑×長度)分別為400mm×1500mm，550mm×1600mm，550mm×1800mm，Cr元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%，5%，6%。
1.2 試驗方法
采用不同的淬火工藝對試樣1~3進(jìn)行磨削處理，使試樣表面粗糙度≤0.8μm。采用渦流探傷儀對試樣進(jìn)行渦流檢測，標(biāo)定渦流信號點，對信號點進(jìn)行硬度測試、化學(xué)成分分析、金相檢驗、殘余應(yīng)力測試。
2、試驗結(jié)果
試樣1~3的渦流檢測結(jié)果如圖1所示，其中紅色區(qū)域為渦流超標(biāo)信號。試樣1~3的計算信號區(qū)面積分別為45，86，67cm2。
2.1 硬度測試
標(biāo)記出渦流信號所在的試樣表面位置，采用里氏硬度計對試樣1~3信號區(qū)及正常區(qū)進(jìn)行硬度測試，結(jié)果如表1所示。由表1可知：試樣1~3均存在渦流軟點信號區(qū)，且渦流信號區(qū)均存在硬度偏高現(xiàn)象。
2.2 化學(xué)成分分析
采用直讀光譜儀對試樣1~3信號區(qū)及正常區(qū)進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表2示。由表2可知：試樣1~3不同區(qū)域的化學(xué)成分均相差不大，說明渦流信號的產(chǎn)生與試樣的化學(xué)成分無明顯關(guān)系。
2.3 金相檢驗
采用光學(xué)顯微鏡對試樣1~3信號區(qū)及正常區(qū)進(jìn)行顯微組織觀察，結(jié)果如圖2所示。試樣1~3信號區(qū)及正常區(qū)的晶粒度評定結(jié)果如表3所示。由圖2和表3可知：試樣1~3各區(qū)域顯微組織均為正常的回火隱晶馬氏體+點、粒狀碳化物+少量殘余奧氏體，且信號區(qū)與正常區(qū)的晶粒度無明顯差異。
2.4 殘余應(yīng)力測試
采用應(yīng)力測試儀對試樣1~3信號區(qū)及正常區(qū)進(jìn)行表面殘余應(yīng)力測試，結(jié)果如表4所示。由表4可知：試樣1~3各部位均為壓應(yīng)力狀態(tài)，即鋼中晶面間距隨壓應(yīng)力的增大而減小，信號區(qū)的應(yīng)力高于正常區(qū)域，說明信號區(qū)晶面間距減小的程度更加明顯，進(jìn)而使材料的電導(dǎo)率升高。渦流檢測是在工件中產(chǎn)生渦電流的過程，因此，可以建立渦流與應(yīng)力的對應(yīng)關(guān)系。說明材料電導(dǎo)率的分布與渦流信號存在相關(guān)性，渦流檢測技術(shù)可以評估殘余應(yīng)力的大小。
3、綜合分析
軋輥渦流檢測信號受到材料殘余應(yīng)力的影響，結(jié)合實際生產(chǎn)中的工藝過程可以判斷：表面淬火過程中感應(yīng)線圈電流磁場轉(zhuǎn)變過程會導(dǎo)致局部區(qū)域出現(xiàn)加熱充分、碳化物溶解、奧氏體化充分等現(xiàn)象，使材料表面晶粒尺寸變大、表面硬度增加。
目前試樣1~3均已完成了10個以上的軋制周期，使用過程中未發(fā)生任何影響軋制板面的異?，F(xiàn)象，且在試樣使用過程中，渦流信號隨軋輥直徑的增大而迅速降低(見圖3)。說明該類渦流信號主要分布在軋輥近表面，與表面淬火應(yīng)力的分布有高度的對應(yīng)性，進(jìn)一步證實了軋輥渦流檢測信號與材料的殘余應(yīng)力有關(guān)。
4、結(jié)論及建議
軋制前的軋輥渦流信號為淬火過程中的工件表面殘余應(yīng)力分布不均所致，且隨工件合金含量的增加，其殘余應(yīng)力差值逐漸增大。該類渦流信號不會造成任何軋輥使用異常，且渦流信號在使用初期的5~8個周期內(nèi)會迅速降低至較低水平。
目前，鍛鋼冷軋輥并無行業(yè)統(tǒng)一的渦流檢測控制標(biāo)準(zhǔn)，因此，在鍛鋼冷軋輥使用維護(hù)過程中，各軋線應(yīng)該根據(jù)不同軋制工況、現(xiàn)場檢測設(shè)備的型號特點，制定不同的管控要求。
作者：張大偉，羅昌，王文明
單位：寶鋼軋輥科技有限責(zé)任公司
來源：《理化檢驗-物理分冊》2023年第9期
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