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科技论文

GCr15连铸坯组织及缺陷的超声波检测

赵荒培

（中冶京诚（营口）装备技术有限公司营口115004）

本文采用UT评估大型轴承钢连铸坯的质量。提出组织衰减、表征缩孔及指示性缺陷的数

字表述等三项指标。可作为评判连铸坯质量的判据。

关键词：UT,连铸坯，轴承钢，质量

随着国内工业的发展，轴承钢需求量日益增加。轴承钢连铸坯（≥Ф600mm）

的组织与缺陷对最终产品质量有相关影响。因此，提高轴承钢的质量的研究对于

企业的发展，满足市场需求起着重要的作用[1-4]。

常规的连铸坯的宏观检查虽然能直观地观察到偏析，疏松、缩孔等缺陷；但

其单一横截面的检测不易对整体质量进行准确的评估。相对于装备制造行业而

言，对连铸坯进行检查，以便较早除去对后面工序无价值的不合格品，可以改善

制造方法和作业方法以及提高效率。

本文采用检测连铸坯的超声波组织衰减及其孔洞式缺陷。并试图制定一个适用

于对生产具有参考意义的方法。

1大型连铸坯检测依据

1.1GCr15低倍组织的特点

GCr15轴承钢是一种典型的高碳特殊钢。其低倍组织有两个显著地特点：（1）

凝固组织与宏观碳偏析关系颇为复杂；（2）由于其高碳、铬所导致的凝固温度区

较宽，其低倍组织缩孔出现的概率较大。

连铸坯由外至内，柱状晶、树枝晶、和等轴晶组成。外层的超声波穿透性好于

内部等轴晶。钢锭的结晶由外至内，激冷层-柱状晶（树枝晶）-等轴晶（自由晶）。

柱状晶的超声波的穿透性比等轴晶好。金属的显微组织的差异对超声波衰减有显

著影响。衰减小的具有较细的晶粒而致密。其底波和伤波下降较小。

1.2UT检测的目的

UT是用于非破坏性方法把材料中的缺陷作为超声波能量的变化检测出来简洁

方法[5-10]。可以直接而客观地估计：是否存在缺陷，其位置、分布与形状等。

这些推断必须加上材料的性质、制造的方法等冶金学的统计经验和知识，而且有

时还需要与其它的方法结合使用。

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连铸坯UT分选（1）标准以上后工序→UT→选别

（2）标准以下→低倍试验（异常组织偏析，

或孔洞式缺陷）→合格（或不合格）→补救（或判废）。

1.3UT检测难点

现场连铸坯的UT检测，常采用黑皮探伤。不但其探头与钢锭表面的接触状况

不稳定是无法定量检测的原因之一，而且其内部缺陷反射波，波高与缺陷的对应

关系不确定，因此其缺陷等级无法准确判定。如侧面探测大铸坯的缩孔型缺陷时

相当于圆柱性缺陷。而气泡或夹杂（渣）等缺陷相当于球状缺陷。圆板形缺陷与

其面积成正比，球状缺陷的反射与其直径成正比，而圆柱形的反射与其直径的平

方根成正比。

其次，缺陷的倾斜和粗糙度，铸态材料的内部缺陷表面往往不光滑（缩孔表面

粗糙尤甚）。其实际缺陷的反射比之人工缺陷的反射小的多。常导致过小评价缺

陷等级的错误。缺陷波的指向性。对于声波垂直入射的任一情况下，缺陷的反

射特性因其形状、大小而有很大的不同。

再次，缺陷的性质。当缺陷与基体的声阻抗之比非常大时，声波将在该缺陷表

面几乎完全反射，如钢材中的裂纹、气泡等反射。然而非金属夹杂物密集区产生

的缺陷反射波较之裂纹等小的多。对于呈立体分布的非金属夹杂物，其反射波高

与其面积和密集度有关。

此外，小信号叠加反射。一定范围，虽然单个缺陷的尺寸小于规定的判伤界限，

但临近诸多小缺陷群体信号的叠加则使群体缺陷的检测成为可能。如：组织反射。

钢的化学成分偏析及组织不均匀可引起超声波的反射。

总之，超声波检测钢锭、连铸坯，其内部缺陷性质，大小难于判定。但可以

对其组织的声波衰减，大的孔洞式缺陷给出孰优孰劣的推论。这也是本文的目的。

1.4UT的质量级别

1.4.1考虑试样衰减大的分类

缺陷反射波，只用大小进行分类，没有考虑材料的衰减。如果考虑材料的衰减，

需要先制定出被检材料的底波多次反射的标准次数，然后按比其多或少的材料的

多次反射次数。来规定反射波高度的分类范围。被检才材料的底波反射次数比标

准次数少的是相对衰减大的材料。在显示屏上就会出现过小的缺陷波。反之，比

标