1. Wie können wir aus makroskopischer Sicht zunächst die Gleichmäßigkeit des Gewebes durch visuelle Inspektion oder bei geringer Vergrößerung bestimmen?
Beizinspektion (Inspektion mit geringer Vergrößerung): Die gebräuchlichste makroskopische Methode. Eine Probe wird geschnitten und mit heißer Säure (z. B. Salzsäurelösung) geätzt. Aufgrund von Inhomogenitäten in der Mikrostruktur, die durch chemische Segregation, Porosität oder Einschlussaggregation verursacht werden, treten nach dem Säureätzen unterschiedliche Farbschattierungen, Fließlinien oder Flecken auf.
Homogene Mikrostruktur: Die geätzte Oberfläche sollte eine gleichmäßige grauweiße oder hellgraue Farbe aufweisen, mit einer dichten Makrostruktur und ohne offensichtliche dunkle Flecken, helle Linien oder Porosität.
Inhomogene Mikrostruktur: Wenn eine sichtbare Streifenseigerung (abwechselnde schwarze und weiße Streifen), eine zentrale Seigerung (ein dunkler Streifen in der Mitte der Platte) oder helle weiße Streifen (lokale Anomalien in der Zusammensetzung) beobachtet werden, weist dies auf eine schwere Inhomogenität in der chemischen Zusammensetzung oder der Erstarrungsstruktur des Stahlcoils hin.
Beobachtung der Bruchoberfläche: Die Probe wird gestanzt oder gebrochen und die Bruchmorphologie wird beobachtet.
Die Bruchfläche einer homogenen Mikrostruktur ist in der Regel gleichmäßig faserig (duktiler Bruch).
Wenn auf der Bruchoberfläche kristalline Facetten (Feuerstein) oder weiße Flecken auftreten, können grobe Körner oder Einschlussaggregate vorhanden sein, die zu lokaler Sprödigkeit führen.
2.Was bestimmt konkret die Gleichmäßigkeit der Mikrostruktur (metallografisch)? Wie wird die Korngleichmäßigkeit beurteilt?
Gleichmäßigkeit der Korngröße: Dies ist der wichtigste Indikator.
Idealzustand: Die Korngröße im Sichtfeld sollte grundsätzlich gleichmäßig sein, eine gleichachsige Kristallform aufweisen und die Größenverteilung sollte konzentriert sein. Gemäß den ASTM E112-Standards kann es als einheitlich angesehen werden, wenn die überwiegende Mehrheit der Körner innerhalb von 2–3 benachbarten Ebenen konzentriert ist (z. B. hauptsächlich Ebene 8, mit einer kleinen Anzahl von Ebenen 7 und 9).
Inhomogener Zustand (Mischkorn): Wenn grobe Körner (z. B. ASTM Level 5) und feine Körner (z. B. ASTM Level 10) gleichzeitig im Sichtfeld vorhanden sind, spricht man von einer gemischten Kornstruktur. Dies ist ein großes Tabu beim Tiefziehen und führt zu ungleichmäßiger Verformung und hoher Rissanfälligkeit.
Gleichmäßigkeit der Phasenverteilung: Für Dual-Phasenstahl (Ferrit + Martensit) oder Mehrphasenstahl.
Idealzustand: Die harte Phase (Martensit/Bainit) sollte gleichmäßig und diffus auf der weichen Ferritmatrix verteilt sein und eine Netzwerk- oder Inselstruktur bilden, anstatt zu agglomerieren oder als längliche Streifen zu erscheinen.
Nicht-einheitlicher Zustand: Wenn der Martensit in Bändern verteilt ist oder in einigen Bereichen keine Martensite und in anderen eine große Menge an Martensiten vorhanden sind, deutet dies auf eine Mikroseigerung von Legierungselementen (wie Mn und C) hin, die zu einer asynchronen Phasenumwandlung führt.
3.Was ist Bandgewebe? Wie stört es die Gewebehomogenität?
Definition: Unter dem Mikroskop sind Ferrit und Perlit (oder andere Mikrostrukturen) parallel und abwechselnd in Streifen entlang der Walzrichtung von Stahl verteilt, ähnlich wie Baumringe.
Ursachen: Hauptsächlich aufgrund der dendritischen Entmischung während der Erstarrung des Stahlbarrens. Zwischen den Dendriten reichern sich Legierungselemente (vor allem Mangan und Phosphor) an. Beim Warm- und Kaltwalzen werden diese angereicherten und verarmten Bereiche verlängert und bilden chemisch differenzierte Bänder. Beim anschließenden Abkühlen oder Glühen wandeln sich diese Bereiche mit unterschiedlicher Zusammensetzung in unterschiedliche Mikrostrukturen um.
Schädliche Auswirkungen:
Anisotropie: Führt zu erheblichen Unterschieden in den mechanischen Eigenschaften des Materials in Quer- und Längsrichtung, insbesondere zu einer deutlichen Verringerung der Querplastizität und Zähigkeit.
Rissbildung: Beim Biegen oder Tiefziehen bilden sich leicht Risse entlang der Grenzfläche zwischen Ferrit- und Perlitbändern.
Bewertungskriterien: Bewertung gemäß den Standards GB/T 13299 oder ASTM E1268. In der Industrie muss die Streifenbildung normalerweise kleiner oder gleich 2 sein (je niedriger, desto besser). Bei hochwertigen Automobilstahlblechen muss die Streifenbildung in der Regel beseitigt werden oder kleiner oder gleich 1 sein.
4. Wie können wir neben Korngröße und Mikrostruktur auch die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung (Mikrosegregation) beobachten?
Oberflächenanalyse mit Elektronenstrahlmikroanalyse (EPMA) oder energiedispersiver Spektroskopie (EDS): Dies ist die direkteste Methode. Durch das Scannen der Probenoberfläche mit einem Elektronenstrahl werden Oberflächenverteilungskarten bestimmter Elemente (wie Mn, Si, P, Cr) erstellt.
Homogene Mikrostruktur: Die Elementverteilungskarte zeigt eine einheitliche Farbe ohne offensichtliche Konzentrationspunkte oder gebänderte Konzentrationsbereiche.
Inhomogene Mikrostruktur: Wenn deutliche Segregationsbänder von Mangan beobachtet werden (dunkle Farbe und gestreiftes Aussehen) oder Phosphor an den Korngrenzen angereichert ist (ungewöhnlich helle Farbe an den Korngrenzen), ist dies ein direkter Beweis für eine mikroskopische Inhomogenität der Zusammensetzung.
Mikrohärte-Eindruckmethode: Hierbei wird die Mikrostruktur indirekt durch Testen der Mikrohärte beurteilt. Im Mikro--Bereich wird eine Reihe von Härtepunkten eingeprägt (in Schritten von 10–50 Mikrometern).
Wenn die Härtewerte stark schwanken (z. B. hohe Härte in Segregationsbändern und niedrige Härte in verarmten Bereichen), deutet dies auf erhebliche Unterschiede in der Zusammensetzung oder Mikrostruktur innerhalb dieses Mikrobereichs hin, was zu einer schlechten Homogenität führt.
5.Wie lässt sich die Gleichmäßigkeit der Verteilung nicht-metallischer Einschlüsse bewerten?
Bewertungsmethode: Beobachten Sie die Morphologie und Verteilung von Einschlüssen unter einem Mikroskop (normalerweise 100x) gemäß nationalen Standards (z. B. GB/T 10561, entspricht ISO 4967) oder ASTM E45-Standards.
Wichtige Bewertungspunkte:
Typidentifikation: Unterscheiden Sie zwischen Klasse A (Sulfide), Klasse B (Aluminiumoxid), Klasse C (Silikate), Klasse D (kugelförmige Oxide) und Klasse DS (große Einzelpartikeleinschlüsse).
Feinheit und Menge: Klassifizieren Sie statistisch die Feinheit und Grobheit jeder Art von Einschlüssen. Je niedriger die Klassenzahl, desto weniger und kleinere Einschlüsse.
Verteilungsmorphologie:
Gleichmäßig: Einschlüsse sind klein, verstreut und die Menge ist in jedem Sichtfeld ungefähr gleich.
Ungleichmäßig: Kettenartig (Einschlüsse der Klasse B sind in einem Perlenmuster verteilt) oder große Partikelansammlung (Klasse DS). Insbesondere kettenartiges Aluminiumoxid kann die Metallmatrix stark zerreißen und beim Stanzen Risse verursachen.
Ideales Ziel: Für qualitativ hochwertige kaltgewalzte Coils (z. B. Automobilplatten und DI-Materialien) ist es im Allgemeinen erforderlich, dass der Anteil verschiedener Einschlüsse (insbesondere der spröden B- und D-Typen) kleiner oder gleich 1,5 oder 1,0 ist und dass keine groben Einschlüsse vorhanden sein dürfen.