G50鋼是我國自行設計的一種不含鈷的低合金鋼，因其具有高強度高韌性的特點，常用于航空航天、智能彈藥等軍事領域，冶煉工藝一般為真空感應＋電渣重熔。我公司某型號航天產品用G50鋼在進廠驗收中，發(fā)現(xiàn)鋼材低倍試片上存在大量暗黑色斑點，且沿半徑方向呈放射狀分布，經對照ASTM A604標準判定為徑向偏析。
為了探究徑向偏析對鋼材力學性能的影響，對原材料鋼材取樣進行了低倍試驗，熱處理后分別進行了力學性能試驗及金相組織分析。鋼材熱處理工藝為：900～930℃正火，660～700℃退火，860～900℃油冷淬火，250～350℃空冷回火。
1.理化檢驗
（1）宏觀檢驗
某型號航天產品用G50鋼在橫截面低倍組織上發(fā)現(xiàn)大量黑色斑點，且沿半徑方向呈發(fā)散狀分布，如圖1所示，依據ASTMA604《自耗電極再溶化鋼棒與鋼坯的宏觀腐蝕試驗方法》評定為徑向偏析C級。
圖1 G50低倍組織
（2）力學性能試驗
分別在未發(fā)現(xiàn)徑向偏析與發(fā)現(xiàn)徑向偏析的鋼材上取拉伸試樣與沖擊試樣進行力學性能試驗，依據GB/T 228.1—2010在電子萬能試驗機上進行拉伸試驗，依據GB/T 229—2007在擺錘試驗機上進行沖擊試驗；試驗結果見表1，表2。
表1 未發(fā)現(xiàn)徑向的偏析鋼材力學性能
試樣 | Rm | Rp0.2 | A | Z | K-u2 |
1 | 1772 | 1449 | 11.5 | 47 | 65 |
2 | 1763 | 1438 | 11.0 | 46 | 66 |
3 | 1756 | 1436 | 12.0 | 48 | 70 |
4 | 1774 | 1440 | 11.5 | 47 | 68 |
表2 發(fā)現(xiàn)徑向偏析的鋼材力學性能
試樣 | Rm | Rp0.2 | A | Z | K-u2 |
1 | 1772 | 1452 | 12.0 | 48 | 62 |
2 | 1766 | 1443 | 11.5 | 49 | 63 |
3 | 1769 | 1444 | 11.0 | 48 | 64 |
4 | 1769 | 1446 | 11.5 | 47 | 66 |
由未發(fā)現(xiàn)徑向偏析與發(fā)現(xiàn)徑向偏析的鋼材的力學性能試驗結果表明，徑向偏析對G50鋼材的力學性能影響不大，其中沖擊吸收功略有降低，但均滿足產品性能指標要求。
（3）金相檢驗
在鋼材徑向偏析處取金相試樣，磨制、光后，用4%硝酸酒精對試樣進行侵蝕，在光學顯微鏡下觀察其組織形貌，如圖2所示。
圖2 組織形貌（500×）
可見鋼材徑向偏析處組織為正常的回火索氏體組織，滿足材料的組織要求。
2.分析與討論
由試驗結果得知，徑向偏析對G50鋼材的力學性能影響不大，徑向偏析處組織為正常的回火索氏體組織，其中沖擊吸收功略有降低，但均滿足產品的各項技術要求。
偏析是金屬內各個區(qū)域內化學成分或組織不均勻分布造成的結果，徑向偏析為聚集的碳化物或雜質造成，近似于GB/T 1979—2001《結構鋼低倍組織缺陷評級圖》中的點狀偏析，點狀偏析是鋼液在結晶過程中產生的成分偏析，具有點狀偏析的鋼材容易在偏析斑點處產生應力集中導致疲勞失效。
由于本航天產品為一次性使用產品，使用過程中不會受到連續(xù)、反復載荷，可以忽略疲勞對產品的影響。
3.結語
（1）徑向偏析對G50鋼材的力學性能影響不大，但對鋼材的疲勞性能有一定的影響。
（2）由于本產品是一次性使用產品，可以忽略疲勞對產品的影響，因此可判定產品合格。
（3）提醒廠家嚴格注意后續(xù)鋼材質量，加強過程監(jiān)控，杜絕各類缺陷出現(xiàn)。
