不锈钢弯管缺陷类型聚类分析的必要性及热塑性实验结果

 图分别是浙江至德钢业有限公司生产加工的不锈钢弯管经高温拉伸和高温压缩获得的试验钢热塑性图，由图可见，不同速率下压缩的热塑性基本呈现出随着应变速率的增大，热塑性逐渐降低的趋势。试验钢在1000～1150℃之间，具有较高的热塑性，断面收缩率ψ值达50%以上，即使在压缩实验中单道次压下60%以上也不产生裂纹。当变形温度低于1000℃时，变形抗力很大，都达到160MPa以上，这种抗力下不锈钢弯管实际上很难轧成。在高于1150℃时，塑性呈直线下降。因此，可确定试验钢的最佳高温热塑性区：1000～1150℃。 形成高温热塑性区的原因是在高温塑性区,奥氏体不锈钢弯管由常温下的多相组织转变为单相奥氏体状态。铸坯原有的碳化物及夹杂物全部溶解于奥氏体中,呈奥氏体和化合物共晶组织,晶间与晶内的协调能力增强,为各种塑性变形机制同时作用创造了条件,易于实现动态回复与再结晶,使形变金属得到软化,提高了钢的热塑性。高温塑性区是不锈钢弯管热变形的最佳温度区间。

 氮合金化奥氏体不锈钢弯管变形抗力大的原因是由于氮作为间隙原子产生了固溶强化。氮在奥氏体不锈钢弯管中的固溶强化主要是原子尺寸因素引起的强化。在固溶体中，作为溶质原子的氮，尺寸与溶剂原子的尺寸差别较大，结果在溶质原子附近将造成晶格畸变，形成一个以溶质原子为中心的弹性应变场。当位错运动时，位错的应变场将与溶质原子应变场发生交互作用，使位错运动受到较大阻力，从而使金属强化。这就是溶质原子尺寸效应引起的强化。有文献表明，含氮奥氏体不锈钢弯管中含有较高的碳和氮会引起在锻造和轧制过程中碳、氮化物的大量析出，造成含氮奥氏体不锈钢弯管出现沿晶断裂现象，表现出韧性值低。本文中，由于试验钢的碳、氮含量较高，分别为0.14%、0.56%，在温度较低时，钢板轧制时有大量碳、氮化物析出，影响试验钢的塑性与韧性。图为不锈钢弯管热压缩塑性的显微组织。热压缩塑性试验后，观察试样显微组织发现，900、950℃微裂时晶粒晶界析出了碳、氮化物。碳、氮化物沿原奥氏体晶界析出抑制动态再结晶发生。

 动态再结晶的发生也是影响热加工性性能的一个主要因素。动态再结晶的发生，动态再结晶晶粒有效阻碍裂纹的长大，从而提高热加工性。另外，从图中发现，1000～1150℃发生了动态再结晶，组织晶粒细小。1200℃以上晶粒变得粗大,见图。可见，不锈钢弯管热加工温度也不能太高，如果温度太高，由于晶粒迅速长大，热加工后晶粒再结晶速率小于晶粒粗化速率，甚至会发生二次再结晶，从而导致起其强度和韧性下降。

 浙江至德钢业有限公司利用超声进行缺陷类型检测不锈钢弯管时，由于回波信号受检测系统影响，相同的发射脉冲，接收到的回波信号往往是有所差异的，图为45°倾角、宽为8mm人工缺陷槽的同点超声回波信号经复小波变换包络提取的结果，从图中可以较为明显的看出这种不一致性，经过特征提取后，其特征向量就可以定量反应出这种差异性．因此，用单一的采集点来进行缺陷类型的自动识别不锈钢弯管，其可靠性让人质疑．实际中，在线自动检测不锈钢弯管，同一缺陷往往不止一次检测到，声柬扫描到的缺陷区域不同，这同样会引起缺陷回波有较大的变化，这时，如果利用某点的采集回波作为标准缺陷特征向量来进行比较，其结果极有可能误判。

 在自动识别不锈钢弯管缺陷之前，必须建立缺陷类型标准库，如此以来，进入自动检测时，就可以依据标准库进行缺陷类型相似程度的匹配，从而实现快速缺陷类型的识别，标准库的建立可以根据常见缺陷，采集同类缺陷的回波，进行特征提取，对标准缺陷类型回波进行划分，建立缺陷类型的标准库．标准库的越完善，缺陷辨识错误的几率就越小，在此基础上，可以利用标准库校验聚类分析算法的可靠性，根据校验的结果来确定特征参数的改进。实际中声束进入不锈钢弯管缺陷其入射角度难以预计，直接造成同样的缺陷有不同的缺陷回波包络，这在在线检测中尤为突出，很难用人工穷尽法来建立这样的标准库．这时就可以利用有限的标准库来划分未知入射角度的缺陷回波类型。