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鋼中夾雜物的大小、數(shù)量和分布是評(píng)定鋼材質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，是鋼出廠檢驗(yàn)評(píng)判項(xiàng)目之一。夾雜物對(duì)鋼的韌性、塑性、疲勞性能、焊接性能以及耐腐蝕性能有著重要的影響。要減輕夾雜物對(duì)鋼材性能的影響，就要控制鋼中夾雜物的生成，并全面獲取夾雜物的特征。對(duì)于金相檢驗(yàn)工作者來(lái)說(shuō)，如何正確判斷和評(píng)定夾雜物也變得十分重要。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)非金屬夾雜物檢驗(yàn)的方法有很多，各夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方法。

研究人員介紹了鋼中夾雜物的評(píng)定方法，分析了DIN 50602—1985《金相檢驗(yàn)方法 特殊鋼中非金屬夾雜物的高倍金相檢驗(yàn)》中通過(guò)夾雜物面積來(lái)評(píng)定夾雜物級(jí)別的方法，對(duì)DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)的一些評(píng)定細(xì)節(jié)進(jìn)行了探討，以供金相檢驗(yàn)人員參考。

夾雜物的檢驗(yàn)方法

1.1 夾雜物低倍檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

低倍檢驗(yàn)是一種宏觀檢驗(yàn)方法，其通過(guò)人眼或10倍以下放大鏡對(duì)試樣整個(gè)表面的組織和缺陷進(jìn)行分類評(píng)級(jí)。由于化學(xué)成分的不同，酸蝕后，會(huì)在試樣宏觀檢驗(yàn)面上呈現(xiàn)出不同形狀和顏色的色斑。

國(guó)內(nèi)目前常用的夾雜物低倍檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 4236—2016《鋼的硫印檢驗(yàn)方法》、GB/T 15711—2018《鋼中非金屬夾雜物的檢驗(yàn) 塔形發(fā)紋酸浸法》、GB/T 37598—2019《鋼中非金屬夾雜物的檢驗(yàn) 發(fā)藍(lán)斷口法》、YB/T 4003—2016《連鑄鋼板坯低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》、YB/T 4002—2013《連鑄鋼方坯低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》、YB/T 153—2015《優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼連鑄坯低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》、YB/T 4149—2018《連鑄圓管坯》、TB/T 3031—2002《鐵路用輾鋼整體車輪 徑向全截面低倍組織缺陷的評(píng)定》等。

GB/T 4236—2016標(biāo)準(zhǔn)可檢驗(yàn)鋼中硫化物夾雜的分布位置，并對(duì)被檢部位的純凈度進(jìn)行評(píng)估。GB/T 15711—2018標(biāo)準(zhǔn)可檢驗(yàn)鋼中非金屬夾雜物在加工變形過(guò)程中沿鍛軋方向的延伸情況。GB/T 37598—2019標(biāo)準(zhǔn)要求將鋼試樣加熱到適當(dāng)溫度，使其表面產(chǎn)生極薄的藍(lán)色氧化膜，再將試樣一次性折斷(也可以先將其折斷再進(jìn)行熱處理)，利用夾雜物灰白色、淺黃色等特性，檢驗(yàn)鋼中非金屬夾雜物的尺寸、數(shù)量和分布情況。TB/T 3031—2002標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)車輪系列產(chǎn)品，將非金屬夾雜物分為了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，并按夾雜物大小、數(shù)量進(jìn)行評(píng)級(jí)。YB/T 4003—2016、YB/T 4002—2013、YB/T 153—2015、YB/T 4149—2018等標(biāo)準(zhǔn)主要介紹在酸蝕后檢驗(yàn)非金屬夾雜物和異金屬夾雜物的方法。

低倍檢驗(yàn)法主要對(duì)連鑄坯質(zhì)量進(jìn)行分析，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣檢驗(yàn)，快速識(shí)別坯內(nèi)夾雜物等缺陷，對(duì)下一步生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)，但該方法僅能對(duì)較大的夾雜物進(jìn)行低倍定性分析,不能對(duì)微觀夾雜物進(jìn)行定量分析。

王克杰等通過(guò)“鋼坯鏡面加工技術(shù)”和“鋼坯全端面檢測(cè)技術(shù)”，在全端面上進(jìn)行全面積純凈度檢測(cè)，也可以在整個(gè)低倍試樣上進(jìn)行全體積純凈度檢測(cè)，徹底改變小試樣抽檢的純凈度檢測(cè)現(xiàn)狀，對(duì)夾雜物進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)，還可以檢測(cè)鋼坯中的氣孔、裂紋等缺陷，突破低倍檢測(cè)和高倍檢測(cè)的局限性，實(shí)現(xiàn)真正意義上的宏觀純凈度檢測(cè)。

1.2 夾雜物高倍檢驗(yàn)的方法標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)外常用的夾雜物高倍檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)主要有GB/T 10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》、ISO4967:2013 《鋼非金屬夾雜物含量的測(cè)定 使用標(biāo)準(zhǔn)圖的顯微圖像方法》、ASTM E45—2018a《鋼中夾雜物含量的測(cè)定 標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法》、JISG 0555—2020《鋼中非金屬夾雜物的顯微測(cè)試方法》等。由于GB/T10561—2005以及JISG 0555—2020均等同ISO 4967的1998版標(biāo)準(zhǔn)，故這里主要針對(duì)GB/T 10561—2005、ASTM E45—2018a及 DIN50602—1985這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn),從夾雜物分類、取樣、評(píng)級(jí)原則等方面進(jìn)行夾雜物檢驗(yàn)的對(duì)比(見表1)，并對(duì)夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)提出后續(xù)修訂建議。

DIN 50602—1985中夾雜物評(píng)定細(xì)節(jié)

上述3個(gè)夾雜物檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)夾雜物的分類不同，夾雜物檢驗(yàn)原理、方法也有差異。其中，GB/T 10561—2005和 ASTM E45—2018a通過(guò)確定夾雜物的長(zhǎng)度和寬度來(lái)評(píng)定夾雜物的級(jí)別，而DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)是通過(guò)計(jì)算夾雜物面積來(lái)評(píng)定夾雜物的級(jí)別，雖然以上3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都將級(jí)別轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)度和寬度的界限值進(jìn)行評(píng)定，但 DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)卻考慮了超寬、超長(zhǎng)對(duì)夾雜物的影響以及使用面積評(píng)定OG型夾雜物的方法。

DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)夾雜物面積來(lái)評(píng)定夾雜物的級(jí)別，更能凸顯夾雜物對(duì)鋼性能的影響，故主要對(duì)采用 DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定夾雜物級(jí)別的細(xì)節(jié)進(jìn)行探討，主要包括夾雜物寬度、長(zhǎng)度和OG型夾雜物直徑分析方面，供人們?cè)u(píng)級(jí)時(shí)了解使用。

2.1 夾雜物寬度增加對(duì)級(jí)別的影響

GB/T10561—2005和ASTM E45—2018標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，A類、B類、C類串條狀?yuàn)A雜物寬度對(duì)夾雜物級(jí)別的影響主要是夾雜物寬度是否滿足起評(píng)最小值，對(duì)于超寬的夾雜物，寬度僅影響粗細(xì)分類，不影響夾雜物級(jí)別。一些加工廠商與鋼廠簽訂夾雜物技術(shù)協(xié)議時(shí)，也只是規(guī)定夾雜物級(jí)別，對(duì)夾雜物是否超寬沒(méi)有進(jìn)行過(guò)多要求。Murakami模型將夾雜物面積作為研究重點(diǎn)，量化出夾雜物在平行于裂紋擴(kuò)展方向的投影面積，使得在鋼材中形成夾雜物面積的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，并且該模型在后續(xù)學(xué)者進(jìn)行大量試驗(yàn)驗(yàn)證中也得到了證實(shí)，所以應(yīng)該在相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中重視對(duì)夾雜物寬度的評(píng)定。

將GB/T 10561—2005標(biāo)準(zhǔn)中表1長(zhǎng)度和表2中各類夾雜物最大寬度相乘得到夾雜物的基準(zhǔn)面積(見表2)。由于D類和 DS類夾雜物評(píng)定不涉及寬度，所以表1主要對(duì)A類、B類、C類夾雜物基準(zhǔn)面積進(jìn)行說(shuō)明。

采用DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算夾雜物面積時(shí)，夾雜物的寬度增加一倍，級(jí)別相應(yīng)增加1級(jí)。為探究GB/T 10561—2005標(biāo)準(zhǔn)中不同類型、級(jí)別夾雜物超寬尺寸對(duì)夾雜物級(jí)別的影響，以表2中A類、B類、C類串條狀?yuàn)A雜物各級(jí)別的面積為基準(zhǔn)，根據(jù)式(1)進(jìn)行推算(見表3)。

隨著夾雜物總長(zhǎng)度的增加，夾雜物級(jí)別也在不斷變大，結(jié)合GB/T 10561—2005附錄D中D.2，由級(jí)別計(jì)算夾雜物的測(cè)量值公式，可推導(dǎo)出符合表3中不同類型夾雜物寬度對(duì)級(jí)別影響規(guī)律的公式為

可以看到，采用GB/T 10561—2005標(biāo)準(zhǔn)中表1和表2進(jìn)行夾雜物評(píng)定時(shí)，如果結(jié)合公式(2)、(3)、4)和文中表3，夾雜物寬度影響因子可以有效評(píng)估不同夾雜物寬度對(duì)級(jí)別的影響，進(jìn)而使夾雜物級(jí)別與疲勞失效等計(jì)算模型更好地結(jié)合起來(lái)，提高顯微檢驗(yàn)夾雜物的數(shù)據(jù)可利用性。

另外，根據(jù)式(2)、(3)、(4)還可以計(jì)算后續(xù)夾雜物級(jí)別對(duì)應(yīng)的夾雜物寬度與級(jí)別增加量。該公式還可以推廣到其余類似的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 夾雜物長(zhǎng)度增加對(duì)級(jí)別的影響

目前常用的夾雜物評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，夾雜物長(zhǎng)度是評(píng)定級(jí)別的主要影響因素。一般隨著夾雜物長(zhǎng)度的增加，級(jí)別會(huì)按照GB/T 10561—2005標(biāo)準(zhǔn)附錄D中 D.1公式進(jìn)行變化，但當(dāng)單條夾雜物長(zhǎng)度超過(guò)評(píng)定視場(chǎng)0.71mm邊長(zhǎng)的方框時(shí)，就會(huì)被判定為超尺寸夾雜物并標(biāo)注總長(zhǎng)度，級(jí)別卻不再增加，而鋼材質(zhì)保書中對(duì)這些超尺寸標(biāo)注信息一般不予出示，導(dǎo)致較多的超大夾雜物被用戶忽略，從而埋下隱患。

DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)圖1中0~6系列里的6~8級(jí)明確說(shuō)明，對(duì)超過(guò)單個(gè)視場(chǎng)圓直徑的夾雜物，評(píng)定時(shí)應(yīng)以對(duì)應(yīng)系列圖譜下的長(zhǎng)度為依據(jù)進(jìn)行評(píng)級(jí)，如出現(xiàn)更大長(zhǎng)度的夾雜物，統(tǒng)一表示為9級(jí)。

DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于夾雜物的評(píng)定不局限于評(píng)級(jí)視場(chǎng)大小，對(duì)于超過(guò)視場(chǎng)的單個(gè)串條狀?yuàn)A雜物，依然采用整體長(zhǎng)度和寬度對(duì)夾雜物面積進(jìn)行評(píng)級(jí)，不對(duì)超長(zhǎng)夾雜物進(jìn)行多個(gè)視場(chǎng)的分割降級(jí)，不額外標(biāo)注超尺寸。建議對(duì) GB/T 10561—2005等夾雜物標(biāo)準(zhǔn)的修訂，不能局限于評(píng)級(jí)規(guī)則的統(tǒng)一性和完整性，還應(yīng)該從夾雜物評(píng)級(jí)檢驗(yàn)的初始目的進(jìn)行分析。

2.3 DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)中OG型夾雜物的評(píng)定

DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)對(duì)OG型夾雜物的評(píng)定方法界限值等少有說(shuō)明，但標(biāo)準(zhǔn)中6.2.4條提到在對(duì)OG型夾雜物進(jìn)行評(píng)定時(shí)，應(yīng)按照?qǐng)D1進(jìn)行比較，且不論夾雜物尺寸或密集程度，均根據(jù)夾雜物面積進(jìn)行評(píng)定。可以看到，雖然標(biāo)準(zhǔn)對(duì) OG型夾雜物的評(píng)定方法描述較少，但其評(píng)定方法還是同一級(jí)別、同一面積的原則。圖1中每個(gè)系列圖片均有其對(duì)應(yīng)的尺寸界限值，對(duì)OG型夾雜物的基準(zhǔn)系列圖譜直徑界限值進(jìn)行提取并計(jì)算面積，再根據(jù)DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)中表3的長(zhǎng)和寬計(jì)算面積后反推OG型夾雜物直徑，可得到表4。

可以看到，不論根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中圖1還是標(biāo)準(zhǔn)中表3的推導(dǎo)，OG型夾雜物的評(píng)定界限值基本相同，說(shuō)明圖1中OG型夾雜物基準(zhǔn)系列圖譜與表3中的平均長(zhǎng)度和平均寬度界限值設(shè)置理念相同，每級(jí)面積都是遞增的，長(zhǎng)度或?qū)挾瓤s短一半時(shí)，級(jí)別減小1級(jí)。在DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際評(píng)級(jí)過(guò)程中，特別是采用自動(dòng)金相分析儀時(shí)，表3通常較圖1使用更多，所以為了評(píng)級(jí)過(guò)程中面積界限值的一致性，建議根據(jù)表3計(jì)算的OG型夾雜物評(píng)定界限值。

結(jié)論

（1）鋼中夾雜物的檢驗(yàn)有低倍檢驗(yàn)和高倍檢驗(yàn)方法。低倍檢驗(yàn)法能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣檢驗(yàn)快速識(shí)別坯內(nèi)夾雜物等缺陷，指導(dǎo)生產(chǎn)，但低倍方法僅能對(duì)較大的夾雜物進(jìn)行定性分析，不能對(duì)微觀的夾雜物進(jìn)行定量分析。高倍夾雜物檢驗(yàn)方法對(duì)夾雜物的分類不同，各標(biāo)準(zhǔn)的夾雜物檢驗(yàn)原理、方法也有差異。

（2）對(duì)夾雜物寬度評(píng)定進(jìn)行了討論,通過(guò)將夾雜物面積作為評(píng)定原則，結(jié)合 GB/T 10561—2005標(biāo)準(zhǔn)中表1長(zhǎng)度、表2最大寬度以及附錄D中 D.2，推導(dǎo)出了不同類型級(jí)別夾雜物寬度對(duì)級(jí)別影響規(guī)律的公式。

（3）對(duì)超長(zhǎng)的夾雜物評(píng)定進(jìn)行了討論，建議對(duì)于超過(guò)視場(chǎng)的單個(gè)串條狀?yuàn)A雜物，依然采用整體長(zhǎng)度和寬度對(duì)夾雜物面積進(jìn)行評(píng)級(jí)，不對(duì)超長(zhǎng)夾雜物進(jìn)行多個(gè)視場(chǎng)的分割降級(jí)。

（4）對(duì)OG類夾雜物評(píng)定進(jìn)行了討論，不論根據(jù)DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)中圖1還是表3推導(dǎo)，OG型夾雜物的評(píng)定界限值基本相同。為了評(píng)級(jí)過(guò)程中面積界限值的一致性，建議采用表3計(jì)算OG 型夾雜物的直徑界限值。

以上就是無(wú)錫力博為大家總結(jié)的關(guān)于鋼中夾雜物檢驗(yàn)及DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)中夾雜物評(píng)定方法，如果您也有相關(guān)的檢測(cè)需求，歡迎前來(lái)咨詢，我們會(huì)有專業(yè)的項(xiàng)目工程師為您答疑解惑，期待您的來(lái)電！