淺談使用GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定鋼中非金屬夾雜物的常見(jiàn)問(wèn)題*

謝洪波

(江蘇中泰橋梁鋼構(gòu)股份有限公司檢測(cè)中心， 江蘇 泰州　214521)

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淺談使用GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定鋼中非金屬夾雜物的常見(jiàn)問(wèn)題*

謝洪波

(江蘇中泰橋梁鋼構(gòu)股份有限公司檢測(cè)中心， 江蘇 泰州214521)

介紹了使用GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定鋼中非金屬夾雜物的常見(jiàn)問(wèn)題，提出了關(guān)于提高非金屬夾雜物評(píng)級(jí)準(zhǔn)確度的建議。

GB/T10561-2005； 非金屬夾雜物； 標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖

引言

鋼材中的非金屬夾雜物破壞了鋼基體的連續(xù)性，對(duì)鋼材的使用性能影響很大，因此測(cè)定非金屬夾雜物含量是了解鋼制品的質(zhì)量和分析失效原因的常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目。

在中國(guó)現(xiàn)行的鋼中非金屬夾雜物含量的顯微檢測(cè)方法中，GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)已得到了廣泛應(yīng)用。但是，在應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中，由于在一些問(wèn)題上認(rèn)識(shí)不一致，有時(shí)非金屬夾雜物的評(píng)級(jí)結(jié)果差異較大，直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量的判定。

本文闡述使用GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)的常見(jiàn)問(wèn)題，尋求相關(guān)處理方法，以提高夾雜物評(píng)級(jí)的準(zhǔn)確度。

1　GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)等同采用ISO4967:1998(E)，規(guī)定了用標(biāo)準(zhǔn)圖譜評(píng)定軋制(鍛壓)比大于或等于3的軋制或鍛制鋼材中的非金屬夾雜物的顯微評(píng)定方法。

標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖分為A、B、C、D和DS五大類，分別代表最常觀察到的夾雜物的類型和形態(tài)。這些評(píng)級(jí)圖片相當(dāng)于100倍下拋光平面上面積為0.5 mm2的正方形視場(chǎng)。

每類夾雜物(除DS外)又根據(jù)非金屬夾雜物顆粒寬度的不同分成粗、細(xì)兩個(gè)系列，每個(gè)系列由表示夾雜物含量遞增的六級(jí)(0.5級(jí)～3級(jí))圖片組成。

該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定夾雜物含量的測(cè)定可采用A法和B法兩種方法：

A法：應(yīng)檢驗(yàn)整個(gè)拋光面。對(duì)于每一類夾雜物，按細(xì)系和粗系記下與所檢驗(yàn)面上最惡劣視場(chǎng)相符合的標(biāo)準(zhǔn)圖片的級(jí)別數(shù)。

B法：應(yīng)檢驗(yàn)整個(gè)拋光面。試樣每一視場(chǎng)同標(biāo)準(zhǔn)圖片相對(duì)比，每類夾雜物按細(xì)系或粗系記下與檢驗(yàn)視場(chǎng)最符合的標(biāo)準(zhǔn)圖片的級(jí)別數(shù)。

2　使用GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)的常見(jiàn)問(wèn)題及處理

2.1標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍

GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)中明確指出標(biāo)準(zhǔn)適用于軋制(鍛壓)比大于或等于3的軋制或鍛制鋼材中的非金屬夾雜物的顯微評(píng)定，也就是說(shuō)，未變形和變形量未達(dá)到要求的鋼材，不適合按該標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)定非金屬夾雜物的級(jí)別。

GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)中還注明“標(biāo)準(zhǔn)圖譜可能不適用于評(píng)定某些類型鋼(例如：易切削鋼)” ，這主要是考慮到某些類型鋼中非金屬夾雜物的形態(tài)、數(shù)量及分布與通用材料可能有不同。此外，對(duì)于某些類型鋼材，在其它標(biāo)準(zhǔn)中也可能另行規(guī)定了檢測(cè)非金屬夾雜物的方法。

比如，鑄鋼中的非金屬夾雜物可按照GB/T8493《一般工程用鑄造碳鋼金相》、GB/T13925《鑄造高錳鋼金相》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)就不適用于檢查該類產(chǎn)品。

因此，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和加工過(guò)程來(lái)確定是否適合使用GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行非金屬夾雜物評(píng)級(jí)。

2.2試樣制備

試樣制備包括取樣和試樣加工，這兩個(gè)方面都對(duì)夾雜物的評(píng)級(jí)影響很大。

夾雜物主要來(lái)源于冶煉過(guò)程，其分布與澆注時(shí)的凝固過(guò)程密切相關(guān)，但其形態(tài)則很大程度上取決于鋼材壓力加工過(guò)程。因此，不同熔煉爐批的鋼材、不同變形比的鋼材、甚至是同一根鋼材的不同部位，其夾雜物的形態(tài)和數(shù)量也不同。

為了保證檢測(cè)結(jié)果的可比性，就必須規(guī)定試樣的取樣位置。目前，有些委托方缺乏這方面的專業(yè)知識(shí)，常會(huì)隨意取一塊樣品交給實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。因此，檢測(cè)人員應(yīng)先了解樣品的取樣位置和取樣過(guò)程，如果發(fā)現(xiàn)有不規(guī)范之處，應(yīng)及時(shí)告之委托方重新取樣。

GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：“取樣方法應(yīng)在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或?qū)ｉT協(xié)議中規(guī)定”，如果產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有規(guī)定時(shí)，則可按照該標(biāo)準(zhǔn)提出的取樣方法執(zhí)行。

取樣后，試樣檢測(cè)面要經(jīng)過(guò)兩個(gè)加工工序：磨光和拋光。拋光工序尤為重要，要求拋光后的檢驗(yàn)面盡可能干凈和夾雜物的形態(tài)不受影響。拋光好的試樣要用酒精沖洗潔凈后吹干，避免檢測(cè)面上殘留污點(diǎn)或附著拋光劑。在100倍顯微鏡下，看到的檢驗(yàn)面應(yīng)是一個(gè)無(wú)劃痕、無(wú)污物的清潔鏡面。

拋光過(guò)程中要避免夾雜物的剝落和變形。在鋼中常見(jiàn)的夾雜物中，硫化物類夾雜物的可磨性好，但沿加工方向分布的細(xì)條狀?yuàn)A雜物易被磨痕所覆蓋；氧化鋁類夾雜物的可磨性較差，易被磨掉留下空洞。

在顯微觀察時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)試樣檢驗(yàn)面有磨痕、擦傷、凹坑、夾雜物脫落、臟污、附著雜質(zhì)等磨拋缺陷可能影響評(píng)級(jí)結(jié)果時(shí)，應(yīng)重新磨拋試樣的檢驗(yàn)面。

2.3夾雜物類別的區(qū)分

GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)中，標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖分為A類(硫化物類)、B類(氧化鋁類)、C類(硅酸鹽類)、D(球狀氧化物類)和DS(單顆粒球狀類)五類，對(duì)此五類夾雜物的類型、形態(tài)、色澤和分布作了較具體的描述，有助于對(duì)不同類型夾雜物的識(shí)別。

夾雜物的分類是以其尺寸、形狀、密集程度和分布狀態(tài)為特征，而不是以化學(xué)成分為特征，盡管夾雜物類別的名稱中包含了顯示化學(xué)組成的內(nèi)容。比如，硅酸鹽夾雜物有易變形與不易變形兩類，壓力加工后前者多呈C類夾雜物形態(tài)(線條狀)，后者可能呈B類夾雜物形態(tài)(鏈狀)。

不管夾雜物的化學(xué)成分如何，軋制(鍛壓)比<3的則為B類或D類，軋制(鍛壓)比≥3的則為A類或C類。B類夾雜物沿軋制方向排列成行(至少3個(gè))，D類夾雜物則單個(gè)散布。

實(shí)際檢測(cè)工作中，B類、D類和DS類夾雜物較容易區(qū)分，但如何準(zhǔn)確區(qū)分A類和C類夾雜物仍是目前許多實(shí)驗(yàn)室常存在的一個(gè)問(wèn)題。

A類和C類夾雜物在尺寸和形態(tài)上很相似，因此可以依靠一些光學(xué)顯微觀察技術(shù)來(lái)分辨這兩類夾雜物。在明場(chǎng)下，A類夾雜物常為淺灰色，一般端部呈圓角；C類夾雜物常為黑色或深灰色，一般端部呈銳角。在暗場(chǎng)下，A類夾雜物一般不透明或微顯透明；C類夾雜物一般多透明。為了便于觀察夾雜物的顯微特征，可以提高放大倍數(shù)，但應(yīng)在100倍下評(píng)級(jí)。

對(duì)于軋制(鍛壓)比≥3的復(fù)雜夾雜物，可以借鑒使用ASTM E45-13標(biāo)準(zhǔn)中11.11的規(guī)定：“如果硫化物超過(guò)50%，那就算A類；如果氧化物超過(guò)50%，那就算C類。”

比如，評(píng)定同一檢驗(yàn)面的非金屬夾雜物時(shí)，有的評(píng)為A3，判定鋼材不合格；有的評(píng)為A2.5、C1.5，判定鋼材合格。正是因?yàn)閷?duì)A類和C類的區(qū)分不同，造成判定結(jié)果不同。

2.4粗系與細(xì)系的區(qū)分

GB/T10561-2005表2中規(guī)定了各類夾雜物的寬度劃分界限，也就是劃分粗系和細(xì)系的夾雜物寬度，同時(shí)在該標(biāo)準(zhǔn)5.2.3規(guī)定：“如果一個(gè)串(條)狀?yuàn)A雜物內(nèi)夾雜物的寬度不同，則應(yīng)將該夾雜物的最大寬度視為該串(條)狀?yuàn)A雜物的寬度?！?/p>

但是，如果在同一個(gè)視場(chǎng)內(nèi)，同類夾雜物中有的寬度處于細(xì)系范圍，有的寬度處于粗系范圍，是按細(xì)系評(píng)級(jí)還是按粗系評(píng)級(jí)呢？還是分別按粗系、細(xì)系評(píng)級(jí)呢？標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)此沒(méi)有明確的規(guī)定。

比如，一張標(biāo)準(zhǔn)視場(chǎng)大小的夾雜物圖片中，A類夾雜物測(cè)量總長(zhǎng)為680 μm，其中寬度屬于細(xì)系的有440 μm，寬度屬于粗系的有240 μm，有人將該圖片夾雜物評(píng)為A2和A1e，有人評(píng)為A2.5，有人評(píng)為A2.5e。該鋼材A類夾雜物的合格級(jí)別為粗系≤2.0、細(xì)系≤2.0，故一人判定鋼材合格，其他二人判定鋼材不合格。之所以造成判定結(jié)果不同，就是因?yàn)橐蝗税言撘晥?chǎng)中同類夾雜物按粗系和細(xì)系分開(kāi)評(píng)級(jí)，其他二人則要么都按粗系評(píng)級(jí)，要么都按細(xì)系評(píng)級(jí)。

同一視場(chǎng)中同類夾雜物不應(yīng)按粗細(xì)系兩個(gè)系列分開(kāi)評(píng)級(jí)。將同一視場(chǎng)上的同類夾雜物按粗系和細(xì)系分開(kāi)評(píng)級(jí)，以達(dá)到降低夾雜物評(píng)定級(jí)別的目的，這是不可取的。

當(dāng)同一視場(chǎng)的同類夾雜物同時(shí)存在細(xì)系寬度和粗系寬度時(shí)，有意見(jiàn)認(rèn)為，當(dāng)屬于細(xì)系寬度內(nèi)的長(zhǎng)度大于50%，則該類夾雜物全按細(xì)系評(píng)級(jí)；當(dāng)屬于粗系寬度內(nèi)的長(zhǎng)度等于或大于50%，則該類夾雜物全按粗系評(píng)級(jí)；也有意見(jiàn)認(rèn)為，不管細(xì)系、粗系的長(zhǎng)度比例如何，只要有達(dá)到粗系寬度的，全按粗系評(píng)級(jí)。將來(lái)修訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)統(tǒng)一意見(jiàn)。

2.5最惡劣視場(chǎng)的選取

在GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)中5.2.1 A法規(guī)定：“對(duì)于每一類夾雜物，按細(xì)系和粗系記下與所檢驗(yàn)面上最惡劣視場(chǎng)相符合的標(biāo)準(zhǔn)圖片的級(jí)別數(shù)?！?/p>

“最惡劣視場(chǎng)”是指檢驗(yàn)面上每一類夾雜物按粗細(xì)系列的各自級(jí)別最高的那些視場(chǎng)，還是指檢驗(yàn)面上各類夾雜物總和最嚴(yán)重的那個(gè)視場(chǎng)？如果指前者，則每個(gè)檢驗(yàn)面上可能存在多個(gè)“最惡劣視場(chǎng)”，即為A細(xì)、A粗、B細(xì)、B粗、C細(xì)、C粗、D細(xì)、D粗、DS各自級(jí)別最高的視場(chǎng)。如果指后者，則每個(gè)檢驗(yàn)面上總共只需找出一個(gè)最惡劣視場(chǎng)。

以上兩種關(guān)于“最惡劣視場(chǎng)”的理解都存在于實(shí)驗(yàn)室中，從而造成檢測(cè)結(jié)果有差異。

ASTM E45-13標(biāo)準(zhǔn)的12.1規(guī)定：“將每個(gè)0.5 mm2的視場(chǎng)與評(píng)級(jí)圖作比較來(lái)找出最惡劣視場(chǎng)，也就是A、B、C、D每類夾雜物的粗細(xì)兩個(gè)系列的最嚴(yán)重級(jí)別的視場(chǎng)。每一個(gè)被檢試樣應(yīng)報(bào)告這些最惡劣視場(chǎng)的嚴(yán)重級(jí)別數(shù)”。ASTM E45-13標(biāo)準(zhǔn)的12.2.3又規(guī)定：“在操作中，通過(guò)觀察試樣，直到找到各種類型、厚度的夾雜物的最差視場(chǎng)為止?！辈浑y理解，ASTM E45-13標(biāo)準(zhǔn)中的“最惡劣視場(chǎng)”是指檢驗(yàn)面上每一類夾雜物按粗細(xì)系列的各自級(jí)別最高的那些視場(chǎng)。

GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)的A法與ASTM E45-13標(biāo)準(zhǔn)的A法所采用的圖譜相同，又都是要求評(píng)定最惡劣視場(chǎng)，按照ASTM E45-13的相關(guān)描述來(lái)理解GB/T10561-2005中所指的“最惡劣視場(chǎng)”是合適的。

當(dāng)然，利用檢驗(yàn)面上各類夾雜物總和最嚴(yán)重的那一個(gè)視場(chǎng)來(lái)評(píng)級(jí)，在操作上還是比較方便的，也能夠體現(xiàn)出試樣上最嚴(yán)重處的夾雜物分布情況，建議可以作為A法的補(bǔ)充檢查，并在檢測(cè)報(bào)告中給以說(shuō)明。

2.6夾雜物級(jí)別的評(píng)定

GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了A法和B法兩種測(cè)定非金屬夾雜物的方法，日常檢測(cè)中多選用A法。因?yàn)锳法相對(duì)簡(jiǎn)單，只對(duì)每類夾雜物的最惡劣視場(chǎng)進(jìn)行評(píng)級(jí)，而B(niǎo)法觀察和進(jìn)行評(píng)級(jí)的視場(chǎng)通常需要100個(gè)以上。

對(duì)比圖片看似是很簡(jiǎn)單的工作，實(shí)際上與試驗(yàn)人員的技術(shù)水平和操作經(jīng)驗(yàn)關(guān)系密切，即使是對(duì)同一視場(chǎng)進(jìn)行評(píng)級(jí)，有時(shí)可能偏差達(dá)到±1級(jí)，而正常情況偏差應(yīng)控制在±0.5級(jí)內(nèi)。

在夾雜物評(píng)級(jí)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)夾雜物的寬度小于細(xì)系的下限時(shí)，不計(jì)入評(píng)級(jí)范圍內(nèi)，即確定級(jí)別時(shí)不包含它們的長(zhǎng)度和數(shù)量。

2)一個(gè)視場(chǎng)處于兩相鄰的標(biāo)準(zhǔn)圖片之間時(shí)，應(yīng)記錄較低的一級(jí)，如果一個(gè)視場(chǎng)中所含夾雜物的長(zhǎng)度或數(shù)量低于0.5級(jí)，則記為0級(jí)。

實(shí)際工作中，用對(duì)比法評(píng)級(jí)往往比通過(guò)測(cè)量長(zhǎng)度評(píng)級(jí)所得的結(jié)果高0.5級(jí)，有時(shí)可能因此造成質(zhì)量異議。

比如，某鋼材A類夾雜物的合格要求為≤2.0級(jí)，驗(yàn)收時(shí)用比較法評(píng)為2.5級(jí)，判定鋼材不合格；經(jīng)實(shí)測(cè)該類夾雜物的長(zhǎng)度為620 μm，雖然遠(yuǎn)大于2.0級(jí)的下限長(zhǎng)度(436 μm),但略小于2.5級(jí)的下限長(zhǎng)度(649 μm)，供方認(rèn)為應(yīng)評(píng)2.0級(jí)，鋼材合格。

實(shí)際視場(chǎng)中的夾雜物的形態(tài)、分布、數(shù)量不可能與標(biāo)準(zhǔn)圖片完全一致，當(dāng)視場(chǎng)中夾雜物的長(zhǎng)度與圖片中長(zhǎng)度相差達(dá)到15%，也很難通過(guò)對(duì)比法判斷出來(lái)。

將對(duì)比法與長(zhǎng)度測(cè)量法相結(jié)合，綜合評(píng)定夾雜物的級(jí)別是有必要的。當(dāng)視覺(jué)上視場(chǎng)與評(píng)級(jí)圖片非常接近時(shí)，可利用測(cè)量軟件等方法測(cè)量夾雜物的總長(zhǎng)度，綜合考慮夾雜物的長(zhǎng)度和視場(chǎng)與圖片的接近程度，給出一個(gè)最符合的級(jí)別數(shù)。

3　結(jié)束語(yǔ)

夾雜物評(píng)級(jí)的準(zhǔn)確度受到很多因素影響,本文通過(guò)對(duì)應(yīng)用GB/T10561-2005標(biāo)準(zhǔn)的常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行探討，為提高夾雜物評(píng)級(jí)的準(zhǔn)確度，提出如下建議：

(1)該標(biāo)準(zhǔn)只適用于軋制(鍛壓)比大于或等于3的軋制或鍛制鋼材，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和加工過(guò)程來(lái)確定是否適合使用該標(biāo)準(zhǔn)。

(2)在規(guī)定的位置取樣和精細(xì)加工試樣，取樣位置或磨拋缺陷可能影響評(píng)級(jí)結(jié)果時(shí)，應(yīng)重新取樣或制樣，防止誤判。

(3)以尺寸、形狀、密集程度和分布狀態(tài)為特征識(shí)別A,B,C,D各類夾雜物，區(qū)分A類和C類時(shí)，可以使用明場(chǎng)、暗場(chǎng)等多種光學(xué)顯微觀察技術(shù)進(jìn)行綜合判斷。

(4)同一視場(chǎng)中同類夾雜物不應(yīng)按粗細(xì)兩個(gè)系列分開(kāi)評(píng)級(jí)。

(5)使用A法時(shí)，在檢驗(yàn)面中選取每一類夾雜物的粗細(xì)系的各自的最惡劣視場(chǎng)進(jìn)行評(píng)級(jí)。可以利用檢驗(yàn)面上各類夾雜物總和最嚴(yán)重的那一個(gè)視場(chǎng)來(lái)評(píng)級(jí)，作為A法的補(bǔ)充檢查。

(6)將對(duì)比法與長(zhǎng)度測(cè)量法相結(jié)合，綜合評(píng)定夾雜物的級(jí)別。

[1]GB/T10561-2005.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[S].

[2]ASTM E45-13.鋼中夾雜物含量的評(píng)定方法[S].

2016-01-02

謝洪波(1971—)，男，工程師

TG115.21+3.3