摘 要:介紹了鋼中夾雜物的評定方法,分析了 DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)中夾雜物寬度、長度和 OG型夾雜物的評定方法。結(jié)果表明:DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用夾雜物面積評定夾雜物級別, 這樣更能凸顯夾雜物對鋼性能的影響;對于超長的單個串條狀夾雜物,建議采用夾雜物整體長度和 寬度對夾雜物進行評級,不進行分割降級和額外標(biāo)注尺寸;根據(jù) DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)中圖1計 算了夾雜物面積,再根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)中表3計算夾雜物的面積,得出二者對 OG型夾雜物的評定界限值 基本相同,由此可根據(jù) OG型夾雜物的直徑來評定夾雜物的級別。 

關(guān)鍵詞:夾雜物;面積;寬度影響因子;DIN50602—1985;OG型夾雜物 

中圖分類號:TG115.2;TB31                     文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A                          文章編號:1001-4012(2023)08-0017-05

鋼中夾雜物的大小、數(shù)量和分布是評定鋼材 質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo),是鋼出廠檢驗評判項目之 一。夾雜物對鋼的韌性、塑性、疲勞性能、焊接性 能以及耐腐蝕性能有著重要的影響[1-6]。要減輕 夾雜物對鋼材性能的影響,就要控制鋼中夾雜物 的生成,并全面獲取夾雜物的特征。對于金相檢 驗工作者來說,如何正確判斷和評定夾雜物也變 得十分重要。

目前,國內(nèi)外對夾雜物檢驗的方法有很多,各夾 雜物檢驗標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類方法[7]。

筆者介紹了鋼中夾雜物的評定方法,分析了 DIN50602—1985《金相檢驗方法 特殊鋼中非金 屬夾雜物的高倍金相檢驗》中通過夾雜物面積來 評定夾雜物級別的方法,對 DIN50602—1985標(biāo) 準(zhǔn)的一些評定細(xì)節(jié)進行了探討,以供金相檢驗人 員參考。

1 夾雜物的檢驗方法 

1.1 夾雜物低倍檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)

低倍檢驗是一種宏觀檢驗方法,其通過人眼或 10倍以下放大鏡對試樣整個表面的組織和缺陷進行 分類評級。由于化學(xué)成分的不同,酸蝕后,會在試樣 宏觀檢驗面上呈現(xiàn)出不同形狀和顏色的色斑。 

國內(nèi)目前常用的夾雜物低倍檢驗標(biāo)準(zhǔn)主要有 GB/T4236—2016 《鋼 的 硫 印 檢 驗 方 法》、GB/T 15711—2018《鋼中非金屬夾雜物的檢驗 塔形發(fā)紋酸 浸法》、GB/T37598—2019《鋼中非金屬夾雜物的檢 驗 發(fā)藍(lán)斷口法》、YB/T4003—2016《連鑄鋼板坯低 倍組織缺陷評級圖》、YB/T4002—2013《連鑄鋼方坯 低倍組織缺陷評級圖》、YB/T153—2015《優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu) 鋼連鑄坯低倍組織缺陷評級圖》、YB/T4149—2018 《連鑄圓管坯》、TB/T3031—2002《鐵路用輾鋼整體 車輪 徑向全截面低倍組織缺陷的評定》等。

GB/T4236—2016標(biāo)準(zhǔn)可檢驗鋼中硫化物夾 雜的分布位置,并對被檢部位的純凈度進行評估。 GB/T15711—2018標(biāo)準(zhǔn)可檢驗鋼中非金屬夾雜物 在加工變形過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行熱處理),利用夾雜 物灰白色、淺黃色等特性,檢驗鋼中非金屬夾雜物的 尺寸、數(shù)量和分布情況。TB/T3031—2002標(biāo)準(zhǔn)主 要針對車輪系列產(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)量進行評級。YB/T 4003—2016、YB/T4002—2013、YB/T153—2015、 YB/T4149—2018等標(biāo)準(zhǔn)主要介紹在酸蝕后檢驗 非金屬夾雜物和異金屬夾雜物的方法。

低倍檢驗法主要對連鑄坯質(zhì)量進行分析,通 過現(xiàn)場取樣檢驗,快速識別坯內(nèi)夾雜物等缺陷,對 下一步生產(chǎn)進行指導(dǎo),但該方法僅能對較大的夾 雜物進行低倍定性分析,不能對微觀夾雜物進行 定量分析。 

王克杰等[8]通過“鋼坯鏡面加工技術(shù)”和“鋼坯 全端面檢測技術(shù)”,在全端面上進行全面積純凈度檢 測,也可以在整個低倍試樣上進行全體積純凈度檢 測,徹底改變小試樣抽檢的純凈度檢測現(xiàn)狀,對夾雜 物進行檢測的同時,還可以檢測鋼坯中的氣孔、裂紋 等缺陷,突破低倍檢測和高倍檢測的局限性,實現(xiàn)真 正意義上的宏觀純凈度檢測。

1.2 夾雜物高倍檢驗的方法標(biāo)準(zhǔn) 

國內(nèi)外常用的夾雜物高倍檢驗標(biāo)準(zhǔn)主要有 GB/T10561—2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測 定 標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗法》、ISO4967:2013 《鋼 非金屬夾雜物含量的測定 使用標(biāo)準(zhǔn)圖的顯微圖像 方法》、ASTME45—2018a《鋼中夾雜物含量的測 定 標(biāo)準(zhǔn)檢驗法》、JISG0555—2020《鋼中非金屬夾 雜物的顯微測試方法》等。由 于 GB/T10561— 2005以及JISG0555—2020均等同ISO4967的 1998版 標(biāo) 準(zhǔn),故 這 里 主 要 針 對 GB/T10561— 2005、ASTM E45—2018a及 DIN50602—1985這 3個標(biāo)準(zhǔn),從夾雜物分類、取樣、評級原則等方面進 行夾雜物檢驗的對比(見表1),并對夾雜物檢驗標(biāo) 準(zhǔn)提出后續(xù)修訂建議。 

2 DIN50602—1985中夾雜物評定細(xì)節(jié) 

上述3個夾雜物檢驗標(biāo)準(zhǔn)對夾雜物的分類不 同,夾雜物檢驗原理、方法也有差異。其中,GB/T 10561—2005和 ASTM E45—2018a通過確定夾雜 物的長度和寬度來評定夾雜 物 的 級 別,而 DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)是通過計算夾雜物面積來評定夾 雜物的級別,雖然以上3個標(biāo)準(zhǔn)都將級別轉(zhuǎn)化為長 度和寬度的界限值進行評定,但 DIN50602—1985 標(biāo)準(zhǔn)卻考慮了超寬、超長對夾雜物的影響以及使用 面積評定 OG型夾雜物的方法。

DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)通過夾雜物面積來評定 夾雜物的級別,更能凸顯夾雜物對鋼性能的影響,故 主要對采用DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)評定夾雜物級別 的細(xì)節(jié)進行探討,主要包括夾雜物寬度、長度和 OG 型夾雜物直徑分析方面,供人們評級時了解使用。 

2.1 夾雜物寬度增加對級別的影響 

GB/T10561—2005和ASTME45—2018標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定,A 類、B類、C類串條狀夾雜物寬度對夾雜物 級別的影響主要是夾雜物寬度是否滿足起評最小 值,對于超寬的夾雜物,寬度僅影響粗細(xì)分類,不影 響夾雜物級別。一些加工廠商與鋼廠簽訂夾雜物技 術(shù)協(xié)議時,也只是規(guī)定夾雜物級別,對夾雜物是否超 寬沒有進行過多要求。Murakami模型將夾雜物面 積作為研究重點,量化出夾雜物在平行于裂紋擴展 方向的投影面積,使得在鋼材中形成夾雜物面積的 評判標(biāo)準(zhǔn),并且該模型在后續(xù)學(xué)者進行大量試驗驗 證中也得到了證實,所以應(yīng)該在相關(guān)檢驗標(biāo)準(zhǔn)中重 視對夾雜物寬度的評定。 

將GB/T10561—2005標(biāo)準(zhǔn)中表1長度和表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類夾雜物評定不涉及寬 度,所以表1主要對 A 類、B類、C類夾雜物基準(zhǔn)面 積進行說明。

采用 DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)計算夾雜物面積 時,夾雜物的寬度增加一倍,級別相應(yīng)增加1級。為 探究GB/T10561—2005標(biāo)準(zhǔn)中不同類型、級別夾 雜物超寬尺寸對夾雜物級別的影響,以表2中 A 類、B類、C類串條狀夾雜物各級別的面積為基準(zhǔn), 根據(jù)式(1)進行推算(見表3)。 

式中:w 為夾雜物寬度;S 為表2中夾雜物各級別的 基準(zhǔn)面積;li 為初始夾雜物i級別對應(yīng)的最小長度; i為初始夾雜物級別;t為級別增量。

隨著夾雜物總長度的增加,夾雜物級別也在不 斷變大,結(jié)合GB/T10561—2005附錄D中D.2,由 級別計算夾雜物的測量值公式,可推導(dǎo)出符合表3 中不同類型夾雜物寬度對級別影響規(guī)律的公式為

式中:wA、wB、wC 分別為 A類、B類、C類夾雜物的 寬度。

可以看到,采用GB/T10561—2005標(biāo)準(zhǔn)中表1 和表2進行夾雜物評定時,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估 不同夾雜物寬度對級別的影響,進而使夾雜物級別 與疲勞失效等計算模型更好地結(jié)合起來,提高顯微 檢驗夾雜物的數(shù)據(jù)可利用性。

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

2.2 夾雜物長度增加對級別的影響 

目前常用的夾雜物評級標(biāo)準(zhǔn)中,夾雜物長度是 評定級別的主要影響因素。一般隨著夾雜物長度的 增加,級別會按照 GB/T10561—2005標(biāo)準(zhǔn)附錄 D 中D.1公式進行變化,但當(dāng)單條夾雜物長度超過評 定視場0.71mm 邊長的方框時,就會被判定為超尺 寸夾雜物并標(biāo)注總長度,級別卻不再增加,而鋼材質(zhì) 保書中對這些超尺寸標(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。

DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)圖1中0~6系列里的 6~8級明確說明,對超過單個視場圓直徑的夾雜 物,評定時應(yīng)以對應(yīng)系列圖譜下的長度為依據(jù)進行 評級,如出現(xiàn)更大長度的夾雜物,統(tǒng)一表示為9級。 

DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)對于夾雜物的評定不局 限于評級視場大小,對于超過視場的單個串條狀夾 雜物,依然采用整體長度和寬度對夾雜物面積進行 評級,不對超長夾雜物進行多個視場的分割降級,不 額外標(biāo)注超尺寸。建議對 GB/T10561—2005等夾 雜物標(biāo)準(zhǔn)的修訂,不能局限于評級規(guī)則的統(tǒng)一性和 完整性,還應(yīng)該從夾雜物評級檢驗的初始目的進行 分析。 

2.3 DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)中OG型夾雜物的評定 

DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)對 OG型夾雜物的評定 方法界限值等少有說明,但標(biāo)準(zhǔn)中6.2.4條提到在 對 OG型夾雜物進行評定時,應(yīng)按照圖1進行比較, 且不論夾雜物尺寸或密集程度,均根據(jù)夾雜物面積 進行評定。可以看到,雖然標(biāo)準(zhǔn)對 OG型夾雜物的 評定方法描述較少,但其評定方法還是同一級別、同 一面積的原則。圖1中每個系列圖片均有其對應(yīng)的 尺寸界限值,對 OG型夾雜物的基準(zhǔn)系列圖譜直徑 界限值進行提取并計算面積,再根據(jù) DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)中表3的長和寬計算面積后反推 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型夾雜物的評定界限值基本相同,說 明圖1中 OG型夾雜物基準(zhǔn)系列圖譜與表3中的平 均長度和平均寬度界限值設(shè)置理念相同,每級面積 都是遞增的,長度或?qū)挾瓤s短一半時,級別減小1 級。在DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)的實際評級過程中, 特別是采用自動金相分析儀時,表3通常較圖1使 用更多,所以為了評級過程中面積界限值的一致性, 建議根據(jù)表3計算的 OG型夾雜物評定界限值。 

3 結(jié)論

(1)鋼中夾雜物的檢驗有低倍檢驗和高倍檢驗 方法。低倍檢驗法能通過現(xiàn)場取樣檢驗快速識別坯 內(nèi)夾雜物等缺陷,指導(dǎo)生產(chǎn),但低倍方法僅能對較大 的夾雜物進行定性分析,不能對微觀的夾雜物進行 定量分析。高倍夾雜物檢驗方法對夾雜物的分類不 同,各標(biāo)準(zhǔn)的夾雜物檢驗原理、方法也有差異。 

(2)對夾雜物寬度評定進行了討論,通過將夾 雜物面積作為評定原則,結(jié)合 GB/T10561—2005標(biāo)準(zhǔn)中表1長度、表2最大寬度以及附錄D中D.2, 推導(dǎo)出了不同類型級別夾雜物寬度對級別影響規(guī)律 的公式。 

(3)對超長的夾雜物評定進行了討論,建議對 于超過視場的單個串條狀夾雜物,依然采用整體長 度和寬度對夾雜物面積進行評級,不對超長夾雜物 進行多個視場的分割降級。 

(4)對 OG 類夾雜物評定進行了討論,不論根 據(jù)DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)中圖1還是表3推導(dǎo),OG 型夾雜物的評定界限值基本相同。為了評級過程中 面積界限值的一致性,建議采用表3計算 OG型夾 雜物的直徑界限值。 

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<文章來源  >材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 59卷 > 8期 (pp:17-21)>