摘 要:介紹了鋼中夾雜物的評(píng)定方法,分析了 DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)中夾雜物寬度、長(zhǎng)度和 OG型夾雜物的評(píng)定方法。結(jié)果表明:DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定用夾雜物面積評(píng)定夾雜物級(jí)別, 這樣更能凸顯夾雜物對(duì)鋼性能的影響;對(duì)于超長(zhǎng)的單個(gè)串條狀?yuàn)A雜物,建議采用夾雜物整體長(zhǎng)度和 寬度對(duì)夾雜物進(jìn)行評(píng)級(jí),不進(jìn)行分割降級(jí)和額外標(biāo)注尺寸;根據(jù) DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)中圖1計(jì) 算了夾雜物面積,再根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)中表3計(jì)算夾雜物的面積,得出二者對(duì) OG型夾雜物的評(píng)定界限值 基本相同,由此可根據(jù) OG型夾雜物的直徑來評(píng)定夾雜物的級(jí)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(hào):TG115.2;TB31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1001-4012(2023)08-0017-05

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[1-6]。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)工作者來說,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)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[7]。

筆者介紹了鋼中夾雜物的評(píng)定方法,分析了 DIN50602—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)》中通過夾雜物面積來 評(píng)定夾雜物級(jí)別的方法,對(duì) DIN50602—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。

1 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/T4236—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/T37598—2019《鋼中非金屬夾雜物的檢 驗(yàn) 發(fā)藍(lán)斷口法》、YB/T4003—2016《連鑄鋼板坯低 倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》、YB/T4002—2013《連鑄鋼方坯 低倍組織缺陷評(píng)級(jí)圖》、YB/T153—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/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(píng)定》等。

GB/T4236—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/T15711—2018標(biāo)準(zhǔn)可檢驗(yàn)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(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/T3031—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/T4002—2013、YB/T153—2015、 YB/T4149—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[8]通過“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/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》、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》、ASTME45—2018a《鋼中夾雜物含量的測(cè) 定 標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法》、JISG0555—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JISG0555—2020均等同ISO4967的 1998版 標(biāo) 準(zhǔn),故 這 里 主 要 針 對(duì) GB/T10561— 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。

2 DIN50602—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通過確定夾雜 物的長(zhǎng)度和寬度來評(píng)定夾雜 物 的 級(jí) 別,而 DIN 50602—1985標(biāo)準(zhǔn)是通過計(jì)算夾雜物面積來評(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 DIN50602—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。

DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)通過夾雜物面積來評(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DIN50602—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ASTME45—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 寬沒有進(jìn)行過多要求。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/T10561—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)行說明。

采用 DIN50602—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/T10561—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)。

式中:w 為夾雜物寬度;S 為表2中夾雜物各級(jí)別的 基準(zhǔn)面積;li 為初始夾雜物i級(jí)別對(duì)應(yīng)的最小長(zhǎng)度; i為初始夾雜物級(jí)別;t為級(jí)別增量。

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/T10561—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

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(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,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/T10561—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。

DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)圖1中0~6系列里的 6~8級(jí)明確說明,對(duì)超過單個(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)。

DIN50602—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/T10561—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 DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)中OG型夾雜物的評(píng)定

DIN50602—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?？梢钥吹?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) DIN50602—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 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DIN50602—1985標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際評(píng)級(jí)過程中, 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。

3 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,通過將夾 雜物面積作為評(píng)定原則,結(jié)合 GB/T10561—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)DIN50602—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。

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