摘 要:介绍了钢中夹杂物的评定方法,分析了 DIN50602—1985标准中夹杂物宽度、长度和 OG型夹杂物的评定方法。结果表明:DIN50602—1985标准规定用夹杂物面积评定夹杂物级别, 这样更能凸显夹杂物对钢性能的影响;对于超长的单个串条状夹杂物,建议采用夹杂物整体长度和 宽度对夹杂物进行评级,不进行分割降级和额外标注尺寸;根据 DIN50602—1985标准中图1计 算了夹杂物面积,再根据该标准中表3计算夹杂物的面积,得出二者对 OG型夹杂物的评定界限值 基本相同,由此可根据 OG型夹杂物的直径来评定夹杂物的级别。

关键词:夹杂物;面积;宽度影响因子;DIN50602—1985;OG型夹杂物

中图分类号:TG115.2;TB31 文献标志码:A 文章编号:1001-4012(2023)08-0017-05

钢中夹杂物的大小、数量和分布是评定钢材 质量优劣的重要指标,是钢出厂检验评判项目之 一。夹杂物对钢的韧性、塑性、疲劳性能、焊接性 能以及耐腐蚀性能有着重要的影响[1-6]。要减轻 夹杂物对钢材性能的影响,就要控制钢中夹杂物 的生成,并全面获取夹杂物的特征。对于金相检 验工作者来说,如何正确判断和评定夹杂物也变 得十分重要。

目前,国内外对夹杂物检验的方法有很多,各夹 杂物检验标准有不同的分类方法[7]。

笔者介绍了钢中夹杂物的评定方法,分析了 DIN50602—1985《金相检验方法 特殊钢中非金 属夹杂物的高倍金相检验》中通过夹杂物面积来 评定夹杂物级别的方法,对 DIN50602—1985标 准的一些评定细节进行了探讨,以供金相检验人 员参考。

1 夹杂物的检验方法

1.1 夹杂物低倍检验方法标准

低倍检验是一种宏观检验方法,其通过人眼或 10倍以下放大镜对试样整个表面的组织和缺陷进行 分类评级。由于化学成分的不同,酸蚀后,会在试样 宏观检验面上呈现出不同形状和颜色的色斑。

国内目前常用的夹杂物低倍检验标准主要有 GB/T4236—2016 《钢 的 硫 印 检 验 方 法》、GB/T 15711—2018《钢中非金属夹杂物的检验 塔形发纹酸 浸法》、GB/T37598—2019《钢中非金属夹杂物的检 验 发蓝断口法》、YB/T4003—2016《连铸钢板坯低 倍组织缺陷评级图》、YB/T4002—2013《连铸钢方坯 低倍组织缺陷评级图》、YB/T153—2015《优质结构 钢连铸坯低倍组织缺陷评级图》、YB/T4149—2018 《连铸圆管坯》、TB/T3031—2002《铁路用辗钢整体 车轮 径向全截面低倍组织缺陷的评定》等。

GB/T4236—2016标准可检验钢中硫化物夹 杂的分布位置,并对被检部位的纯净度进行评估。 GB/T15711—2018标准可检验钢中非金属夹杂物 在加工变形过程中沿锻轧方向的延伸情况。GB/T 37598—2019标准要求将钢试样加热到适当温度, 使其表面产生极薄的蓝色氧化膜,再将试样一次性 折断(也可以先将其折断再进行热处理),利用夹杂 物灰白色、浅黄色等特性,检验钢中非金属夹杂物的 尺寸、数量和分布情况。TB/T3031—2002标准主 要针对车轮系列产品,将非金属夹杂物分为了Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ型,并按夹杂物大小、数量进行评级。YB/T 4003—2016、YB/T4002—2013、YB/T153—2015、 YB/T4149—2018等标准主要介绍在酸蚀后检验 非金属夹杂物和异金属夹杂物的方法。

低倍检验法主要对连铸坯质量进行分析,通 过现场取样检验,快速识别坯内夹杂物等缺陷,对 下一步生产进行指导,但该方法仅能对较大的夹 杂物进行低倍定性分析,不能对微观夹杂物进行 定量分析。

王克杰等[8]通过“钢坯镜面加工技术”和“钢坯 全端面检测技术”,在全端面上进行全面积纯净度检 测,也可以在整个低倍试样上进行全体积纯净度检 测,彻底改变小试样抽检的纯净度检测现状,对夹杂 物进行检测的同时,还可以检测钢坯中的气孔、裂纹 等缺陷,突破低倍检测和高倍检测的局限性,实现真 正意义上的宏观纯净度检测。

1.2 夹杂物高倍检验的方法标准

国内外常用的夹杂物高倍检验标准主要有 GB/T10561—2005《钢中非金属夹杂物含量的测 定 标准评级图显微检验法》、ISO4967:2013 《钢 非金属夹杂物含量的测定 使用标准图的显微图像 方法》、ASTME45—2018a《钢中夹杂物含量的测 定 标准检验法》、JISG0555—2020《钢中非金属夹 杂物的显微测试方法》等。由 于 GB/T10561— 2005以及JISG0555—2020均等同ISO4967的 1998版 标 准,故 这 里 主 要 针 对 GB/T10561— 2005、ASTM E45—2018a及 DIN50602—1985这 3个标准,从夹杂物分类、取样、评级原则等方面进 行夹杂物检验的对比(见表1),并对夹杂物检验标 准提出后续修订建议。

2 DIN50602—1985中夹杂物评定细节

上述3个夹杂物检验标准对夹杂物的分类不 同,夹杂物检验原理、方法也有差异。其中,GB/T 10561—2005和 ASTM E45—2018a通过确定夹杂 物的长度和宽度来评定夹杂 物 的 级 别,而 DIN 50602—1985标准是通过计算夹杂物面积来评定夹 杂物的级别,虽然以上3个标准都将级别转化为长 度和宽度的界限值进行评定,但 DIN50602—1985 标准却考虑了超宽、超长对夹杂物的影响以及使用 面积评定 OG型夹杂物的方法。

DIN50602—1985标准通过夹杂物面积来评定 夹杂物的级别,更能凸显夹杂物对钢性能的影响,故 主要对采用DIN50602—1985标准评定夹杂物级别 的细节进行探讨,主要包括夹杂物宽度、长度和 OG 型夹杂物直径分析方面,供人们评级时了解使用。

2.1 夹杂物宽度增加对级别的影响

GB/T10561—2005和ASTME45—2018标准 规定,A 类、B类、C类串条状夹杂物宽度对夹杂物 级别的影响主要是夹杂物宽度是否满足起评最小 值,对于超宽的夹杂物,宽度仅影响粗细分类,不影 响夹杂物级别。一些加工厂商与钢厂签订夹杂物技 术协议时,也只是规定夹杂物级别,对夹杂物是否超 宽没有进行过多要求。Murakami模型将夹杂物面 积作为研究重点,量化出夹杂物在平行于裂纹扩展 方向的投影面积,使得在钢材中形成夹杂物面积的 评判标准,并且该模型在后续学者进行大量试验验 证中也得到了证实,所以应该在相关检验标准中重 视对夹杂物宽度的评定。

将GB/T10561—2005标准中表1长度和表2 中各类夹杂物最大宽度相乘得到夹杂物的基准面积 (见表2)。由于D类和DS类夹杂物评定不涉及宽 度,所以表1主要对 A 类、B类、C类夹杂物基准面 积进行说明。

采用 DIN50602—1985标准计算夹杂物面积 时,夹杂物的宽度增加一倍,级别相应增加1级。为 探究GB/T10561—2005标准中不同类型、级别夹 杂物超宽尺寸对夹杂物级别的影响,以表2中 A 类、B类、C类串条状夹杂物各级别的面积为基准, 根据式(1)进行推算(见表3)。

式中:w 为夹杂物宽度;S 为表2中夹杂物各级别的 基准面积;li 为初始夹杂物i级别对应的最小长度; i为初始夹杂物级别;t为级别增量。

随着夹杂物总长度的增加,夹杂物级别也在不 断变大,结合GB/T10561—2005附录D中D.2,由 级别计算夹杂物的测量值公式,可推导出符合表3 中不同类型夹杂物宽度对级别影响规律的公式为

式中:wA、wB、wC 分别为 A类、B类、C类夹杂物的 宽度。

可以看到,采用GB/T10561—2005标准中表1 和表2进行夹杂物评定时,如果结合公式(2)、(3)、 (4)和文中表3,夹杂物宽度影响因子可以有效评估 不同夹杂物宽度对级别的影响,进而使夹杂物级别 与疲劳失效等计算模型更好地结合起来,提高显微 检验夹杂物的数据可利用性。

另外,根据式(2)、(3)、(4)还可以计算后续夹杂 物级别对应的夹杂物宽度与级别增加量。该公式还 可以推广到其余类似的检测标准。

2.2 夹杂物长度增加对级别的影响

目前常用的夹杂物评级标准中,夹杂物长度是 评定级别的主要影响因素。一般随着夹杂物长度的 增加,级别会按照 GB/T10561—2005标准附录 D 中D.1公式进行变化,但当单条夹杂物长度超过评 定视场0.71mm 边长的方框时,就会被判定为超尺 寸夹杂物并标注总长度,级别却不再增加,而钢材质 保书中对这些超尺寸标注信息一般不予出示,导致 较多的超大夹杂物被用户忽略,从而埋下隐患。

DIN50602—1985标准图1中0~6系列里的 6~8级明确说明,对超过单个视场圆直径的夹杂 物,评定时应以对应系列图谱下的长度为依据进行 评级,如出现更大长度的夹杂物,统一表示为9级。

DIN50602—1985标准对于夹杂物的评定不局 限于评级视场大小,对于超过视场的单个串条状夹 杂物,依然采用整体长度和宽度对夹杂物面积进行 评级,不对超长夹杂物进行多个视场的分割降级,不 额外标注超尺寸。建议对 GB/T10561—2005等夹 杂物标准的修订,不能局限于评级规则的统一性和 完整性,还应该从夹杂物评级检验的初始目的进行 分析。

2.3 DIN50602—1985标准中OG型夹杂物的评定

DIN50602—1985标准对 OG型夹杂物的评定 方法界限值等少有说明,但标准中6.2.4条提到在 对 OG型夹杂物进行评定时,应按照图1进行比较, 且不论夹杂物尺寸或密集程度,均根据夹杂物面积 进行评定。可以看到,虽然标准对 OG型夹杂物的 评定方法描述较少,但其评定方法还是同一级别、同 一面积的原则。图1中每个系列图片均有其对应的 尺寸界限值,对 OG型夹杂物的基准系列图谱直径 界限值进行提取并计算面积,再根据 DIN50602—1985标准中表3的长和宽计算面积后反推 OG 型 夹杂物直径,可得到表4。

可以看到,不论根据标准中图1还是标准中表 3的推导,OG型夹杂物的评定界限值基本相同,说 明图1中 OG型夹杂物基准系列图谱与表3中的平 均长度和平均宽度界限值设置理念相同,每级面积 都是递增的,长度或宽度缩短一半时,级别减小1 级。在DIN50602—1985标准的实际评级过程中, 特别是采用自动金相分析仪时,表3通常较图1使 用更多,所以为了评级过程中面积界限值的一致性, 建议根据表3计算的 OG型夹杂物评定界限值。

3 结论

(1)钢中夹杂物的检验有低倍检验和高倍检验 方法。低倍检验法能通过现场取样检验快速识别坯 内夹杂物等缺陷,指导生产,但低倍方法仅能对较大 的夹杂物进行定性分析,不能对微观的夹杂物进行 定量分析。高倍夹杂物检验方法对夹杂物的分类不 同,各标准的夹杂物检验原理、方法也有差异。

(2)对夹杂物宽度评定进行了讨论,通过将夹 杂物面积作为评定原则,结合 GB/T10561—2005标准中表1长度、表2最大宽度以及附录D中D.2, 推导出了不同类型级别夹杂物宽度对级别影响规律 的公式。

(3)对超长的夹杂物评定进行了讨论,建议对 于超过视场的单个串条状夹杂物,依然采用整体长 度和宽度对夹杂物面积进行评级,不对超长夹杂物 进行多个视场的分割降级。

(4)对 OG 类夹杂物评定进行了讨论,不论根 据DIN50602—1985标准中图1还是表3推导,OG 型夹杂物的评定界限值基本相同。为了评级过程中 面积界限值的一致性,建议采用表3计算 OG型夹 杂物的直径界限值。

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<文章来源>材料与测试网>期刊论文>理化检验－物理分册>59卷>8期(pp:17-21)>