钢中非金属夹杂物的检验技术
ASTM_E45-1997钢中非金属夹杂物评定方法中文[1]
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ASTM E45-05 钢中夹杂物含量的评定方法1 范围1.1 本标准的试验方法为测定锻钢中非金属夹杂物含量的方法。
宏观试验法包括微蚀、断口、台阶和磁粉法。
显微试验法通常包括5种检测。
根据夹杂物形状而不是化学特点，显微法将夹杂物划分为不同类型。
这里主要讨论了金相照相技术，它允许形状类似的夹杂物之间略有不同。
这些方法在主要用来评定夹杂物的同时，某些方法也可以评估诸如碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物和金属间化合物的组成。
除了钢以外，其它合金在有些情况下也可以应用这些方法。
根据这些方法在钢中的应用情况，将分别给予介绍。
1.2 本标准适用于人工评定夹杂物含量。
其他ASTM标准介绍了用JK评级图的自动法（ASTM E1122 ）和图像分析法（ASTM E1245 ）。
1.3 按照钢的类型和性能要求，可以采用宏观法或显微法，也可以将二者结合起来，以得到最佳结果。
1.4 这些试验方法仅仅为推荐方法，对任何级别的钢而言，这些方法都不能作为合格与否的判据。
1.5 本标准未注明与安全相关的事项，如果有的话，也只涉及本标准的使用。
标准使用者应建立适当的安全和健康操作规程，并且在使用标准前应确定其适用性。
2 参考文献2.1 ASTM标准：A 295 高碳耐磨轴承钢技术条件A 485 强淬透性耐磨轴承钢技术条件A 534 耐磨轴承用渗碳钢技术条件A 535 特种性能的滚珠和滚柱轴承钢技术条件A 756 耐磨轴承用不锈钢技术条件A 866 耐磨轴承用中碳钢技术条件D 96 用离心法分离原油中水和沉淀物的试验方法E 3 制备金相试样指南E 7 金相显微镜术语E 381 钢棒，钢坯，钢锭和锻件的宏观试验法E 709 磁粉检测指南E 768 自动测定钢中夹杂物的试样的制备和评定操作规程E 1122 用自动图像分析法获得JK夹杂物等级的操作规程E 1245 用自动图像分析法确定金属中夹杂物或第二相含量的操作规程2.2 SAE标准：J421，磁粉法测定钢的清洁度等级J422，钢中夹杂物评定的推荐操作规程2.3 航空材料技术条件2300，高级飞行性能钢的清洁度：磁粉检测程序2301，飞行性能钢的清洁度：磁粉检测程序2303，飞行性能钢的清洁度：耐腐蚀马氏体钢磁粉检测程序2304，特种飞行性能钢的清洁度：磁粉检测程序2.4 ISO标准：ISO 3763，锻钢——非金属夹杂物的宏观评定法ISO 4967，钢——使用标准图谱的非金属夹杂物显微评定方法2.5 ASTM附加标准：钢中夹杂物评级图Ⅰ-r和评级图Ⅱ低碳钢的4张显微照片3 术语3.1 定义：3.1.1 本标准中用到的定义，见ASTM E7 。
钢中非金属夹杂物的检测
钢中非金属夹杂物的检测一.概述非金属夹杂物是钢中不可避免的杂质，它的存在使金属基体的均匀连续性受到破坏。
非金属夹杂在钢中的形态、含量和分布情况都不同程度地影响着各种性能，诸如常规力学性能、疲劳性能、加工性能等。
因此，非金属夹杂物的测定与评定引起人们的普遍重视。
夹杂物的含量和分布状况等往往被认为是评定钢的冶金质量的一个重要指标，并被列为优质钢和高级钢的常规项目之一。
钢中非金属夹杂物按其来源和大小，大体可分为两大类：1.显微夹杂物或称内在夹杂物，这类夹杂物是钢冶炼和凝固过程中，由于一系列物理和化学反应所生成。
例如，在冶炼过程中，由于加入脱氧剂而形成氧化物和硅酸盐等。
这些夹杂物来不及完全上浮进入钢渣，而残留在钢液中，即为内在夹杂。
如：Al、Fe-si等脱氧剂可以形成下列夹杂：3FeO+2Al 3Fe+ Al2O32FeO+ Si SiO2+2FenFeO+mSiO2 nFeO·mSiO2nAl2O3+mSiO2 nAl2O3·mSiO2另外，钢在凝固冷却过程中，S、N等元素，由于溶解度的降低而生成硫化物、氮化物等也将残留在钢中。
2.宏观夹杂物或称外来夹杂物，这类夹杂物是在钢的冶炼或浇铸过程中，由于耐火材料等外来物混入造成。
其特点是大而无固定形状。
就对钢而言，宏观夹杂物的危害更大。
夹杂物的检验方法也有宏观检验法和显微检验法两种。
非金属夹杂物的显微检验法是指借助于金相显微镜在规定的实验条件下，检验金相试样中非金属夹杂物的方法。
该法的主要优点是可以确定夹杂物的类型、分布、数量和大小，可以发现极细小的夹杂物。
但是，由于受试样尺寸及取样位置、数量的限制。
所以显微检验法的评定结果在很大程度上存在偶然性。
往往会过分夸大细小夹杂物的重要性而将那些试样以外或检验面以外的较大夹杂物遗漏，所以，显微检验法总是与宏观检验法相辅相成、互相补充的。
如果非金属夹杂物的宏观检验对优质钢来说是必不可少的检验项目之一，那么显微检验法则是特殊用途钢（如轴承钢、重要用途的合金结构钢等）广泛采用的检验方法。
钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法介绍
钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法介绍GB/T 10561—2005—何群雄，孙时秋：介绍了钢中非金属夹杂物含量测定显微检验法的概况，并对国标等同采用国际标准ISO4967：1998后变化的技术内容作了简要说明。
：非金属夹杂物；标准评级图显微检验法 0钢中非金属夹杂物的评定是衡量钢内在质量的一种重要方法，通过该方法的检验能反映钢中非金属夹杂物的含量、沾污度以及类型，为满足产品设计要求或改进生产工艺提供可靠的依据，尤其是非金属夹杂物的显微检验方法，更是各国冶金学家长期研究的课题。
随着显微技术和电子金相技术的不断发展，采用自动图像仪及计算机软件来评定非金属夹杂物的方法已经越来越多的被用于进行科学研究和实际生产检验。
目前美国金属材料协会（ASTM）E4委员会已有3个显微检验方法来评定非金属夹杂物含量的方法标准，即ASTM E45-97《用评级图谱评定非金属夹杂物的人工方法》、ASTM E1122-1986《自动图像分析法检查非金属夹杂物级别的方法》和ASTM E1245-2000《采用自动图像分析法测定钢中非金属夹杂物或第二相含量的方法》。
但是，应用光学显微镜测定钢中非金属夹杂物的标准图谱评级方法，至今还是在被最广泛地采用。
随着钢铁冶金技术的不断发展和对钢铁材料质量的要求不断提高，标准图谱评级的显微方法检验标准也在不断地修改和完善之中，如现行的国际标准ISO4967-1998《用标准图谱评定钢非金属夹杂物的显微方法》和美国ASTME45-97《钢中非金属夹杂物含量测定方法》对标准图谱和评定方法都作了较大的修改和变动，较好地解决了用光学显微镜评定钢中非金属夹杂物评定的一系列问题，使标准图谱的显微评定方法日趋完善。
GB/T10561-1989《钢中非金属夹杂物显微评定方法》标准是我国钢检测领域的一项重要的基础标准，也是钢中非金属夹杂物含量的主要检测方法之一。
该标准已颁布了一项重要的基础标准，也是钢中非金属夹杂物含量的主要检测方法之一。
钢中非金属夹杂物的鉴定
钢中非金属夹杂物的鉴定随着现代工程技术的发展，对钢的综合性能要求也日趋严格，相应地对钢的材质要求也越来越高。
非金属夹杂物作为独立相存在于钢中，破坏了钢基体的连续性，加大了钢中组织的不均匀性，严重影响了钢的各种性能。
例如，非金属夹杂物导致应力集中，引起疲劳断裂[1-3]；数量多且分布不均匀的夹杂物会明显降低钢的塑性、韧性、焊接性以及耐腐蚀性；钢中呈网状存在的硫化物会造成热脆性。
因此，夹杂物的数量和分布被认定是评定钢材质量的一个重要指标，并且被列为优质钢和高级优质钢出厂的常规检测项目之一。
非金属夹杂物的性质、形态、分布、尺寸及含量不同，对钢性能的影响也不同。
所以提高金属材料的质量，生产出洁净钢，或控制非金属夹杂物性质和要求的形态，是冶炼和铸锭过程中的一个艰巨任务。
而对于金相分析工作者来说，如何正确判断和鉴定非金属夹杂物也因此变得十分重要。
1 钢中非金属夹杂物的来源分类1.1 内生夹杂物钢在冶炼过程中，脱氧反应会产生氧化物和硅酸盐等产物，若在钢液凝固前未浮出，将留在钢中。
溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元素在降温和凝固时，由于溶解度的降低，与其他元素结合以化合物形式从液相或固溶体中析出，最后留在钢锭中，它是金属在熔炼过程中，各种物理化学反应形成的夹杂物[10-15]。
内生夹杂物分布比较均匀，颗粒也较小，正确的操作和合理的工艺措施可以减少其数量和改变其成分、大小和分布情况，但一般来说是不可避免的。
1.2 外来夹杂物钢在冶炼和浇注过程中悬浮在钢液表面的炉渣、或由炼钢炉、出钢槽和钢包等内壁剥落的耐火材料或其他夹杂物在钢液凝固前未及时清除而留于钢中。
它是金属在熔炼过程中与外界物质接触发生作用产生的夹杂物[10-15]。
如炉料表面的砂土和炉衬等与金属液作用，形成熔渣而滞留在金属中，其中也包括加入的熔剂。
这类夹杂物一般的特征是外形不规则，尺寸比较大，分布也没有规律，又称为粗夹杂。
这类夹杂物通过正确的操作是可以避免的。
钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法
—— 直径或边长大于 25mm、小于或等于 40mm 的钢棒或钢坯：检验面为通过直径的截面的一 半（由试样中心到边缘，图 2）；
—— 直径或边长小于或等于 25mm 的钢棒：检验面为通过直径的整个截面，其长度应保证得 到约 200mm2 的检验面积（图 3）；
形态比 aspect ratio 二维平面上微观形貌的长宽比 3.2 不连续条状 discontinuous stringer 在一平行于热加工轴向的平面上成直线排列的三个或三个以上，并且任意两个相邻的夹杂物之 间的横向间距不超过 15μm，纵向间距小于 40μm 的夹杂物 3.3 细条状夹杂物 strIp inclusion 在变形方向被高度拉长的单个夹杂物，或者在一平行于热加工轴向的平面上成直线排列的，并 且任何两个最邻近的夹杂物之间的横向距离不超过 15μm，纵向间距小于 40μm 的三个或三个以上的 夹杂物 3.4 聚集类夹杂物 gather inclusion 相邻夹杂物的横向距离 s（夹杂物中心之间的距离）≤15μm 呈簇状分布的夹杂物 3.5 非传统夹杂物 non-traditional inclusion 除传统硫化物、氧化物、硅酸盐夹杂物外，炼钢过程中经过添加稀土元素或钙处理后形成的稀 土夹杂物、钙夹杂物以及复合夹杂物。 3.6 沉淀相类 types of precipitate 饱和固溶体温度降低时析出的或固溶处理后得到的过饱和固溶体在时效时析出的相。这类析出 相包括氮化钛、硼化物、碳化物、碳氮化合物、氮化物或其他金属间化合物。
—— 厚度小于或等于 25mm 的钢板：检验面位于宽度 1/4 处的全厚度截面（见图 4）； —— 厚度大于 25mm、小于或等于 50mm 的钢板：检验面为位于宽度的 1/4 和从钢板表面到中
钢中非金属夹杂物及其检测法
钢中非金属夹杂物及其检测法夹杂物的评级问题：不计较其组成成分和性能以及它们可能的来源等；只注意它们的数量、形状、大小和分布情况。
一般在明视场下放大100倍时检验即可。
现在采用的方法有：瑞典Jernkontoret（简称JK）夹杂物评级图。
美国试验及材料学会（ASTM）夹杂物评级标准亦采用JK评级图。
此外还有SAE（美国汽车工程师学会）夹杂物评级图等等。
中国冶金部YB25-59规定，夹杂物的评级有甲乙两种方法。
即：长度指数和与标准级别图对比评级法。
非金属夹杂的鉴定：（一）金相法：借助金相显微镜的明场、暗场及偏振光来观察夹杂物的形状、分布、色彩及各种特征，从而对夹杂物作出定性或半定性的结论。
但金相法不能获得夹杂物的晶体结构及精确成分的数据。
1．夹杂物的形状：鉴定夹杂物首先注意的是它们的形状，从它们的形状特点上，有时可以估计出它们属于那类夹杂物，这有利于考虑下一步应采取的鉴定方法。
如：玻璃质SiO2呈球形；TiN一般呈淡黄色的四方形。
在铸态时呈球形的夹杂物很多，但这些夹杂物有的具有一定的塑性，当钢在锻轧后，它们被压延拉长，如FeO 和2FeOSiO2共晶夹杂物，铸态时为球状，锻轧后被拉成长条状。
2．夹杂物分布：夹杂物的分布情况也有一定的特点，有的夹杂物成群，有的分散。
成群的夹杂物经锻轧后，即沿锻轧方向连续成串，Al2O3夹杂就属此类。
有的夹杂物，如FeS 及FeS-FeO共晶夹杂物等。
因其熔点低，所以钢凝固时，这类夹杂物多沿晶界分布。
3．夹杂物的色彩和透明度：观察夹杂物的色彩及透明度一般应在暗场或偏振光下进行。
可分为透明和不透明两大类。
透明的还可分为透明和半透明两种。
透明的夹杂物在暗场下显得十分明亮。
如果夹杂物是透明的并有色彩，则在暗场下将呈现它们的固有色彩。
各种夹杂物都有其固有的色彩和透明度，再结合其它特征来进行判断。
如某种夹杂物，它们的分布及外形呈有棱的细小颗粒并沿轧制方向连续成群，在明场下这些夹杂物多呈深灰略带紫色，而在暗场下则为透明发亮的黄色。
金相培训-GB10561钢中非金属夹杂物含量的测定
02
在定量金相技术中，需要了解 显微组织的形态、尺寸、分布 和相对含量等信息，以便对材 料的性能进行评估和预测。
03
定量金相技术的基础包括光学 显微镜、数字图像处理、计算 机辅助图像分析和统计方法等 。
图像分析系统在夹杂物测定中的应用
图像分析系统是一种基于计算机技术的数字图 像处理和分析系统，可以用于非金属夹杂物的 测定。
分类
根据其化学成分、形态、尺寸和分布 的不同，钢中非金属夹杂物可分为氧 化物、硫化物、硅酸盐等类型。
形成机制与影响因素
形成机制
钢中非金属夹杂物的形成主要与原料质量、熔炼气氛、温度场、化学成分等因素有关。 在炼钢过程中，钢液与炉渣、耐火材料、脱氧剂等发生化学反应，生成不同类型的非金
属夹杂物。
影响因素
钢的化学成分、熔炼温度、炉渣组成、脱氧方式等均对非金属夹杂物的形成产生影响。
对钢性能的影响
力学性能
非金属夹杂物在钢中充当应力集 中源，降低钢的抗拉强度、屈服 点和疲劳极限。
韧性
非金属夹杂物对钢的韧性具有不 利影响，可能导致钢材在低温或 冲击载荷下脆化。
加工性能
非金属夹杂物可能影响钢材的可 焊性和冷加工性能，如焊接时易 产生裂纹，降低冷弯性能等。
03
gb10561标准解读
标准背景与意义
钢中非金属夹杂物是影响钢材质量的 重要因素，gb10561标准是检测和 评定钢材中非金属夹杂物含量的重要 依据。
该标准的制定和实施，对于提高钢材 质量、保证工程安全、促进冶金工业 发展具有重要意义。
试验方法与步骤
01 试验前需准备样品，并进行研磨、抛光等 预处理。
为了减小误差，需要采取一系列措施，如制定科学的取样和制样方案、选 择合适的测量方法和仪器、加强操作人员的培训和技能提升等。
钢中非金属夹杂物检测技术
●
沿铸坯厚度方向取试样，在金相显微镜Ｆ观察统计夹杂物分布如图２（ｂ）所示。由图２（ｂ）知，金相法得到与硫印 法相似的结果。 那么在铸坯厚度１／４左右夹杂物是由什么组成的呢？用金相法观察夹杂物，探针分析结果与浸入式水口内堵塞 物成分十分相似，见表４。由此可知，铸坯中大颗粒夹杂物是来源于浸入式水口堵塞物。这种以Ａ１２０３为主的夹杂物 是造成冷轧薄板表面缺陷的主要原因。
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试样大，电解时间长。为了捕捉更多的大型夹杂物，试样尺寸大（中５０’６０Ｘ １２０’１５０ｍｍ），样重３’５ｋｇ，电 解时间１５’２０天。
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使用物理方法分离碳化物。用淘洗法把碳化物淘洗掉，而夹杂物和铁的氧化物保留下来，用还原磁选把 夹杂物分离出来。
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夹杂粒径分级和组成分析。 不足之处是不能完全保留云雾状的Ａ１２０３夹杂。
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下面把常用的几种方法简介如下：
３．１钢中非金属夹杂物评级法
有国家标准评级图，用于轧材或铸坯中夹杂物评级。评级图片是在１００倍纵向抛光面上面积为０．５咖２视场。根 据夹杂物形态和分布，标准图谱分为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ和Ｄｓ五大类。 Ａ类（硫化物夹杂）：延性好，长／宽比较大，夹杂物呈灰色； Ｂ类（氧化铝）：不变形，带棱角，呈黑色粒状，沿轧制方向排列； Ｃ类（硅酸盐）：延性好，长／宽比较大，夹杂物呈黑色或灰色； Ｄ类（球状氧化物）：不变形，带棱角，长／宽比较小（＜３），无规则分布，呈黑色或兰色。 Ｄｓ类（单颗粒球状）：夹杂物呈圆形或近似圆形，直径大于１３ ｌｌ 取样、制样和评级按规定标准（ＧＢ／Ｔ１０５６卜２００５）执行。
・
（２）分析流程 大样电解主要用于分析钢９＞５０ｕ ｎｌ大型氧化物夹杂。其分析流程主要包括电解、淘洗、还原和分离。分离出夹 杂物进行粒度分级、形貌照相和电子探针定量成分分析。大样电解分析流程如图５所示。 （３）大样电解设备 电解设备包括整流器（２５Ｖ，２０／Ｉ）、电解槽体、淘洗槽、还原磁选装置、体视显微镜、分级筛、称重天平和相机 等。 （４）大型夹杂物实例 下面介绍一下我们在某厂ＲＨ、中间包和连铸坯中大型夹杂物照片。图６为ＲＨ处理前后大颗粒夹杂物形貌相片。
非金属夹杂物评级
在钢铁生产中，夹杂物问题一直困扰着生产者。
由于夹杂物的影响，钢材的性能指标，如韧性、焊接性、耐腐蚀性等都会受到影响。
为了解决这个问题，需要对夹杂物进行评级和分析。
本文将介绍夹杂物评级的方法和步骤，以及夹杂物对钢材性能的影响。
夹杂物评级的方法和步骤夹杂物评级的方法主要有显微观察法、化学分析法、电子探针等。
其中，显微观察法是最常用的方法之一。
该方法通过观察夹杂物的形态、大小、分布等特点，对其进行评级。
具体步骤如下：1. 样品制备：选取一定数量的样品，将其切割成一定大小的薄片。
2. 显微观察：使用显微镜观察夹杂物的形态、大小、分布等特点。
3. 评级：根据夹杂物的特点，对其进行评级。
评级结果通常分为五个等级：0、1、2、3、4。
夹杂物对钢材性能的影响夹杂物对钢材性能的影响较大，主要包括以下几个方面：1. 韧性：夹杂物会降低钢材的韧性，使其在受到冲击时容易断裂。
2. 焊接性：夹杂物会阻碍焊缝的形成，降低焊接质量，甚至导致焊接失败。
3. 耐腐蚀性：夹杂物会降低钢材的耐腐蚀性，使其容易受到腐蚀介质的侵蚀。
4. 其他性能：夹杂物还会对钢材的其他性能产生影响，如耐磨性、硬度等。
通过以上分析可以发现，夹杂物对钢材的性能有很大的影响，需要对其进行评级和分析。
在实际生产中，需要采取相应的措施，如控制原料质量、优化生产工艺等，来减少夹杂物的产生，提高钢材的质量和性能。
除了对夹杂物进行评级和分析外，还需要对其他影响钢材质量的因素进行控制和管理。
例如，可以通过控制原料质量来减少夹杂物的产生；可以通过优化生产工艺来提高钢材的质量和性能；可以通过控制生产过程中的温度、压力等参数来减少有害杂质的影响。
这些措施可以帮助生产企业提高产品质量，降低生产成本，提高市场竞争力。
总之，夹杂物评级和分析是钢铁生产中非常重要的一个环节。
通过评级和分析，可以了解夹杂物的特点和分布情况，从而采取相应的措施来减少夹杂物的产生，提高钢材的质量和性能。
在实际生产中，生产企业需要加强对夹杂物评级和分析的重视，以提高产品质量和竞争力。
钢中非金属夹杂物的金相鉴定
与色彩、夹杂物的各向同性与各向异性。
球墨铸铁中，石墨球具有多晶 结构，内部有年轮状的特点，即 石墨球内部有一个核心，从核心 向外，碳原子形成年轮状堆积。 偏光照明下，石墨球的组织有明 显的各向异性效应。
球墨铸铁 石墨的多晶体特征 偏振光
球墨铸铁 石墨
氧化硅 玻璃质球状 明场 100X 黑色中心部分有亮点 呈“同心圆”特征
氧化硅 玻璃质球状 偏振光 100X 呈“黑十字”特征
硫化物 塑性夹杂物 100X
硅酸盐 100X
氮化物 100X
2、暗场照明 暗场照明时通过目镜观察的现场基
本上是黑暗的，仅在磨痕、坑洞、夹杂 物等表面不平处，因光线漫反射有部分 可以进入物镜成象，所以可以看到一些 明亮的象映衬在黑暗的视场内。在暗场 下因为没有金属表面反射光的混淆和遮 盖，我们可以辨别夹杂物的透明度以及 透明夹杂物的固有色彩。
3、偏振光照明
从物理学知道，自然光是在垂直于传播方向的平面
内各个方向的振动都相等的光，而偏振光则是仅在垂直 于传播方向的平面一个方向振动的光或以不等振幅在各 个方向振动的光。 欲得到偏振光，必须使自然光起偏。为此需要特殊的附 件。显微镜的偏光附件共有二件，一件插在入射光线 中，称为起偏镜，它的作用是使光源发出的光线变成偏 振光；一件放在目镜前的观察光程内，称检偏振镜，用 来检查偏振光，当偏振光发出的偏振光轴与检偏镜的光 轴平行时，透过检偏镜的光最强，当两个光轴垂直正交 时，由起偏镜产生的偏振光不过检偏镜而产生消光现 象，改变两偏振镜的交角，就会使视场中光线发生明暗 的变化。
实验五 钢中非金属夹杂 物的金相鉴定
一、实验目的
1、掌握钢中非金属夹杂物的金相检验方法； 2、学习使用显微镜的暗场，偏振光照明方 法； 3、熟悉常见夹杂物的金相特征。
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钢中非金属夹杂物检验技术
GB/T 10561-2005简介
夹杂物分类
A类-- 硫化物类：具有高延展性，有较宽范围形态比的单 个灰色夹杂物，一般边部呈圆角。 B类--氧化铝类：大多没有变形，带角的，形态比小（一般 ＜3）黑色或蓝色颗粒，沿轧制方向排成一行。 C类--硅酸盐类：具有高延展性，有较宽范围形态比（一般 ≥3）的单个呈黑色或深灰色夹杂，一般端部成锐角。 D类--球状氧化物：不变形，带角或圆形，形态比小（一般 ＜3）黑色或带蓝色，无规则分布。 DS类--单颗粒球状类：圆形或近似圆形，直径≥13μm。
各向异性，透明 呈玻璃状时各向 同性 各向异性，呈玻 璃状时各向同性
铁锰硅酸盐 同锰硅酸盐 mFeO·nMnO·S iO2
石英SiO2 钙硅酸盐 1,2CaO·SiO2 莫来石 3Al2O3·SiO22 球状 球状任意分 布， 三棱或针状 分布无规则
深灰色，球体中的 环圈反光而中心有 亮点，当Si、Mn量 多时呈黑色园盘
钢中非金属夹杂物检验技术
夹杂物的检验 确定夹杂物类型 测定它们的大小、数 量、形态及分布等
定性分析
定量检验
提出预防和改进措施
钢中非金属夹杂物检验技术
夹杂物显微评定
钢中非金属夹杂物的評定是衡量钢内在质量的一 种重要方法，通过该方法的检验能反映钢中非金 属夹杂物的含量以及类型，为满足产品设计要求 或改进生产工艺提供可靠的依据，尢其是非金属 夹杂物的显微检验方法，更是各国冶金学家长期 研究的课题。
各向同性
各向同性
碳氮化钒V（CN） 孤立或成群
氮化铝AlN
氮化铌NbN
晶内或晶界
晶内或晶界
紫灰色
亮黄色
强各向异性
各向同性
钢中非金属夹杂物检验技术
非金属夹杂物的变形规律
钢中非金属夹杂物检验技术
夹杂物对钢质量的影响
(一)非金属夹杂物对疲劳性能的影响 非金属夹杂物由于其性能与钢有很大的差异，因此它破坏了钢基体 的均匀性、连续性，还会在该处造成应力集中，而成为疲劳源。在 外力作用下，通常沿着夹杂物与其周围金属基体的界面开裂，形成 疲劳裂纹。 (二)非金属夹杂物对钢的韧性和塑性的影响 夹杂物的存在对钢的韧性和塑性危害程度主要取决于夹杂物的大小、 数量、类型、形态和分布。在轧制钢材时被拉长的夹杂物，对其横 向的韧性和塑性的危害程度较为明显。夹杂物呈网状沿晶界连续分 布或聚集分布时则危害最大。 (三)非金属夹杂物对钢的工艺性能影响 由于夹杂物的存在，特开裂、淬火裂纹、焊接层状撕裂及零件磨削后的表面粗糙度 等都有较明显的不利影响。
完全不透明， 各向异性，不 沿边有细亮线 透明，淡黄色 绿宝石色 薄处绿色 各向同性 各向异性 各相同性 稍透明，带绿 各向同性 薄透明，带红 各向同性
形状规则成群，灰（稍紫） 形变后成串
钢中非金属夹杂物检验技术
(3) 硅酸盐类夹杂物 硅酸盐类夹杂是由金属氧化物和二氧化硅组成的复杂 化合物，所以也属于氧化物系夹杂物。
钢中非金属夹杂物的检测技术 及国内外相关标准的
学习和探讨
质检处
2014年8月
概 述
钢中非金属夹杂物 主要来自钢的冶炼和 浇注过程，以机械混 合物形式存在于钢中， 是不可避免的一相。 主要有硫化物、氧化 物、硅酸盐、氮化物 等。
其含量一般都很少，但它们对钢的性 能的危害作用却不可忽视。这种危害 程度与非金属夹杂物的类型、大小、 数量、形态及分布有关。 因此，钢中非金属夹杂物的金相检验 ，对钢材的冶金质量评价及机械零件 的失效具有十分重要的意义。
深灰色 深灰色 深灰色
透明、琥珀 黄色，园盘 好像有些突 出。
透明无色 透明，无色 透明无色
呈玻璃状，各向 同性，含Si较多 的夹杂能看到黑 暗的十字叉
各向同性 弱各向异性， 各向异性
钢中非金属夹杂物检验技术
按化学成分分类
(4) 氮化物系夹杂物 一般情况下，钢中的氮化 物夹杂较少，但如果钢液中 含有铝、钛、铌、钒、锆等 与氮亲和力较大的元素时， 在出钢和浇注过程中钢流会 吸收空气中的氮而使钢中氮 化物夹杂的数量显著增多， 其中最常见的是TiN和AIN夹 杂物。
钢中非金属夹杂物检验技术
夹杂物检验标准
国内标准 GB/T 10561-2005 《钢中非金属夹杂物含量的测定 --标准评级图显微检验法》
GB/T18254-2002《高碳铬轴承钢》
钢中非金属夹杂物检验技术
夹杂物检验标准
国际及国外标准 ISO 4967-1998 Steel-Determination of content of nonmetallic inclusions-Micrographic method using standard diagrams ASTM E45-2005e2 Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of Steel JIS G0555-2003(en) Microscopic testing method for the non-metallic inclusions in steel DIN 50602-1985 Microscopic examination of special steels using standard diagrams to assess the content of nonmetallic inclusions
美国ASTM E45标准的历史最早、内容最多、使用 最广，在国际上也影响最大。 目前，国际标准化(ISO)和许多国家都参照采用了 ASTM E45标准。ISO4967-1998就是参照美国 ASTM E45-97标准修订的。 我国的GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物检验 技术方法》是等效采用ISO4967-98标准制定的。
钢中非金属夹杂物检验技术
GB/T 10561-2005简介
试样的选取与制备
在检查金属材料质量或评定非金属夹杂物的等级时，试样截 取的部位及尺寸应按钢中非金属夹杂物评级标准中所规定的 取样方法或技术协议中有关的规定进行。通常取样部位应沿 钢材或零件的轧制或锻造方向通过中心切取试样；钢坯上切 取的检验面应通过钢材(或钢坯)轴心的纵截面，其面积约 200mm2(20mm×10mm )。
钢中非金属夹杂物检验技术
(2) 氧化物系夹杂物 氧化物系夹杂物有简单氧化物、复杂氧化物、硅酸盐 和固溶体之分。常见的简单氧化物夹杂有FeO、Fe2O3、 MnO、SiO2、Al203、TiO2等；复杂氧化物包括尖晶石类夹 杂物和钙的铝酸盐两种。
低合金钢中的尖晶石类氧化物 500×
钢中非金属夹杂物检验技术
钢中非金属夹杂物检验技术
夹杂物显微评定 随着显微设备和电子金相技术的发展,用自动 图像仪及软件评定钢中非金属夹杂物的方法 已经愈来愈多地用于科学研究和生产检验。 但应用光学显微镜测定钢中非金属夹杂物的 标准图谱评级方法，至今还是在被最广泛地 采用。
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夹杂物显微评定标准的发展
钢中非金属夹杂物检验技术
夹杂物的鉴定
虽然金相法对夹杂物的鉴定能做很多工作，但它 不能获得夹杂物的晶体结构及精确成分的数据 ， 如欲对夹杂物做更精细的研究，可借助于下列仪 器设备及实验手段： X射线微区域分析法（扫描电子显微镜） 岩相分析法 X射线晶体结构分析法 化学分析法等
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(1) 硫化物系夹 杂物 一般情况下， 钢中的硫化物夹 杂主要是 FeS、 MnS和它们的固溶 体(Fe、Mn)S。
低碳钢中的硫化物 100×
钢中非金属夹杂物检验技术
低碳钢中的硫化物和氧化物 500×
低碳钢中的硫化物，沿轧制方向变形延伸
100×
硫化物系夹杂物的光学特性
夹杂物名称
形状及分布
明
场
暗
硅酸盐夹杂物 500×
硅酸盐类夹杂物的光学特性
夹杂物名称
铁硅酸盐 2FeO·SiO2 锰硅酸盐 2MnO·SiO2
形状及分布
明
场
暗
场
偏
光
多为玻璃质。 深灰色，球体中的 球状任意分 环圈反光而中心有 布，稍变性 亮点 多为玻璃质， 深灰色 球状任意分 布，易变形
透明，色由 淡黄到褐色 透明，由玫 瑰到褐色
金相显微镜鉴别分析物相
(1)明视场观察
明视场是金相显微镜的主要观察方法。 入射光线垂直照射在试样表面，利用试 样表面反射光线进入物镜成象。
金相显微镜鉴别分析物相
(2)暗视场观察
暗视场是通过物镜的外周照明试样，并借助曲 面反射镜以大的倾斜角照射到试样上。
若试样是一个镜面，视场内是漆黑一片。在试样 凹洼之处或透过透明夹杂而改变反射角，光线才有 可能进入物镜，而被观察到。因此在暗场下能观察 到夹杂物是否透明。
低合金钢中的氧化物 100×
球形氧化物
氧化物系夹杂物的光学特性
夹杂物名称 氧化铝 Al2O3 氧化亚铁FeO 氧化亚锰MnO Cr2O3 MgO·Al2O3 铁尖晶石 FeO·Al2O3 铬铁矿 FeO·Cr2O3 形状及分布 细小，成串 明 场 暗 场 偏 光
深灰或暗灰
透明黄白色
各向异性
球状，变形后 灰色稍带褐 略显椭圆 色 不规则，成群 灰色 无规则 形状规则 形状规则 灰紫色 灰（稍紫） 暗灰
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GB/T 10561-2005简介
夹杂物分类
A类
B类
C类
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