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 。
钢中非金属夹杂物含量的测定-标准评级图显微检验法介绍(续)【最新资料】【优秀】
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(续)【最新资料】【优秀】(文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用,可编辑推荐下载）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(续)何群雄,孙时秋3.6 “5夹杂物含量的测定”视场形状和尺寸采用显微方法进行对比评定法时,视场的形状和大小是一个不可忽视的参数,必须在标准中予以明确规定,原国标GB/T 10561-1989标准中规定,无论投影法还是直接观察法,均采用实际视场直径为0.80mm(实际面积为0.50mm )的圆形视场。
而新标准规定,夹杂物评定的视场应为边长为0.71mm(实际面积为0.50mm )的正方形视场。
通常按A法(最恶劣视场)评定时,视场形状的变化不会对夹杂物的评级有很大的影响,也许仅对个别的的超长尺寸的夹杂物可能会有些区别,但按B法评定时,要保证进行逐个视场评定而不漏局部的区域,实现逐个视场相接,则正方形视场要优越得多,考虑与国际接轨,并符合等同采用ISO 4967:1998的原则,新标准采用面积为0.50 mm 的正方形视场。
关于放大倍率由于评级图谱和各级别的长度界限值均为100倍下所规定的,故新标准规定应在100倍下进行观察,当采用投影法时,必须保证在毛玻璃上放大100±2倍,如果直接用目镜观察,则必须在适当位置上放置试验网格,以使检验的面积为0.50 mm ,而改变了原GB/T 10561-1989的直接观察法的放大倍率可略有变化(90～100),仲裁时必须放大100倍的规定。
夹杂物的评定方法新标准规定有两种评定方法:①A法(即最恶劣视场法),A法系对被检试样抛光面上的夹杂物最严重的视场进行评级,评级按每类夹杂物的粗系和细系进行评定。
②B法,B法系对被检试样抛光面上的每个视场按每类夹杂物的粗系或细系进行评级。
为此,检验时必须连续地移动视场,保持每个视场相接,而不是随机选择视场。
但是为了降低检验费用和检验工作量,允许减少所检验的视场数,或者采用一种使视场分布符合一定规律,而对试样作局部检验的方案。
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。
金相培训- GB10561 钢中非金属夹杂物含量的测定
取样
检测方法
• A法 整个抛光面每一类夹杂（A,B,C,D,DS) ，细系 和粗系记下与所有检测面上最恶劣视场相 符合的标准图片的级别数。 • B法 整个抛光面每一个视场同标准图片对比， 每类细系和粗系记下与所检测面上最符合 的标准图片的级别数。
两夹杂物之间的间距规定
GB/T 10561 钢中非金属杂 物含量的测定
检验面要求及级别
• 100倍下纵向抛光面上（实际面积0.50mm2)的 正方形视场。 • 根据夹杂物的形状和分布，标准图谱分为 A,B,C,D和DS 五大类 • A: 硫化物类 • B:氧化铝类 • C：硅酸盐类 • D: 球状氧化物类 • DS:单颗粒球状类
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
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。
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透明，由玫 瑰到褐色
铁锰硅酸盐 同锰硅酸盐 mFeO·nMnO·S
iO2
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
透明、琥珀 黄色，园盘 好像有些突 出。
石英SiO2
球状
深灰色
透明无色
钙硅酸盐 1,2CaO·SiO2
莫来石 3Al2O3·SiO22
球状任意分 布，
三棱或针状 分布无规则
夹杂物的鉴定
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、色彩和透明度 、各向同性和各向异性、夹杂物的黑十字 现象、夹杂物的硬度及塑性等，从而对夹 杂物作出定性或半定性的结论。
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。
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。
钢中非金属夹杂物检验技术
夹杂物的来源
按来源 分类
是钢水冷却凝固过程中的 内生夹杂物 析出产物。
主要是钢水和外界（卷渣 外来夹杂物 及耐火材料侵蚀）之间偶
然的化学和机械作用产物。
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。
各向同性
Cr2O3
MgO·Al2O3
铁尖晶石 FeO·Al2O3
铬铁矿 FeO·Cr2O3
无规则 形状规则 形状规则
灰紫色
薄处绿色
各向异性
灰（稍紫）
各相同性
暗灰
稍透明，带绿 各向同性
形状规则成群，灰（稍紫） 薄透明，带红 各向同性 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
深灰色 深灰色
透明，无色 透明无色
偏光
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
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。
化合物，所以也属于氧化物系夹杂物。
硅酸盐夹杂物 500×
硅酸盐类夹杂物的光学特性
夹杂物名称 形状及分布
明场
暗场
铁硅酸盐 2FeO·SiO2
多为玻璃质。 深灰色，球体中的 透明，色由 球状任意分 环圈反光而中心有 淡黄到褐色 布，稍变性 亮点
锰硅酸盐 2MnO·SiO2
多为玻璃质， 深灰色 球状任意分 布，易变形
20CrMnTi钢中的氮化物 500×
氮化物系夹杂物的光学特性
夹杂物名称 形状及分布
明场
暗场
偏光
氮化钛TiN 成群，成串 金黄色
不透明
碳氮化钛Ti（CN）
成群，变形 后成串
随碳含量不同由 浅黄变紫玫瑰
不透明
氮化钒VN
孤立或成群， 淡粉色
不透明
各向同性 各向同性 各向同性
碳氮化钒V（CN） 孤立或成群 淡粉 氮化铝AlN 晶内或晶界 紫灰色 氮化铌NbN 晶内或晶界 亮黄色
(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 场 偏光
硫化铁 FeS
量多时呈网状分 布在晶界上，量 少时成粒状分布 在任意部位
淡黄色，长期暴露 在空气中变为褐色
不透明， 沿边界有 亮线
各向异性。 不透明，淡 黄色
硫化铁与硫 同FeS 化锰
MnS·FeS
颜色随MnS量而变， MnS少时呈淡黄色， 增多时变深蓝色， 再变深为深灰色
不透明
各向异性， 不透明
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。
金相显微镜鉴别分析物相
(3)偏光下观察
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
形状及分布
明场
细小，成串 深灰或暗灰
球状，变形后 灰色稍带褐
略显椭圆
色
暗场 透明黄白色
偏光 各向异性
完全不透明， 各向异性，不 沿边有细亮线 透明，淡黄色
氧化亚锰MnO 不规则，成群 灰色
绿宝石色
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
在明视场的光路中加入起偏镜和检偏镜将入射的 自然光变为正交偏光。
在正交偏光下观察时，旋转载物台３６０0，各向 同性夹杂亮度不会发生变化，而各向异性夹杂则 出现四次暗黑和四次明亮现象。各向异性效应是 区别夹杂物的重要标志。如在显微镜下锰尖晶石 很容易误认为刚玉，但刚玉是各向异性夹杂，而 尖晶石是各向同性的，因而可在偏光下加以区别 。