低合金钢中非金属夹杂物的检测与表征_胡德新
ASTM E45 钢中非金属夹杂物的评定方法
ASTM E45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（ ASTME1122 ）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鉴定
理化检验-物理分册P TCA(PAR T:A P H YS.TEST.)2007年 第43卷 8试验技术与方法钢中非金属夹杂物的鉴定尹安远,吴素君(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)摘 要:根据钢中非金属夹杂物的来源和分类,综述了鉴定钢中非金属夹杂物的方法和定量评级标准,并且给出了典型夹杂物的扫描电镜照片,分析了不同类型夹杂物的形成机理及其在光学显微镜下的基本特征。
关键词:非金属夹杂物;金相检测;定量鉴定中图分类号:T G142.13 文献标识码:A 文章编号:100124012(2007)0820395204A PPRA ISAL O F T H E NONM E TALL IC INCL U SIONS IN STEEL SYIN An2yu an,WU Su2jun(School of Materials Science and Engineering,Beijing University of Aeronautics and Astronautics,Beijing100083,China) Abstract:The nonmetallic inclusions existed in steels are unavoidable during steelmaking,which have significant influence on steel properties.Based on the origin and classification of the nonmetallic inclusions,the inspection methods and quantitative gradation standards were summarized for the nonmetallic inclusions in steels, and the formation mechanism and metallographic characteristics of different type of inclusions were analyzed.SEM pictures of some typical inclusions were also shown.K eyw ords:Nonmetallic inclusions;Metallographic inspection;Quantitative measurement 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。
钢中非金属夹杂物观察和评级.
钢中的非金属夹杂1. 试验目的非金属夹杂物破坏金属基体的连续性，其形态、数量、尺寸和分布影响钢的塑性、韧性、焊接性能、疲劳性能和耐蚀性等，因此，夹杂物的数量和分布被认为是评定钢材质量的一个重要指标。
2. 相关标准标准GBT 10516 2005，该标准代替GBT 10516 1989，于2005年5月13日发布，2005年10月1日实施。
夹杂物试样不经腐蚀，在明场下放大100倍，80mm 直径的视场下进行观察，选取夹杂物污染最严重的视场，与其钢种的相应标准评级图对比评定。
夹杂物分类：硫化物类，标准图谱命名为A 类。
属于塑性夹杂，较宽范围形态比（长度/宽度）的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角，经锻、轧后沿加工方向变形，呈纺锤形或线段形，例如FeS 、MnS 。
氧化铝类：标准图谱命名为B 类。
属于脆性夹杂，形态比（一般＜3），为黑色或带蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行（至少有3个颗粒）。
硅酸盐类：标准图谱命名为C 类。
是具有高延展性，较宽范围形态比（一般≥3）的单个呈黑色或深灰色的夹杂物，一般端部呈锐角。
例如2MnO ·SiO 2球状氧化物类：标准图谱命名为D 类。
不变形，带角或圆形的，形态比较小（一般＜3），黑色或带蓝色，表现为无规则分布的颗粒。
例如SiO 2单颗粒球状类：标准图谱命名为DS 类。
为圆形或近似圆形，直径≥13μm的单颗粒夹杂物。
非传统类型夹杂物的评定也可以通过其形状与上述五类夹杂物进行比较，并注明其化学特征。
沉淀相类如碳化物、氮化物、硼化物的评定，也可以根据它们的形态与上述五类夹杂物进行比较，并按上述方法表示其化学特征。
钢中的非金属夹杂物测定夹杂物类别评级图级别A 总长度μmB 总长度μm 17 77 184 343 555 822 （＜1147）C 总长度μm 18 76 176 320 510 746 （＜1029）D 数量个 1 4 9 16 25 36 （＜49）DS 直径μｍ 13 19 27 38 53 76 （＜107）i0.5 1 1.5 2 2.5 337 127 261 436 649 898 （＜1181）注：D 类夹杂物的最大尺寸定义为直径类别最小宽度μm细系最大宽度μm 4 9 5 8最小宽度μm ＞4 ＞9 ＞5 ＞8粗系最大宽度μm 12 15 12 13A B C D2 2 2 3注：D 类夹杂物的最大尺寸定义为直径3. 试样制备3.1 试样尺寸夹杂物形态很大程度上取决于钢材压缩变形程度，只有在变形度相似的试样坯制备的截面上才能进行结果的比较。
钢中非金属夹杂对质量的影响及控制措施
1) 液体钢的脱氧产物; 2) 钢液从浇注温度冷却到凝固温度过程中，由
于温度的降低使溶液中溶质的溶解度降低，
即钢水温度的变化使反应平衡移动，重新析 出脱氧产物;
3) 钢液冷凝时发生溶质树枝形偏析所析出的脱 氧产物;
4) 固相线温度以下钢继续冷却或者由于相变的
缘故，引起的夹杂物重新析出。
1.2
1.5
按化学成分分类
FeS、MnS
A类夹杂：硫化物
B类夹杂: 氧化铝、氧化铁 Al2O3+FeO C类夹杂：硅酸盐、氮化物 2MnO.SiO2 TiN、BN、NbN等 D类夹杂：球状氧化物类 小型氧化物 FeO、MnO、TiO2等
Ds类夹杂：单个大型球状氧化物类
1.6
钢中夹杂物的形貌
25
2.2夹杂物的检测
1.钢材出厂检验：
• • • ASTM标准（A、B、C、D、Ds类夹杂物）； 用户标准（SKF、米其林、贝卡尔特等）； 分析检验手段：光学显微镜。
2.科学研究：
• • 光学显微镜； 扫描电镜（+EDS）；
•
• •
投射电镜（+EPMA、EDS）；
图像分析； PDA（Pulse Distribution Analysis）。
炼钢钢坯
氧化铝+硫化钙
氧化铝
15102486N
氧化铁 视场50X
硫化钙
氧化铝
轧钢钢板
氮化物
2、非金属夹杂物对性能影响
使用性能的影响： 1、疲劳性能↓ 2、冲击韧性↓ 塑性↓ 3、耐腐蚀性↓
对工艺性能的影响： 1 、对锻造和冷加工、淬火加热和焊接过程 易开裂。 2 、轧制后表面质量以及磨削后零件表面粗 糙度降低。
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。
非金属夹杂物的分析与评定课件
检测技术
金相显微镜
通过金相显微镜观察夹杂物的类型、尺寸和分布 情况，进行初步评估。
扫描电子显微镜
利用扫描电子显微镜高倍率的特点，观察夹杂物 的细节特征，进一步分析其性质。
X射线衍射分析
通过X射线衍射分析夹杂物的晶体结构和成分，确 定其具体类型。
评定流程
制样
将选取的样品进行处理，使其 适合于各种检测设备的检测。
外来夹杂物的形成机理
外来夹杂物是由于炉料、溶剂、气体等带入钢中的。例如， 炉渣、耐火材料、保护气体中的杂质会被带入钢中，形成相 应的夹杂物。
对材料性能的影响
01
力学性能影响
非金属夹杂物对钢材的力学性能有显著影响，尤其是对韧性和疲劳性能
。夹杂物会割裂基体，降低钢材的塑性和韧性，导致应力集中，降低疲
劳寿命。
评估
根据夹杂物的类型、尺寸、分 布等参数，结合评定标准进行 综合评估。
取样
从材料中选取具有代表性的样 品进行检测。
检测
利用上述检测技术对样品进行 详细检测，获取夹杂物的相关 信息。
报告
将评估结果整理成报告，为材 料的质量控制和使用提供依据 。
Hale Waihona Puke 04非金属夹杂物的控制与改善措 施
原料控制
总结词
详细描述
熔炼与铸造工艺优化
• 总结词：优化熔炼与铸造工艺可以有效降低非金属夹杂物的含量。
• 详细描述：通过调整熔炼温度、时间以及铸造方法，减少熔炼过程中夹杂物的生成，同时改善铸造过程中的流动性和传 热性，以减少夹杂物的卷入。
• 总结词：采用保护性气氛和真空熔炼技术可以进一步降低夹杂物含量。 • 详细描述：在熔炼过程中，采用保护性气氛如惰性气体等，以防止原材料和熔融金属与空气中的氧气接触，从而减少氧
底吹转炉钢中夹杂物的检测与鉴定技术
底吹转炉钢中夹杂物的检测与鉴定技术钢材是现代工业生产中不可或缺的材料之一，而钢材的质量则直接关系到产品的使用性能和安全性。
底吹转炉钢作为常见的一种钢材类型，其质量也备受关注。
其中，钢中的夹杂物是常见的一个质量问题，在生产过程和使用过程中可能导致钢材的性能下降甚至产生事故。
因此，底吹转炉钢中夹杂物的检测与鉴定技术显得尤为重要。
夹杂物是指分散分布在钢锭和钢坯中的非金属夹杂，它们可以是气体、氧化物、硫化物、碳化物等。
夹杂物的存在会降低钢材的力学性能、加工性能和耐蚀性能，同时也会增加钢材的断裂风险。
因此，及时准确地检测和鉴定钢中的夹杂物，对于生产和应用安全至关重要。
底吹转炉钢中夹杂物的检测与鉴定技术涉及多个方面，以下是一些常见的技术方法和手段：1. 金相显微镜分析：使用金相显微镜对钢材进行观察和分析，能够直观地观察到夹杂物的形态、大小、分布等特征。
这种方法适用于较大夹杂物的检测和鉴定，但对于微小夹杂物的检测有一定局限性。
2. 扫描电子显微镜（SEM）：SEM是一种高分辨率的显微镜，能够观察到微小夹杂物的形态和结构，并通过能谱分析技术确定其成分。
这种方法具有较高的检测灵敏度和分辨率，可准确检测到微小夹杂物。
3. 超声波检测：利用超声波传播的原理，对钢材进行扫描和检测，可以检测到夹杂物的存在和位置。
此外，超声波技术还可以评估夹杂物对钢材性能的影响程度，并预测其可能导致的破坏性行为。
4. 磁粉检测：利用磁粉法对钢材进行检测，通过观察磁粉的聚集和颜色变化等来确定夹杂物的位置和形态。
这种方法通常适用于表面的夹杂物检测，对于内部夹杂物的检测能力有一定限制。
5. 色谱分析：通过色谱技术对钢材中的夹杂物进行分离和分析，可以确定其组分和含量。
这种方法对于一些特定的夹杂物鉴定非常有效，但需要配合专业的分析仪器和技术人员进行操作。
在采用这些技术方法的同时，还需要建立一套完善的检测体系和标准，确保检测结果的准确性和可比性。
此外，在实际生产中，也需要对原材料、生产工艺和设备等方面进行控制，减少夹杂物的产生和污染。
钢中非金属夹杂物的评定和统计 扫描电镜法
钢中非金属夹杂物的评定和统计扫描电镜法1范围1.1本文件介绍了利用扫描电镜（SEM）对钢中非金属夹杂物进行尺寸分布统计、化学分类及评级的程序。
扫描电镜配置X射线能谱分析和自动图像分析功能。
1.2本文件推荐了三种检验方法。
方法一主要依据形态对夹杂物进行分类，方法二主要依据化学组成对夹杂物进行分类。
方法一和二适用于压缩比大于或等于3的轧制或锻制钢材中2μm以上非金属夹杂物的显微评定。
方法三用来确定某类夹杂物的具体细节，如体积分数、数量分数等体视学参数，适用于各种铸坯或钢材中所有尺寸（包括2μm以下）夹杂物的统计分类。
1.3本文件只是一种推荐的非金属夹杂物检验方法，不对任何钢的验收合格级别进行规定。
1.4本文件并未说明与应用有关的安全事项。
使用者有责任建立正确的安全与健康条例，并在应用本文件前确定条例规定的适用性。
2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T10561钢中非金属夹杂物含量的测定—标准评级图显微检验法（GB/T10561-2005，ISO4967：1998，IDT）GB/T13298金属显微组织检验方法GB/T18876.1应用自动图像分析测定钢和其他金属中金相组织、夹杂物含量和级别的标准试验方法第1部分:钢和其他金属中夹杂物或第二相组织含量的图像分析与体视学测定GB/T18876.2-2006应用自动图像分析测定钢和其他金属中金相组织、夹杂物含量和级别的标准试验方法第2部分：钢中夹杂物级别的图像分析与体视学测定GB/T17359-2012微束分析能谱法定量分析（ISO22309:2006，IDT）GB/T27788微束分析扫描电镜图像放大倍率校准导则（GB/T27788-2011，ISO16700:2004，IDT）GB/T30067金相学术语3术语GB/T30067界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
钢中非金属夹杂物含量测定方法最新国家标准
钢中非金属夹杂物含量测定方法最新国家标准摘要：对比分析了2005年修订发布的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》与原GB/T10561-1989《钢中非金属夹杂物的显微评定方法》的区别。
修订后的新标准于2005年5月13日发布、2005年10月1日正式实施。
关键词：钢；非金属夹杂物；测定方法；国家标准Abstract:钢材是模具行业使用十分广泛的金属材料。
研究表明，钢中非金属夹杂物对钢的承载能力、塑性、冲击韧性及耐蚀性等都产生不利影响。
因此，一些重要的钢制零部件和模具，需要对钢中非金属夹杂物的含量加以限制。
作为规范钢中非金属夹杂物含量检验方法的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》是一项钢材生产与使用企业常用的国家标准。
该标准等同采用ISO4967：1998《钢中非金属夹杂物含量的测定——评级图显微检验法》，代替原GB/T10561-1989《钢中非金属夹杂物的显微评定方法》，于2005年5月13日发布、2005年10月1日正式实施。
贯彻执行该项新标准，可以使我国钢中非金属夹杂物含量的检验评定方法与国际完全接轨。
1 采标程度本次修订，提高了采用国际标准的程度。
1989年版标准是等效采用国际标准，而新标准则是等同采用国际标准。
即直接由相应国际标准翻译而来，只做了个别的编辑性修改。
和国际标准最大不同点，就是增加了资料性附录NA。
该附录给出了制取试样时的注意点等。
供参考。
2 标准名称本次修订，标准名称由原来的《钢中非金属夹杂物显微评定方法》修改为《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》。
修改后的标准名称与相应国际标准的名称是基本一致的。
修改的原因，一是考虑到等同采用国际标准，标准名称也应与相应的国际标准的名称保持一致。
二是原标准名称范围过大，没有准确概括本标准的内容范围。
目前，用显微方法评定夹杂物含量，除了用标准评级图评定这一人工方法外，还有自动图像分析法。
物理测试小讲堂——钢中非金属夹杂物的金相检验
物理测试小讲堂——钢中非金属夹杂物的金相检验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。
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。
非金属夹杂物的光学特性正确判断和鉴定非金属夹杂物在金相法检验中十分重要，首先是在金相显微镜下进行，利用明视场观察夹杂物的颜色、形态、大小和分布；在暗视场下观察夹杂物的固有色彩和透明度；在偏振光正交下观察夹杂物的各种光学性质。
1硫化物主要有硫化铁（FeS）和硫化锰（MnS），以及它们的共晶体等。
在钢材中，硫化物常沿钢材伸长方向被拉长呈长条状或者纺锤形，塑韧性较好。
其硫化物系夹杂物的光学特性如表1：表1 硫化物分布及在光学显微镜下的特征2氧化物常见氧化物有氧化亚铁（FeO）、氧化亚锰（MnO）、氧化铬（Cr2O3）、氧化铝（Al2O3）等。
压力加工后，它们往往沿钢材延伸方向呈不规则的点状或细小碎块状聚集成带状分布。
其氧化物系夹杂物的光学特性如表2：表2 氧化物分布及在光学显微镜下的特征3硅酸盐夹杂物来源于炼钢时加入Si-Ca脱氧剂或者与耐火砖发生作用。
常见的硅酸盐夹杂物有铁橄榄石（2FeO·SiO2）、锰橄榄石（2MnO·SiO2）、复合铁锰硅酸盐（nFe·mMnO·p SiO2）以及硅酸铝（3Al2O3·2 SiO2）等。
其硅酸盐类夹杂物的光学特性如表3：表3 硅酸盐分布及在光学显微镜下的特征4氮化物主要有氮化钛（TiN）、氮化钒（VN）、氮化铝（ALN），常见为三角形、正方形、矩形、梯形等形态，其氮化物系夹杂物的光学特性如表4：表4 氮化物分布及在光学显微镜下的特征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》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》1夹杂物分类该标准将夹杂物分为常见的夹杂物、非传统夹杂物以及沉淀相类三种，并将常见的夹杂物分成A、B、C、D、DS五种类型，具体情况见表5：表5 非金属夹杂物形态特征2夹杂物评级方法标准规定了A法（最恶劣视场评定）和B法（逐个视场评定）两种检验评定方法，规定在100倍放大率下进行观察，评定采用实际面积为0.5mm2的视场，实际视场直径为0.8mm的圆形视场或边长为0.71mm的正方形视场。