2020年5月6日故事

钢组织的视觉和化学分析:钢质量的快速评定

结合显微镜和激光光谱学的两种方法一种溶液

结合光学显微镜和激光诱导击穿光谱(填词)，在这里描述。钢铁在多个行业中被广泛应用。典型的应用是交通运输(汽车、航空航天和铁路)、建筑和船舶建造以及能源(石油和天然气管道)部门。用于某些要求苛刻的应用的创新钢合金和钢的回收也变得越来越普遍。钢的质量很大程度上取决于它的组织(夹杂物、晶粒、析出相和其他相)和成分。因此，金相分析对于根据越来越严格的国际、区域和组织标准对其进行评价十分重要。为了在检验、质量控制或失效分析中做出快速、自信的决定，有关钢的微观组织、形貌和成分的数据是很有帮助的。精确可靠的钢微观结构分析(即质量评级)的成本和时间可以通过二合一方案显著降低。

作者

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主题和标签

质量保证

介绍

钢是当今世界上最重要的金属合金之一。因此，钢合金生产是全球工业基础设施的重要组成部分。拥有超过2500个品种的合金和广泛的性能，新的钢牌号正在开发新的，要求更高的产品和应用。
钢铁生产经历了几个步骤:从岩石中提取铁矿石，冶炼矿石以获得基铁，以及使用氧气转炉工艺将富含碳的生铁转化为钢[1,2]．多年以来，人们都知道钢的组织(夹杂物、晶粒、析出相和其他相)对合金的性能和质量有很大的影响(1, 3 - 6)．钢铁制造商要想在全球市场上保持竞争力，就必须使用材料分析来准确评估钢铁质量。了解钢材的质量对许多类型的产品和应用都很重要，例如新型合金、车辆、建筑、船舶、管道和回收利用。
通常情况下，钢夹杂物通过光学显微镜成像进行分类，光学显微镜具有复杂的分析软件，然后根据尺寸、颜色/阴影、形状和排列等标准特征(参见图1)对其进行分类(3、5 - 6)．然而，组成，即氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等，也很重要。此外，工业材料的全球联网迫使制造商随时提供其钢合金的性能和规格数据，以便与现有的区域和国际标准进行比较。

钢质量:非金属夹杂物(NMI)分析

在合金生产和失效分析中，经常要对钢的nmi进行分析以确定质量。在过去，NMI评分是通过对比图像和标准图表来手工完成的。该方法耗时较长，结果受用户判断的影响较大。今天，对抛光钢的目视检查是用带有图像分析软件的显微镜系统进行的，该系统可以自动扫描样品，检测确定的夹杂物，显示原始数据，并根据国家和国际标准对夹杂物进行分类(3、5 - 6)．为了更可靠地测定钢的质量，同时拥有显微组织的图像和成分数据将是有利的。然而，元素/化学分析方法，如能量色散x射线能谱(EDS)与扫描电子显微镜(扫描电镜)，可能是昂贵和耗时的(7、8)．

2-Methods-in-1解决方案

在大多数情况下，尽管时间和预算有限，但基于钢中夹杂物的准确、可靠的钢质量评级数据(图1)对于做出自信的决策至关重要。二合一解决方案提供精确，可靠的视觉和化学分析在一个仪器(7、9)．与。相比，需要更少的样品制备扫描电镜/EDS，不需要样品从一个系统转移到另一个系统，样品在空气中进行分析，可以节省时间和成本。
此报告中描述了此类解决方案的一个示例德国米填词具有材料分析系统钢铁专家徕卡微系统公司的软件。188金宝搏的网址它结合了光学显微镜(视觉分析)，激光诱导击穿光谱或填词(1 - 2日,8)(化学分析)，以及专门用于评定钢nmi的软件［3］，包括与既定标准的比较(3、5 - 6)，如ASTM E45, ISO 4967, DIN 50602等。钢材二合一解决方案的优点如下所述。

钢敝中断分析

视觉检查

可以用专门的软件对钢合金中不同类型的夹杂物进行分级。包裹体通常按灰度值/颜色、大小、形状和几何排列进行分类。它们的组成也可以确定。大多数夹杂物的性质如下表1所示。根据不同夹杂物的数量和尺寸，对钢样品产生质量等级。的包含评级的示例钢铁专家软件如图2所示。

		夹杂物类型
分析	财产	球状氧化	铝酸盐	硅酸盐	硫化	碳氮化物
视觉	形状	轮	轮	细长的	细长的	不规则的
	分组	单	＞2	单个或一组	单个或一组	单个或一组
	颜色/色	黑色的	黑色的	黑色的	灰色的	取决于组成
化学	作文	Ca Mg O等。	阿,艾尔	啊,如果	锰、年代等。	Ti, Co, C, N

表1:钢中常见非金属夹杂物及其基本性能概述。

图2:用steel Expert软件对夹杂物进行评级。A)检测夹杂物，B)根据其形状和灰度值/颜色进行分类。该软件通过与公认标准的比较对所包含的内容进行评级。

化学/元素分析

然而，通常情况下，在视觉分类之后，分析工作流程并没有完成。不同类型的夹杂物在颜色或灰色阴影上看起来非常相似，但在成分上却截然不同。氧化物夹杂物为黑色或深灰色，可由铁(Fe)、锰(Mn)、铝(Al)[铝酸盐]、钙(Ca)、铬(Cr)、硅(Si)[硅酸盐]等元素组成(3、5 - 6)．
硫化物包裹体呈浅灰色，可由铁、锰、钙、镁(Mg)等元素组成(3、5 - 6)．
氮化物夹杂物可以有多种颜色，包括钛(Ti)、铝、碳(C)、氧(O)等元素(3、5 - 6)．例如，氮化钛(TiN)夹杂物呈淡黄色，含少量的O，但随着O的增加而变成橘黄色(3、10、11)．
随着大量的O和C, TiN夹杂物变成深蓝色或黑色［１１］．成分数据对于理解钢生产过程的结果以及确定最终钢质量是有用的。

获得成分信息需要额外的分析技术，这意味着需要更多的样品制备，在仪器之间转移样品，然后重新定位感兴趣的区域。因此，结果是一个更复杂、更长的工作流。

结果

同时对钢夹杂物进行了视觉和化学分析，使用的是徕卡微系统公司的二合一溶液。188金宝搏的网址钢夹杂物及其组成的图像，利用快速分析填词，如图3所示。

图3说明了如何用直观和化学分析相结合的方法直接分析nmi填词）.图3A显示了一个尺寸超过激光束的夹杂物。利用光谱数据库进行基本分析，直接揭示其组成。在本研究中，Ca和Al被确定为NMI的主要成分。根据外观检查的信息，夹杂物可以识别为一种钙铝氧化物。对比图3B和图3C所示的细小nmi进行分析填词钢基体的光谱。特征元素信号的差异揭示了nmi的化学成分。图3B中所示的串状夹杂物主要含有Mn。
图3C中的小橙色夹杂物中含有Ti。