评价你的钢的质量:免费的网络研讨会和报告

介绍了分析低碳、不锈钢或高合金钢质量的最佳方法。根据各种国际和地区标准的要求，如EN 10247, ASTM E45, ISO 4967, DIN 50602(由EN 102047取代)，SS 111116等，分析涉及钢中非金属夹杂物的特性。

钢铁的质量对汽车、运输、金属加工、电力和建筑等行业至关重要。
为了确保最高标准，一个准确可靠的非金属夹杂物检测质量保证工作流程是至关重要的。这3个要点对于优化钢生产中夹杂物检测与分析具有重要意义:

• 最适合所使用的检验技术和所生产的钢材种类的标准和分析方法;
• 改进检查前的样品制备，以获得更好的分析结果;和
• 灵活的工作流程，通过使用手动或自动显微镜解决方案，具有实时和离线分析能力。

188金宝搏的网址徕卡微系统提供最先进的和定制显微镜解决方案，使用LAS X钢铁专家软件，用于检查钢的微观组织和评估非金属夹杂物的含量。它们的范围从人工检查到完全电动化的解决方案，以最适合必要的工作量。

目前的钢生产方法无法获得不含非金属夹杂物的合金。因此，夹杂物在所有钢中都或多或少地存在，这取决于所用的原材料和生产方法。钢的质量受其成分、熔炼和加工方法的影响，但也受其内部非金属夹杂物的性能(尺寸、形状、硬度和化学成分)的影响。即使在相同的生产批次内，钢夹杂物的性能也会有很大的变化。由于这个原因，不同的夹杂物分析方法被开发出来，现在已经普遍使用。这些方法使准确测定钢中非金属夹杂物的成分、结构和数量成为可能。

非金属夹杂物是钢中具有非常复杂外观的外来物质(见图1和图2)。它们的存在会破坏钢组织的均匀性，因此，它们会对钢的力学性能产生相当大的影响。在生产过程中，轧制、锻造或冲压往往会产生变形。结果表明，含有非金属夹杂物的钢在变形过程中会产生裂纹和疲劳失效。

传统上，内含物按成分分类，但它们的来源也分为内生或外生。钢中存在微量非金属元素，主要是氮(N)、氧(O)、磷(P)和硫(S)，形成内生夹杂物。钢中的大多数夹杂物是氧化物和硫化物。通常，磷的量很小，所以磷化包体很少。氧化物包体的组成包括非常广泛的二元、三元甚至是四元化合物，这些化合物主要是基于铝氧化物(氧化铝或铝酸盐)或硅氧化物(硅或硅酸盐)的复杂混合物。外生夹杂物是由外部污染物的夹带引起的，它们的来源可能包括渣、渣滓、熔剂残留物和成型材料的碎片。它们的存在和大小是高度可变的，它们的检测通常是通过在线或非破坏性的方法，如超声波检测。

虽然“清洁度”一词不太适合描述钢中非金属夹杂物的水平，但它仍然在钢铁行业中广泛使用。清洁度表明钢材已通过不同的技术进行处理，以减少夹杂物数量及其相关风险。

另一个经常使用的术语是“干净的钢”，它描述的是不仅含有低水平的氧化物和硫化物夹杂物，而且还含有其他非金属元素，如氮(N)、磷(P)，甚至氢(H)(参见表1)。

表1:“洁净钢”的成分，包括非金属夹杂物容易形成的O、S、N、P元素，以及易致脆的H元素。对于这些元素的组合，洁净钢的最高含量为60ppm (0.006% wt)，超洁净钢的最高含量为30ppm (0.003% wt)。

氢不形成夹杂物，但可导致脆性扩散到金属基体，最终过早断裂。对于高强度钢来说，这尤其是个问题。的presence of aluminates may result in poor fatigue properties, while silicates are detrimental if the steel has to undergo heat treatment at a later stage.

钢中非金属夹杂物的含量通常小于0.1%。然而，由于体积很小，夹杂物的数量仍然很高。例如，在一公斤标准质量、铝压死、低碳钢中就有1 ~ 10亿个(109个)非金属夹杂物。就规模而言，大约有:

• 400个长度为80 ~ 130 μm的夹杂物;
• 10个，长度在130 ~ 200 μm之间;和
• 长度大于200 μm。

除了硫化物和氧化物，氮化物还存在于特殊钢中，这些钢含有与氮(N)有高度亲和力的元素，比如钛(Ti)。钛是一种较便宜的合金元素，越来越多地用于细化晶粒尺寸和改善钢合金的力学性能。因此，钢中的氮化钛夹杂物越来越常见(参见图3)。最新的标准EN 10247(参见下面的章节)在评级方法中纳入了氮化钛夹杂物。

所要求的钢质量取决于其应用的类型。非金属夹杂物当然对钢的质量有影响，但有些种类的影响比其他种类的影响更大。以最常见的轴承钢AISI 52100合金为例，进行了前期研究［2］显示了“有害指数”和不同的夹杂增加材料应力的能力相对于其平均直径。正如预期的那样，夹杂物的“有害指数”与夹杂物的尺寸有明显的相关性，但氮化钛夹杂物的有害指数高于其他同等尺寸的夹杂物。

历史的发展
第一个对钢铁中夹杂物进行系统评级的是瑞典的瑞典钢铁大师协会(Swedish Ironmasters ' Association，简称Jernkontoret)。它被称为JK包含评级系统，由该协会的名称派生而来［3］。下图(图4)按时间顺序描述了这些标准的发展。2006年，ASTM E1122标准[4]使用自动图像分析方法处理JK评级被合并到通用ASTM E45标准中并取代［5］。2010年全部采用欧洲国家标准DIN 50602等［6］和NF a04 - 106［7］，被正式撤销，并被EN 10247取代［8］瑞典标准SS 111116于去年重新发行，并附有新的JK评级表［9］。这是八十年前的第一种测试方法，似乎还有很长的路要走。

目前，针对钢中非金属夹杂物评价的试验方法和实践的主要国际和地区标准是ASTM E45［5］、EN 10247[8]和ISO 4967［10］(见表2)。

ASTM E45是主要的测试方法，但其他标准，如ASTM E1245［11］和ASTM E2142［12］，适用于特殊情况，如用体视学方法确定内含物含量和用电子显微镜对内含物进行评级。ASTM E2283［13］描述一种基于定量金相测量，统计地描述最大内生非金属夹杂物分布特征的方法。本实践应用统计学方法来估计钢中夹杂物的极值分布。

ISO 4967相当于ASTM E45。DIN 50602［6］已被EN 10247所取代，但DIN 50602在欧洲仍广泛使用。事实上，新版本的EN 10247已于2017年初发布，并进行了相关修改，以促进欧洲钢铁市场的采用。

最后，还有一组标准，如ASTM E768［14］, ISO 3763［15］，ASTM E340［16］, ASTM E381［17］和ASTM E1180［18］ASTM E768提供了一个指南，用于通过自动图像分析方法评估非金属夹杂物的样品准备和评估。ISO 3763解释了宏观方法的包容性评估。

钢材质量标准概述

表2:根据非金属夹杂物表征钢质量的国际和地区标准

在原始JK评分系统中，将夹杂物分为A、B、C、d 4组，为了评估钢中夹杂物的类型、数量和大小，将各组参考图像与钢样品的显微镜实时图像进行对比。今天，大多数，但不是所有，现代标准使用相同的四个分类组，从A到D。

然而，在现代标准中，颜色和形态参数被用来定义和分类包含物，并将其分为四组(A到D)。除了非圆形颗粒的长度和宽度，圆形颗粒的直径，其他特征如长宽比，轮廓，颗粒之间的水平和垂直距离用来区分夹杂物(见图5)。

ASTM和ISO标准使用类型D术语分配给硫化物,铝酸盐类,硅酸盐,每个包含类型和球状氧化物,但进一步分为薄或厚/重根据他们的宽度(参见图6)。ISO标准增加了五分之一DS类型单一的球状粒子直径大于13μm。

符合din50602标准［6］，则使用不同的命名法。拉长状硫化物夹杂物标记为“硫化物，条状”(缩写SS)，铝酸盐型夹杂物标记为“氧化物，分散”(德文氧化物，Aufgelöst，缩写OA)。硅酸盐型包裹体被称为“氧化物，条状”(缩写OS)，球状氧化物因此被称为“氧化物，球状”(缩写OG)。

din50602标准的第一个特点是由于某些钢的变形程度不够高，不能完全溶解铝酸盐型夹杂物。它们看起来类似于拉长的条状氧化物。因此，选择了一种没有成分偏差的命名规范作为标准。

包裹体的大小分类与包裹体类型有关，将其划分为完全取决于包裹体表面积的严重程度。夹杂物面积是用显微镜测量的。包含物的基本表面积定义为100 μm²，对应于尺寸级别为0。size类定义如下:

其中i是尺寸等级（0，1，2，…），A是包含区域。因此，夹杂物面积加倍对应于尺寸等级增加+1。每个尺寸等级的范围由以下内容定义：

DIN 50602包含额定值比较表
由于通常使用每个视场大小(显微镜)的简化包含面积评级，不需要细分为薄/细、重/厚和大的单一D包含。然而，由于人类很难通过眼睛判断区域，din50602提供了一个视觉辅助比较图。这个图表显示了四种基本的包含类型，以及各自大小类的示例。它还引入了6个额外的包含子类型和基于包含长度的评级方案。

基于每个包含一个特定的类典型的宽度尺寸,额外的精细和更大的包容系列显示在图的比较,导致一个独特的,对角线包含子类型和主要包含类型之间的关系(参见图7)。大小类的主要类型相关的评级。

由于图7所示的DIN 50602主比较图的特点，当它与其他突出不同包含特性的比较图结合使用时，那么通过目视检查将其用于包含评级可能会导致更多的混淆而不是清晰度。

尽管在国际上仍然广泛使用DIN 50602标准，但它可能经常至少部分地被误解和误解。

新的欧洲标准与其他标准有很大的不同，因为它不是由传统方法推导出来的，而是由数学原理推导出来的。这种方法有一些好处，例如更容易实现自动图像分析方法和全面的定义和分类，即使在进行手工评估。

然而，一个缺点是很难与其他标准的结果进行比较。标准结果和内含物之间的物理相关性导致了一些争议，阻碍了EN 10247的快速采用和普遍使用［8］由行业专家。

EN 10247增加了两个新的类群，并将传统的分类方法从A、B、C、D类修改为EA、EC、EB、ED、EAD和EF类(见下表3)。

表3:由国际或地区标准ASTM E45, DIN 50602, NF A04-106, SS 111116和EN 10247定义的包含类型。

EN 10247包含类别
标准EN 10247对夹杂物进行分类，首先按颜色(灰度)，然后按形状(拉长或球状)，最后按排列(分散或对齐)。这种对夹杂物的分类产生了4类:α (α)、β (β)、δ (δ)和γ (γ)，如图8所示。在两种新的包合类型中，EAD代表氧硫化物和EF代表钛氮化物。

根据ASTM和ISO标准对夹杂物进行评级的方法要求测量160 mm²(ASTM)或200mm²(ISO)样品经100倍放大后的抛光(非蚀刻)区域。视场调整为每边0.71毫米的正方形。ASTM/ISO和EN 102417钢包等级解决方案使用的等级方法流程图如下图9所示。显微镜使用LAS X钢铁专家来自徕卡微系统的软件是一个这188金宝搏的网址样的解决方案的评级包含。

下面的图10显示了用微观方法对夹杂物进行评级的典型工作流。工作流程从取样开始，即定义样品的数量和位置，以代表被测试的批次，然后是金相样品制备。样品制备对分析的重现性和结果的质量有很大的影响，特别是使用自动评级溶液。下一步是根据标准方法(最坏域、最坏包含、统计分析等)选择要进行的分析程序。一旦采用了一种方法，报告的结果应该包括一个分类表，根据标准计算严重程度或指数。当评估钢材是否符合用户规范时，严重程度/指数是至关重要的。

金相样品制备(参见图11)对非金属夹杂物分析可能是一个挑战,因为没有最后蚀刻和抛光步骤应该导致一个平坦的表面没有划痕和其他缺陷,如孔或多,点蚀,彗星尾巴(参见图12)。氧化物比基体相更硬，磨损速度更慢，而硫化物更软，磨损速度更快，所以抛光后的样品出现了“浮雕”问题(图12)。风险在于样本形状的扭曲。在未经热处理的钢中，对试样进行淬火回火，使基体硬化，避免缺陷，效果良好。建议在硬化后进行机械研磨，以保持表面不受氧化或脱碳的影响。

减少样品制备过程中产生的人为因素的一些一般性建议如下:

• 通常，最后的抛光步骤应使用1μm金刚石膏在低绒布上完成。如果样品出现点蚀问题，则应尝试使用无水悬浮液和非水基（如酒精）润滑剂；
• 对于软(非硬化)钢，建议使用碱性胶体二氧化硅或酸性胶体氧化铝来清除划痕，但应在最小的压力和时间下进行，以避免样品的浮雕和化学腐蚀。然而，如果要进行电子显微镜分析，则不推荐使用胶体二氧化硅或氧化铝抛光;
• 超声波清洗通常不推荐，因为它会由于空化而在夹杂物周围产生晕轮效应;
• 如果出现问题，建议遵循ASTM E768中描述的规则［14］标准;

如ASTM E768所述，配备差分干涉对比度(迪拜国际资本)照明(见图13A)，放大倍数在100 - 500倍之间，以验证样品制备过程中的真实表面外观。一个例子是德国米直立(参见图14)或DMi8米徕卡微系统公司的倒置复合显微镜。188金宝搏的网址的结果迪拜国际资本使用λ (λ)板(敏感色)可以改善光照[图13B]。

在500x处，可以看到狭窄明亮的线，表明在某些夹杂边缘有沟渠(图13B)。确定这些沟槽是否会被图像分析系统检测到的方法包括从消光位置缓慢旋转偏振器(图13A中的第6项)，以查看包含的边缘是否有任何明显的运动。如果从迪拜国际资本亮场改变这些沟槽从亮到暗，这一结果表明样品制备不良。样品制备不良的风险是，包合物的测量值可能大于其实际大小。

即使是最后抛光时留下的微小划痕，通常也会被看到迪拜国际资本在500 x。在正常情况下，这些划痕会在偏振器旋转时消失，在较低的放大率下不会影响夹杂物的评级。此外，软件将自动删除其中的大部分工件，即使它们仍然可见。

斜光也是观察高度差异的有效选择，尽管它不能提供任何颜色信息。

一旦样品制备方法得到优化，就可以选择评价程序。

的LAS X钢铁专家该软件由徕卡微系统公司(Le188金宝搏的网址ica Microsystems)开发，与徕卡显微镜结合使用德国米,DMi8 A或M,DM4 M,或DM2700化合物，提供了一个快速和可靠的解决方案，通过非金属夹杂物分析的再现表征钢质量。

自动化解决方案

的LAS X钢铁专家自动化解决方案允许对多个样本进行全自动分析(图15)。如果事先进行了仔细的样品制备，即使在用户无人看管的情况下，也可以对整个样品进行重复分析。结果无偏倚，自动化分析方法符合上述国际和地区标准。高级审查功能能够识别包含或包含与工件的类型。该软件使所有标准可在一次扫描期间进行比较。

手动解决方案

的LAS X钢铁专家手动解决方案允许对样本中具有代表性的区域数量进行分析(下图16)。它还与最差字段或最差包含等标准方法兼容。不需要带有电动工作台的显微镜，因为分析是手动进行的。

生成报告(工作流中的第四步)

这两个LAS X钢铁专家自动化和手动解决方案使获取的结果能够轻松、快速地生成报告。图17显示了一个显示ASTM E45标准分析结果的报告示例。

如上所述，与任何LAS X钢铁专家自动或手动解决方案，可以快速生成结果报告。图18显示了DIN 50602标准分析结果生成的报告。

通常，钢的质量是通过对钢中非金属夹杂物的表征和分析来评估的。有许多国际和地区标准，如EN 10247、ASTM E45、DIN 50602和ISO 4967，这些标准详细描述了用于钢夹杂等级的分析方法。本报告概述了如何确定钢的质量，并提出了实现它的实际解决方案。

钢铁的质量对运输、金属加工、电力和建筑等行业至关重要。为了确保符合外部或内部标准，对非金属夹杂物的检查，一个精确和可靠的质量保证工作流是至关重要的。

的LAS X钢铁专家徕卡微系统公司的软件与徕卡显188金宝搏的网址微镜相结合，提供了一种快速灵活的解决方案，可以根据夹杂物来评估钢的质量。有自动化和手动配置，解决方案可以为所需的工作流程进行优化。