浅谈使用GB/T10561-2005标准测定钢中非金属夹杂物的常见问题*

谢洪波

(江苏中泰桥梁钢构股份有限公司检测中心， 江苏 泰州　214521)



浅谈使用GB/T10561-2005标准测定钢中非金属夹杂物的常见问题*

谢洪波

(江苏中泰桥梁钢构股份有限公司检测中心， 江苏 泰州214521)

介绍了使用GB/T10561-2005标准测定钢中非金属夹杂物的常见问题，提出了关于提高非金属夹杂物评级准确度的建议。

GB/T10561-2005； 非金属夹杂物； 标准评级图

引言

钢材中的非金属夹杂物破坏了钢基体的连续性，对钢材的使用性能影响很大，因此测定非金属夹杂物含量是了解钢制品的质量和分析失效原因的常规检测项目。

在中国现行的钢中非金属夹杂物含量的显微检测方法中，GB/T10561-2005标准已得到了广泛应用。但是，在应用该标准过程中，由于在一些问题上认识不一致，有时非金属夹杂物的评级结果差异较大，直接影响到产品质量的判定。

本文阐述使用GB/T10561-2005标准的常见问题，寻求相关处理方法，以提高夹杂物评级的准确度。

1　GB/T10561-2005标准简介

GB/T10561-2005标准等同采用ISO4967:1998(E)，规定了用标准图谱评定轧制(锻压)比大于或等于3的轧制或锻制钢材中的非金属夹杂物的显微评定方法。

标准评级图分为A、B、C、D和DS五大类，分别代表最常观察到的夹杂物的类型和形态。这些评级图片相当于100倍下抛光平面上面积为0.5 mm2的正方形视场。

每类夹杂物(除DS外)又根据非金属夹杂物颗粒宽度的不同分成粗、细两个系列，每个系列由表示夹杂物含量递增的六级(0.5级～3级)图片组成。

该标准中规定夹杂物含量的测定可采用A法和B法两种方法：

A法：应检验整个抛光面。对于每一类夹杂物，按细系和粗系记下与所检验面上最恶劣视场相符合的标准图片的级别数。

B法：应检验整个抛光面。试样每一视场同标准图片相对比，每类夹杂物按细系或粗系记下与检验视场最符合的标准图片的级别数。

2　使用GB/T10561-2005标准的常见问题及处理

2.1标准的适用范围

GB/T10561-2005标准中明确指出标准适用于轧制(锻压)比大于或等于3的轧制或锻制钢材中的非金属夹杂物的显微评定，也就是说，未变形和变形量未达到要求的钢材，不适合按该标准来评定非金属夹杂物的级别。

GB/T10561-2005标准中还注明“标准图谱可能不适用于评定某些类型钢(例如：易切削钢)” ，这主要是考虑到某些类型钢中非金属夹杂物的形态、数量及分布与通用材料可能有不同。此外，对于某些类型钢材，在其它标准中也可能另行规定了检测非金属夹杂物的方法。

比如，铸钢中的非金属夹杂物可按照GB/T8493《一般工程用铸造碳钢金相》、GB/T13925《铸造高锰钢金相》等标准进行评定。GB/T10561-2005标准就不适用于检查该类产品。

因此，应根据产品标准和加工过程来确定是否适合使用GB/T10561-2005标准来进行非金属夹杂物评级。

2.2试样制备

试样制备包括取样和试样加工，这两个方面都对夹杂物的评级影响很大。

夹杂物主要来源于冶炼过程，其分布与浇注时的凝固过程密切相关，但其形态则很大程度上取决于钢材压力加工过程。因此，不同熔炼炉批的钢材、不同变形比的钢材、甚至是同一根钢材的不同部位，其夹杂物的形态和数量也不同。

为了保证检测结果的可比性，就必须规定试样的取样位置。目前，有些委托方缺乏这方面的专业知识，常会随意取一块样品交给实验室检测。因此，检测人员应先了解样品的取样位置和取样过程，如果发现有不规范之处，应及时告之委托方重新取样。

GB/T10561-2005标准中规定：“取样方法应在产品标准或专门协议中规定”，如果产品标准没有规定时，则可按照该标准提出的取样方法执行。

取样后，试样检测面要经过两个加工工序：磨光和抛光。抛光工序尤为重要，要求抛光后的检验面尽可能干净和夹杂物的形态不受影响。抛光好的试样要用酒精冲洗洁净后吹干，避免检测面上残留污点或附着抛光剂。在100倍显微镜下，看到的检验面应是一个无划痕、无污物的清洁镜面。

抛光过程中要避免夹杂物的剥落和变形。在钢中常见的夹杂物中，硫化物类夹杂物的可磨性好，但沿加工方向分布的细条状夹杂物易被磨痕所覆盖；氧化铝类夹杂物的可磨性较差，易被磨掉留下空洞。

在显微观察时，如果发现试样检验面有磨痕、擦伤、凹坑、夹杂物脱落、脏污、附着杂质等磨抛缺陷可能影响评级结果时，应重新磨抛试样的检验面。

2.3夹杂物类别的区分

GB/T10561-2005标准中，标准评级图分为A类(硫化物类)、B类(氧化铝类)、C类(硅酸盐类)、D(球状氧化物类)和DS(单颗粒球状类)五类，对此五类夹杂物的类型、形态、色泽和分布作了较具体的描述，有助于对不同类型夹杂物的识别。

夹杂物的分类是以其尺寸、形状、密集程度和分布状态为特征，而不是以化学成分为特征，尽管夹杂物类别的名称中包含了显示化学组成的内容。比如，硅酸盐夹杂物有易变形与不易变形两类，压力加工后前者多呈C类夹杂物形态(线条状)，后者可能呈B类夹杂物形态(链状)。

不管夹杂物的化学成分如何，轧制(锻压)比<3的则为B类或D类，轧制(锻压)比≥3的则为A类或C类。B类夹杂物沿轧制方向排列成行(至少3个)，D类夹杂物则单个散布。

实际检测工作中，B类、D类和DS类夹杂物较容易区分，但如何准确区分A类和C类夹杂物仍是目前许多实验室常存在的一个问题。

A类和C类夹杂物在尺寸和形态上很相似，因此可以依靠一些光学显微观察技术来分辨这两类夹杂物。在明场下，A类夹杂物常为浅灰色，一般端部呈圆角；C类夹杂物常为黑色或深灰色，一般端部呈锐角。在暗场下，A类夹杂物一般不透明或微显透明；C类夹杂物一般多透明。为了便于观察夹杂物的显微特征，可以提高放大倍数，但应在100倍下评级。

对于轧制(锻压)比≥3的复杂夹杂物，可以借鉴使用ASTM E45-13标准中11.11的规定：“如果硫化物超过50%，那就算A类；如果氧化物超过50%，那就算C类。”

比如，评定同一检验面的非金属夹杂物时，有的评为A3，判定钢材不合格；有的评为A2.5、C1.5，判定钢材合格。正是因为对A类和C类的区分不同，造成判定结果不同。

2.4粗系与细系的区分

GB/T10561-2005表2中规定了各类夹杂物的宽度划分界限，也就是划分粗系和细系的夹杂物宽度，同时在该标准5.2.3规定：“如果一个串(条)状夹杂物内夹杂物的宽度不同，则应将该夹杂物的最大宽度视为该串(条)状夹杂物的宽度。”

但是，如果在同一个视场内，同类夹杂物中有的宽度处于细系范围，有的宽度处于粗系范围，是按细系评级还是按粗系评级呢？还是分别按粗系、细系评级呢？标准中对此没有明确的规定。

比如，一张标准视场大小的夹杂物图片中，A类夹杂物测量总长为680 μm，其中宽度属于细系的有440 μm，宽度属于粗系的有240 μm，有人将该图片夹杂物评为A2和A1e，有人评为A2.5，有人评为A2.5e。该钢材A类夹杂物的合格级别为粗系≤2.0、细系≤2.0，故一人判定钢材合格，其他二人判定钢材不合格。之所以造成判定结果不同，就是因为一人把该视场中同类夹杂物按粗系和细系分开评级，其他二人则要么都按粗系评级，要么都按细系评级。

同一视场中同类夹杂物不应按粗细系两个系列分开评级。将同一视场上的同类夹杂物按粗系和细系分开评级，以达到降低夹杂物评定级别的目的，这是不可取的。

当同一视场的同类夹杂物同时存在细系宽度和粗系宽度时，有意见认为，当属于细系宽度内的长度大于50%，则该类夹杂物全按细系评级；当属于粗系宽度内的长度等于或大于50%，则该类夹杂物全按粗系评级；也有意见认为，不管细系、粗系的长度比例如何，只要有达到粗系宽度的，全按粗系评级。将来修订标准时，应统一意见。

2.5最恶劣视场的选取

在GB/T10561-2005标准中5.2.1 A法规定：“对于每一类夹杂物，按细系和粗系记下与所检验面上最恶劣视场相符合的标准图片的级别数。”

“最恶劣视场”是指检验面上每一类夹杂物按粗细系列的各自级别最高的那些视场，还是指检验面上各类夹杂物总和最严重的那个视场？如果指前者，则每个检验面上可能存在多个“最恶劣视场”，即为A细、A粗、B细、B粗、C细、C粗、D细、D粗、DS各自级别最高的视场。如果指后者，则每个检验面上总共只需找出一个最恶劣视场。

以上两种关于“最恶劣视场”的理解都存在于实验室中，从而造成检测结果有差异。

ASTM E45-13标准的12.1规定：“将每个0.5 mm2的视场与评级图作比较来找出最恶劣视场，也就是A、B、C、D每类夹杂物的粗细两个系列的最严重级别的视场。每一个被检试样应报告这些最恶劣视场的严重级别数”。ASTM E45-13标准的12.2.3又规定：“在操作中，通过观察试样，直到找到各种类型、厚度的夹杂物的最差视场为止。”不难理解，ASTM E45-13标准中的“最恶劣视场”是指检验面上每一类夹杂物按粗细系列的各自级别最高的那些视场。

GB/T10561-2005标准的A法与ASTM E45-13标准的A法所采用的图谱相同，又都是要求评定最恶劣视场，按照ASTM E45-13的相关描述来理解GB/T10561-2005中所指的“最恶劣视场”是合适的。

当然，利用检验面上各类夹杂物总和最严重的那一个视场来评级，在操作上还是比较方便的，也能够体现出试样上最严重处的夹杂物分布情况，建议可以作为A法的补充检查，并在检测报告中给以说明。

2.6夹杂物级别的评定

GB/T10561-2005标准中规定了A法和B法两种测定非金属夹杂物的方法，日常检测中多选用A法。因为A法相对简单，只对每类夹杂物的最恶劣视场进行评级，而B法观察和进行评级的视场通常需要100个以上。

对比图片看似是很简单的工作，实际上与试验人员的技术水平和操作经验关系密切，即使是对同一视场进行评级，有时可能偏差达到±1级，而正常情况偏差应控制在±0.5级内。

在夹杂物评级时，应注意以下几点：

1)夹杂物的宽度小于细系的下限时，不计入评级范围内，即确定级别时不包含它们的长度和数量。

2)一个视场处于两相邻的标准图片之间时，应记录较低的一级，如果一个视场中所含夹杂物的长度或数量低于0.5级，则记为0级。

实际工作中，用对比法评级往往比通过测量长度评级所得的结果高0.5级，有时可能因此造成质量异议。

比如，某钢材A类夹杂物的合格要求为≤2.0级，验收时用比较法评为2.5级，判定钢材不合格；经实测该类夹杂物的长度为620 μm，虽然远大于2.0级的下限长度(436 μm),但略小于2.5级的下限长度(649 μm)，供方认为应评2.0级，钢材合格。

实际视场中的夹杂物的形态、分布、数量不可能与标准图片完全一致，当视场中夹杂物的长度与图片中长度相差达到15%，也很难通过对比法判断出来。

将对比法与长度测量法相结合，综合评定夹杂物的级别是有必要的。当视觉上视场与评级图片非常接近时，可利用测量软件等方法测量夹杂物的总长度，综合考虑夹杂物的长度和视场与图片的接近程度，给出一个最符合的级别数。

3　结束语

夹杂物评级的准确度受到很多因素影响,本文通过对应用GB/T10561-2005标准的常见问题进行探讨，为提高夹杂物评级的准确度，提出如下建议：

(1)该标准只适用于轧制(锻压)比大于或等于3的轧制或锻制钢材，应根据产品标准和加工过程来确定是否适合使用该标准。

(2)在规定的位置取样和精细加工试样，取样位置或磨抛缺陷可能影响评级结果时，应重新取样或制样，防止误判。

(3)以尺寸、形状、密集程度和分布状态为特征识别A,B,C,D各类夹杂物，区分A类和C类时，可以使用明场、暗场等多种光学显微观察技术进行综合判断。

(4)同一视场中同类夹杂物不应按粗细两个系列分开评级。

(5)使用A法时，在检验面中选取每一类夹杂物的粗细系的各自的最恶劣视场进行评级。可以利用检验面上各类夹杂物总和最严重的那一个视场来评级，作为A法的补充检查。

(6)将对比法与长度测量法相结合，综合评定夹杂物的级别。

[1]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[S].

[2]ASTM E45-13.钢中夹杂物含量的评定方法[S].

2016-01-02

谢洪波(1971—)，男，工程师

TG115.21+3.3