钢中非金属夹杂物显微评定的精确度研究

武静 孙芳 （天津钢铁集团有限公司，天津 300301)

钢中非金属夹杂物显微评定的精确度研究

武静 孙芳 （天津钢铁集团有限公司，天津 300301)

对钢中非金属夹杂物显微评定的精确度进行详细研究，分析了造成评定不够精确的原因，对如何严格按照国家标准，既需要定性判断非金属夹杂级别，又需要定量长度、宽度、数量进行测量、分析计算和数理统计，有效提高钢中非金属夹杂物显微评定的精确度进行了论述和总结。

非金属 夹杂物 精确度 直接观察法 图像分析仪

1 前言

随着钢铁工业的不断发展，进入21世纪以来，钢铁冶炼技术较10年前有了很大的进步，钢中非金属夹杂物呈明显减少的趋势，非金属夹杂物的数量、大小都有所降低。因此我们更加关注非金属夹杂物级别评定的精确度问题，不仅要求级别评定准确，而且各类非金属夹杂物的长度和宽度都应能测量精确无误，才能适应钢铁工业发展的需求。非金属夹杂物是钢中不可避免的夹杂，它的存在使金属基体的连续性受到破坏，非金属夹杂物在钢中的形态、含量和分布都不同程度地影响了钢的常规力学性能、加工性能、疲劳性能等。因此，正确评定钢中非金属夹杂物是提高钢材质量的重要环节。2010年，北京中实国金国际实验室能力验证研究中心组织的钢中非金属夹杂物显微评定能力验证中，实验不满意率达到18%。这表明有一部分实验室还不能很好地把握钢中非金属夹杂物显微评定的精确度，所以我们就此进行了分析研究。2 国际实验室能力验证研究中心组织的钢中非金属夹杂物显微评定能力验证的数据和资料

2.1 夹杂物数码照片

如图1、图2所示，数码照片标明了其像素数及标尺。

图1 样品A夹杂物数码照片

图2 样品B夹杂物数码照片

2.2 评价原则

以评价原则来确定评定的精确度，评定原则分为三种：满意、有问题和不满意。Z代表实验室结果与稳健平均值之差再与稳健标准偏差的比值。共有68个国家级实验室参加，结果有12个实验室出现了不满意结果，还有相当一部分实验室出现了有问题结果。

2.3 夹杂物满意分类评级结果和总长度稳健平均值见表1。

表1 夹杂物正确分类评级结果和总长度稳健平均值 /μm

3 数据资料和评定结果的分析

3.1 夹杂物数码照片辨别

对于提供的夹杂物照片，我们应该根据照片标尺，正确分辨照片的放大倍数。如果确认照片放大倍数有误，肯定会造成级别评定错误。如果我们使用图像分析仪进行评定，必须准确输入照片像素数，确定测量标尺标定正确，才能得到准确的测量数值。

3.2 夹杂物类别区分

3.2.1 在GB/T 10561—2005中规定，非金属夹杂物分为：A（硫化物)、B（氧化铝)、C（硅酸盐)、D（球状氧化物)、DS（单颗粒球状)5类，同时每类又根据宽度或直径大小不同分为粗系和细系。各类夹杂物的形状特征见表2。

3.2.2 我们应该注意，A（硫化物)和C（硅酸盐)形状比较接近，如果观察方法用国标规定的直接观察法，检验方法用A法（B法逐一观察每一视场，速度慢，一般不常用)，经验丰富的金相检测人员能比较容易地区分出A类与C类，检验速度比较快，但夹杂物测量精确度有局限性，要求操作非常谨慎细致。如果应用金相图像分析法，系统必须通过图像灰度才能区分这两类夹杂物。我们知道，定量分析是图像分析系统的强项，但定性有一定的难度。这就要求使用的图像分析仪器有高灵敏度的摄像系统，在比较低倍率（100倍)下能通过灰度分辨出A类，在区分困难时可结合人工干预方法，提高区分的精确度。一般A类夹杂物的颜色较浅，呈灰色，灰度值较高，应用图像分析软件时，一般其选择暗目标阈值为210以上;C类夹杂物的颜色较深，呈深灰色或黑色，灰度值较低，其选择暗目标阈值为180以下。可以根据检测数据积累的经验，给出A类夹杂物颗粒的灰度数值，用软件中的工具（软件不同，工具可能有所变换)点击A类夹杂物颗粒，系统将利用该标定值完成夹杂物分类。需要注意的是，由于钢种和图像分析仪器的不同，灰度标定值也会有所变化，应该根据实际情况随时调整，来正确完成夹杂物的类别区分。

表2 五类非金属夹杂物特征（参考GB/T10561-2005)

3.3 Z比分数的绝对值范围体现了夹杂物评定的精确度

3.4 其它注意环节

3.4.1 在非金属夹杂物级别评定过程中，既需要定性（判断非金属夹杂物类别)，又需要定量（长度、宽度和数量测量)，任何一个微小环节的疏忽都可能造成有问题的检验结果，甚至错误结果。

3.4.2 我们应明确，应用检验方法A法，对同一视场内同类夹杂物分粗系、细系分别评级是错误的，同一视场内同类夹杂物只评定出最严重的系列的级别。有的实验室对样品A的夹杂物误认为是细系或者分别报出粗系和细系级别，这明显未注意国标规定的如果一个串（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)夹杂物的宽度。夹杂物长度测量正确但评级出现错误的情况虽然不多见，但是有一点值得我们重视。国标中的标准评级图只是给出了从1.0级到3.0级的图片和夹杂物长度、个数或直径数据，3.0级以上未给出具体数据。此次实验室数据比对实验中，样品B的C类夹杂物即为3.5级，容易引起测量误差对级别认定不准。我们根据国标给出的计算公式，得出了3.0级以上一部分级别的数据，为精确评定3.0级以上夹杂物提供了有力的依据。计算数据值见表3，数学公式模型为：

3.5～4.0各级别夹杂物总测量下限值见表3。

表3 3.5～4.0各级别夹杂物总测量下限值 /μm

3.4.3 有一方面问题容易被实验员忽视，造成检测精确度有偏差，那就是尽管金相图像分析系统在夹杂物评定的定量检测上有优势，但切不可盲目迷信，要注意电脑分析软件的局限性。比如我们在实验中发现，图像分析仪对B类夹杂物进行分析，所报级别是正确的粗系2.5级，但对其长度进行数理统计计算，数值仅为469 μm，而国标规定2.5级的下限是555 μm，明显

不符合。如果按照图像分析仪所测长度报数，势必导致长度值偏低。所以，我们要首先确定图像分析仪所应用标准完全符合国标，才能使图像分析仪在定量分析上的优势得到发挥，否则会导致得出不精确结果。

3.4.4 对于A、B和C类夹杂物，如果有两个不在同一条直线上的夹杂物，或者夹杂物在同一直线上，但它们是断开的，那么只要它们之间的纵向距离小于或者等于40 μm且沿着轧制方向的横向距离小于或等于10 μm时，应视为一条（串)夹杂物进行测量，这样才能保证测量完全符合标准，精确无误。

4 结论

4.1 如果要得到钢中非金属夹杂物显微评定满意的实验结果，并且保证数值精确度，应该把直接观察法和图像分析仪法正确有效结合。实践证明，两种方法互相取长补短，能取得很好的效果。

4.2 应用直接观察法，对于钢中非金属夹杂物显微评定的精确度要求不是很高的实验比较简便和快捷，不过在精确度方面有局限性，要予以足够重视。应用图像分析仪法，要检查它的软件设置是否完全符合国标规定，如有不符，应及时调整软件程序编制，使测量值误差达到最小。在我们的实验过程中，把两种方法有效结合使用，达到了提高钢中非金属夹杂物显微评定的精确度的目的，同时使实验结果具有良好的重现性，实验工作效率也相应上升。

[1]宋维锡.金属学[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[2]任颂赞.钢铁金相图谱[M].上海：上海科学技术文献出版社，2003：6.

[3]上海机械制造工艺研究所.金相分析技术[M].上海：上海科学技术文献出版社，1987.

[4]赵品.材料科学基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004：8.

[5]GB/T 10561—2005钢中非金属夹杂物含量的测定[S].

Precision Study on Micro Evaluation of Non-metallic Inclusion in Steel

Wu Jing,Sun Fang

The precision of micro evaluation of non-metallic inclusion in steel is studied in detail and the cause for nonprecise evaluation analyzed.The paper discusses and summarizes how to strictly follow national standard to judge nonmetallic inclusion class qualitatively and at the same time to conduct measurement,analysis,calculation and mathematical statistics on length,width and number quantitatively,in order to effectively improve the precision of micro evaluation of nonmetallic inclusion in steel.

non-metal,inclusion,precision,direct observation method,image analyzer

（收稿 2011－07－13 责编 崔建华)

武静，女，北京科技大学冶金工程专业，工程师，现工作于天津钢铁集团有限公司技术中心。