钢中夹杂物的大小、数量和分布是评定钢材质量优劣的重要指标，是钢出厂检验评判项目之一。夹杂物对钢的韧性、塑性、疲劳性能、焊接性能以及耐腐蚀性能有着重要的影响。要减轻夹杂物对钢材性能的影响，就要控制钢中夹杂物的生成，并全面获取夹杂物的特征。对于金相检验工作者来说，如何正确判断和评定夹杂物也变得十分重要。
目前，国内外对夹杂物检验的方法有很多，各夹杂物检验标准有不同的分类方法。
研究人员介绍了钢中夹杂物的评定方法，分析了DIN 50602—1985《金相检验方法 特殊钢中非金属夹杂物的高倍金相检验》中通过夹杂物面积来评定夹杂物级别的方法，对DIN 50602—1985标准的一些评定细节进行了探讨，以供金相检验人员参考。
1、夹杂物的检验方法
1.1 夹杂物低倍检验方法标准
低倍检验是一种宏观检验方法，其通过人眼或10倍以下放大镜对试样整个表面的组织和缺陷进行分类评级。由于化学成分的不同，酸蚀后，会在试样宏观检验面上呈现出不同形状和颜色的色斑。
国内目前常用的夹杂物低倍检验标准主要有GB/T 4236—2016《钢的硫印检验方法》、GB/T 15711—2018《钢中非金属夹杂物的检验 塔形发纹酸浸法》、GB/T 37598—2019《钢中非金属夹杂物的检验 发蓝断口法》、YB/T 4003—2016《连铸钢板坯低倍组织缺陷评级图》、YB/T 4002—2013《连铸钢方坯低倍组织缺陷评级图》、YB/T 153—2015《优质结构钢连铸坯低倍组织缺陷评级图》、YB/T 4149—2018《连铸圆管坯》、TB/T 3031—2002《铁路用辗钢整体车轮 径向全截面低倍组织缺陷的评定》等。
GB/T 4236—2016标准可检验钢中硫化物夹杂的分布位置，并对被检部位的纯净度进行评估。GB/T 15711—2018标准可检验钢中非金属夹杂物在加工变形过程中沿锻轧方向的延伸情况。GB/T 37598—2019标准要求将钢试样加热到适当温度，使其表面产生极薄的蓝色氧化膜，再将试样一次性折断(也可以先将其折断再进行热处理)，利用夹杂物灰白色、浅黄色等特性，检验钢中非金属夹杂物的尺寸、数量和分布情况。TB/T 3031—2002标准主要针对车轮系列产品，将非金属夹杂物分为了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型，并按夹杂物大小、数量进行评级。YB/T 4003—2016、YB/T 4002—2013、YB/T 153—2015、YB/T 4149—2018等标准主要介绍在酸蚀后检验非金属夹杂物和异金属夹杂物的方法。
低倍检验法主要对连铸坯质量进行分析，通过现场取样检验，快速识别坯内夹杂物等缺陷，对下一步生产进行指导，但该方法仅能对较大的夹杂物进行低倍定性分析,不能对微观夹杂物进行定量分析。
王克杰等通过“钢坯镜面加工技术”和“钢坯全端面检测技术”，在全端面上进行全面积纯净度检测，也可以在整个低倍试样上进行全体积纯净度检测，彻底改变小试样抽检的纯净度检测现状，对夹杂物进行检测的同时，还可以检测钢坯中的气孔、裂纹等缺陷，突破低倍检测和高倍检测的局限性，实现真正意义上的宏观纯净度检测。
1.2 夹杂物高倍检验的方法标准
国内外常用的夹杂物高倍检验标准主要有GB/T 10561—2005《钢中非金属夹杂物含量的测定 标准评级图显微检验法》、ISO4967:2013 《钢非金属夹杂物含量的测定 使用标准图的显微图像方法》、ASTM E45—2018a《钢中夹杂物含量的测定 标准检验法》、JISG 0555—2020《钢中非金属夹杂物的显微测试方法》等。由于GB/T10561—2005以及JISG 0555—2020均等同ISO 4967的1998版标准，故这里主要针对GB/T 10561—2005、ASTM E45—2018a及 DIN50602—1985这3个标准,从夹杂物分类、取样、评级原则等方面进行夹杂物检验的对比(见表1)，并对夹杂物检验标准提出后续修订建议。
2、DIN 50602—1985中夹杂物评定细节
上述3个夹杂物检验标准对夹杂物的分类不同，夹杂物检验原理、方法也有差异。其中，GB/T 10561—2005和 ASTM E45—2018a通过确定夹杂物的长度和宽度来评定夹杂物的级别，而DIN 50602—1985标准是通过计算夹杂物面积来评定夹杂物的级别，虽然以上3个标准都将级别转化为长度和宽度的界限值进行评定，但 DIN 50602—1985标准却考虑了超宽、超长对夹杂物的影响以及使用面积评定OG型夹杂物的方法。
DIN 50602—1985标准通过夹杂物面积来评定夹杂物的级别，更能凸显夹杂物对钢性能的影响，故主要对采用 DIN 50602—1985标准评定夹杂物级别的细节进行探讨，主要包括夹杂物宽度、长度和OG型夹杂物直径分析方面，供人们评级时了解使用。
2.1 夹杂物宽度增加对级别的影响
GB/T10561—2005和ASTM E45—2018标准规定，A类、B类、C类串条状夹杂物宽度对夹杂物级别的影响主要是夹杂物宽度是否满足起评最小值，对于超宽的夹杂物，宽度仅影响粗细分类，不影响夹杂物级别。一些加工厂商与钢厂签订夹杂物技术协议时，也只是规定夹杂物级别，对夹杂物是否超宽没有进行过多要求。Murakami模型将夹杂物面积作为研究重点，量化出夹杂物在平行于裂纹扩展方向的投影面积，使得在钢材中形成夹杂物面积的评判标准，并且该模型在后续学者进行大量试验验证中也得到了证实，所以应该在相关检验标准中重视对夹杂物宽度的评定。
将GB/T 10561—2005标准中表1长度和表2中各类夹杂物最大宽度相乘得到夹杂物的基准面积(见表2)。由于D类和 DS类夹杂物评定不涉及宽度，所以表1主要对A类、B类、C类夹杂物基准面积进行说明。
采用DIN 50602—1985标准计算夹杂物面积时，夹杂物的宽度增加一倍，级别相应增加1级。为探究GB/T 10561—2005标准中不同类型、级别夹杂物超宽尺寸对夹杂物级别的影响，以表2中A类、B类、C类串条状夹杂物各级别的面积为基准，根据式(1)进行推算(见表3)。
随着夹杂物总长度的增加，夹杂物级别也在不断变大，结合GB/T 10561—2005附录D中D.2，由级别计算夹杂物的测量值公式，可推导出符合表3中不同类型夹杂物宽度对级别影响规律的公式为
可以看到，采用GB/T 10561—2005标准中表1和表2进行夹杂物评定时，如果结合公式(2)、(3)、4)和文中表3，夹杂物宽度影响因子可以有效评估不同夹杂物宽度对级别的影响，进而使夹杂物级别与疲劳失效等计算模型更好地结合起来，提高显微检验夹杂物的数据可利用性。
另外，根据式(2)、(3)、(4)还可以计算后续夹杂物级别对应的夹杂物宽度与级别增加量。该公式还可以推广到其余类似的检测标准。
2.2 夹杂物长度增加对级别的影响
目前常用的夹杂物评级标准中，夹杂物长度是评定级别的主要影响因素。一般随着夹杂物长度的增加，级别会按照GB/T 10561—2005标准附录D中 D.1公式进行变化，但当单条夹杂物长度超过评定视场0.71mm边长的方框时，就会被判定为超尺寸夹杂物并标注总长度，级别却不再增加，而钢材质保书中对这些超尺寸标注信息一般不予出示，导致较多的超大夹杂物被用户忽略，从而埋下隐患。
DIN 50602—1985标准图1中0~6系列里的6~8级明确说明，对超过单个视场圆直径的夹杂物，评定时应以对应系列图谱下的长度为依据进行评级，如出现更大长度的夹杂物，统一表示为9级。
DIN 50602—1985标准对于夹杂物的评定不局限于评级视场大小，对于超过视场的单个串条状夹杂物，依然采用整体长度和宽度对夹杂物面积进行评级，不对超长夹杂物进行多个视场的分割降级，不额外标注超尺寸。建议对 GB/T 10561—2005等夹杂物标准的修订，不能局限于评级规则的统一性和完整性，还应该从夹杂物评级检验的初始目的进行分析。
2.3 DIN 50602—1985标准中OG型夹杂物的评定
DIN 50602—1985标准对OG型夹杂物的评定方法界限值等少有说明，但标准中6.2.4条提到在对OG型夹杂物进行评定时，应按照图1进行比较，且不论夹杂物尺寸或密集程度，均根据夹杂物面积进行评定。可以看到，虽然标准对 OG型夹杂物的评定方法描述较少，但其评定方法还是同一级别、同一面积的原则。图1中每个系列图片均有其对应的尺寸界限值，对OG型夹杂物的基准系列图谱直径界限值进行提取并计算面积，再根据DIN 50602—1985标准中表3的长和宽计算面积后反推OG型夹杂物直径，可得到表4。
可以看到，不论根据标准中图1还是标准中表3的推导，OG型夹杂物的评定界限值基本相同，说明图1中OG型夹杂物基准系列图谱与表3中的平均长度和平均宽度界限值设置理念相同，每级面积都是递增的，长度或宽度缩短一半时，级别减小1级。在DIN 50602—1985标准的实际评级过程中，特别是采用自动金相分析仪时，表3通常较图1使用更多，所以为了评级过程中面积界限值的一致性，建议根据表3计算的OG型夹杂物评定界限值。
3、结论
(1)钢中夹杂物的检验有低倍检验和高倍检验方法。低倍检验法能通过现场取样检验快速识别坯内夹杂物等缺陷，指导生产，但低倍方法仅能对较大的夹杂物进行定性分析，不能对微观的夹杂物进行定量分析。高倍夹杂物检验方法对夹杂物的分类不同，各标准的夹杂物检验原理、方法也有差异。
(2)对夹杂物宽度评定进行了讨论,通过将夹杂物面积作为评定原则，结合 GB/T 10561—2005标准中表1长度、表2最大宽度以及附录D中 D.2，推导出了不同类型级别夹杂物宽度对级别影响规律的公式。
(3)对超长的夹杂物评定进行了讨论，建议对于超过视场的单个串条状夹杂物，依然采用整体长度和宽度对夹杂物面积进行评级，不对超长夹杂物进行多个视场的分割降级。
(4)对OG类夹杂物评定进行了讨论，不论根据DIN 50602—1985标准中图1还是表3推导，OG型夹杂物的评定界限值基本相同。为了评级过程中面积界限值的一致性，建议采用表3计算OG 型夹杂物的直径界限值。
作者：王艳阳，胡浩斌，赵志海，魏中洁，王怀伟，程亚南
单位：马鞍山钢铁股份有限公司检测中心
来源：《理化检验-物理分册》2023年第8期
