GB/T 10561—2005與ASTM E45—2013對(duì)鋼中非金屬夾雜物評(píng)定的異同

范 煒，韓新利，張華佳，李 穎，于百川，吉玲康，孟 丹，崔艷霞

（1.石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710077；2.中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，西安710077）

GB/T 10561—2005與ASTM E45—2013對(duì)鋼中非金屬夾雜物評(píng)定的異同

范 煒1,2，韓新利2，張華佳2，李 穎2，于百川2，吉玲康2，孟 丹2，崔艷霞2

（1.石油管材及裝備材料服役行為與結(jié)構(gòu)安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710077；2.中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院，西安710077）

為了能更好地應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)鋼中的非金屬夾雜物，對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10561—2005和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E45—2013內(nèi)容進(jìn)行了對(duì)比，通過(guò)比較適用范圍、包含的檢測(cè)方法、夾雜物基本分類等解讀了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間的差異。分析結(jié)果表明，ASTM E45—2013的適用范圍略寬，包含的檢測(cè)方法較多，而GB/T 10561—2005定義的非金屬夾雜物的基本類型多出一項(xiàng)DS類，并需要用字母表示粗系和超尺寸夾雜物。因此應(yīng)用這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)予以注意。

標(biāo)準(zhǔn)；GB/T 10561—2005；ASTM E45—2013；非金屬夾雜物；評(píng)定

非金屬夾雜物作為獨(dú)立存在于鋼中的物質(zhì)，破壞了鋼基本的連續(xù)性，使鋼組織的不均勻性增大。鋼中非金屬夾雜物的存在，會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，引起疲勞斷裂；數(shù)量多且分布不均勻的夾雜物會(huì)明顯降低鋼的塑性、韌性、焊接性以及耐腐蝕性。

目前，對(duì)鋼中非金屬夾雜物主要采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10561—2005（簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)）或美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E45—2013（簡(jiǎn)稱美標(biāo)）來(lái)進(jìn)行評(píng)定，現(xiàn)將這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容進(jìn)行比較分析，并以檢驗(yàn)實(shí)例說(shuō)明各自特點(diǎn)，以此為更好應(yīng)用這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)提供借鑒。

1 適用范圍不同

由于鋼材壓縮變形程度對(duì)非金屬夾雜物的評(píng)級(jí)影響較大，國(guó)標(biāo)規(guī)定適用于壓縮比≥3的軋制或鍛制鋼材中非金屬夾雜物顯微評(píng)定方法，而未變形和未經(jīng)過(guò)足夠變形的鋼材就不適用于國(guó)標(biāo)評(píng)定非金屬夾雜物；美標(biāo)除了適用于測(cè)定鍛鋼中非金屬夾雜物含量外，在有些情況下，還可以應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)中包含的方法測(cè)定其他合金（滲碳軸承鋼）。

2 包含的檢驗(yàn)方法不同

2.1 GB 10561—2005檢驗(yàn)方法

國(guó)標(biāo)GB/T 10561—2005只是非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢測(cè)方法，此標(biāo)準(zhǔn)只給出一套圖譜，該圖譜包含有A、B、C、D和DS五類夾雜物圖譜，前四類分為粗系和細(xì)系兩個(gè)系列，DS類無(wú)粗系、細(xì)系之分。每個(gè)系列由0.5～3級(jí)圖片組成，共54張。這種方法屬于微觀檢測(cè)方法，其中包括兩種評(píng)定方法，即A法和B法。A法（最惡劣視場(chǎng)法）與美標(biāo)A法類似，是對(duì)試樣拋光面上的夾雜物最嚴(yán)重的視場(chǎng)進(jìn)行評(píng)級(jí)，并按照每類夾雜物的粗系和細(xì)系進(jìn)行評(píng)定，故適用于產(chǎn)品檢驗(yàn)；B法與美標(biāo)D法類似，是對(duì)拋光面上的每個(gè)視場(chǎng)按照每類夾雜物的粗系和細(xì)系進(jìn)行評(píng)級(jí)，故此法更適用于科研。

2.2 ASTM E45—2003檢驗(yàn)方法

ASTM E45—2003含有4個(gè)宏觀試驗(yàn)方法：酸蝕低倍檢測(cè)法、斷口檢測(cè)法、塔型檢測(cè)法和磁粉檢測(cè)法。主要測(cè)定面積較大的表面，由于其檢測(cè)是肉眼可見(jiàn)或低倍的，因而更適合于檢測(cè)大夾雜物，而不適于檢測(cè)長(zhǎng)度小于0.40mm的夾雜物，且不能分辨夾雜物的類型。6個(gè)微觀試驗(yàn)方法：包括A法（最差市場(chǎng)法）、B法（長(zhǎng)度法）、C法（氧化物和硅酸鹽法）、D法（低夾雜物含量法）、E法（SAM評(píng)定法）、自動(dòng)圖像分析法和2套評(píng)級(jí)圖（圖I-A和圖II）。A法、D法和E法使用評(píng)級(jí)圖I-A；B法則是根據(jù)長(zhǎng)度測(cè)定非金屬夾雜物的含量；C法使用圖II進(jìn)行評(píng)定。圖I（JK圖）適用于評(píng)定級(jí)別＞2級(jí)的夾雜物，其分為A、B、C和D類四類夾雜物圖譜，每類分粗系和細(xì)系兩個(gè)系列，每個(gè)系列由1～5級(jí)圖片組成，共40張；圖II（ASTM圖）適用于評(píng)定≤2級(jí)的夾雜物，也分為A、B、C和D類四類，粗系和細(xì)系兩個(gè)系列，每個(gè)系列由0.5～2.5級(jí)圖片構(gòu)成，共40張。

3 規(guī)定微觀檢驗(yàn)法的樣品制備不同

國(guó)標(biāo)規(guī)定用于測(cè)量夾雜物含量試樣的拋光面面積約 200mm2（20mm×10mm），在放大 100倍下觀察縱向拋光平面上面積為0.50mm2的正方形視場(chǎng)；而美標(biāo)則規(guī)定試驗(yàn)要求在放大100倍的情況下觀察160mm2的試樣拋光區(qū)，這個(gè)視場(chǎng)相當(dāng)于一個(gè)邊長(zhǎng)為0.71mm、面積為0.5mm2的正方形視場(chǎng)。兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定都在放大100倍下觀察試樣縱向拋光區(qū)，且視場(chǎng)相當(dāng)于一個(gè)邊長(zhǎng)為0.71mm、面積為0.5mm2的正方形視場(chǎng)，但國(guó)標(biāo)觀察試樣拋光區(qū)的面積比美標(biāo)要大，看到夾雜物的數(shù)量和種類要多一些，對(duì)夾雜物級(jí)別要求更高一些。

4 對(duì)非金屬夾雜物顯微檢驗(yàn)方法劃分的基本類型規(guī)定有所不同

4.1 夾雜物分類與判別

國(guó)標(biāo)將非金屬夾雜物列為最常見(jiàn)的夾雜物、非傳統(tǒng)夾雜物和沉淀相類3種，對(duì)最常見(jiàn)的非金屬夾雜物按其類型和形態(tài)分為A、B、C、D和DS五類，對(duì)此五類夾雜物的類型、形態(tài)、分布、性質(zhì)及色澤均作了較具體的描述，有助于識(shí)別不同類型的夾雜物，并明確規(guī)定：對(duì)于非傳統(tǒng)類型的夾雜物，如球狀硫化物、球狀硫化鈣、球狀稀土硫化物，硫化鈣包裹著鋁酸鹽的球狀復(fù)相硫化物等的評(píng)定也可通過(guò)將其形狀與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行比較，并應(yīng)注明其化學(xué)特征；一些沉淀相類的硼化物、碳化物、碳氮化物和氮化物等，也可根據(jù)其形態(tài)與最常見(jiàn)的五類夾雜物進(jìn)行比較評(píng)定，但必須用下標(biāo)符號(hào)表示出它們的化學(xué)特征。

美標(biāo)也分為A（硫化物類）、B（氧化鋁類）、C（硅酸鹽類）和D（球狀氧化物類）和DS五類，不同之處在于將DS類夾雜物直徑大于13 μm的都判為D類超尺寸夾雜物，并要求在結(jié)果中標(biāo)出實(shí)際尺寸。但美標(biāo)不僅對(duì)于夾雜物的形態(tài)、分布、性質(zhì)均作了具體的描述，而且強(qiáng)調(diào)用明場(chǎng)法、暗場(chǎng)法和偏光法再配合夾雜物的顏色來(lái)辨別夾雜物的類型，這樣得出的結(jié)果更為嚴(yán)謹(jǐn)，并給出了詳細(xì)的判斷依據(jù)，有利于使用者做出正確判斷。

4.2 評(píng)級(jí)界限對(duì)比

不同類型夾雜物評(píng)級(jí)界限對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 不同類型夾雜物評(píng)級(jí)界限（最小值）比對(duì)

從表1可知：①國(guó)標(biāo)與美標(biāo)前三級(jí)評(píng)級(jí)界限相同，這使得兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)判斷評(píng)級(jí)界限通用，給使用者帶來(lái)方便；②國(guó)標(biāo)對(duì)于夾雜物總長(zhǎng)度≥3級(jí)上限或者顆粒數(shù)≥49顆上限的D類夾雜物以及直徑≥107 μm上限的DS類夾雜物，其級(jí)別可按照附錄D給出的公式計(jì)算。

4.3 夾雜物粗系和細(xì)系界限的劃分

國(guó)標(biāo)和美標(biāo)對(duì)不同類型夾雜物寬度要求見(jiàn)表2。

表2 國(guó)標(biāo)和美標(biāo)中對(duì)不同類型夾雜物寬度的要求 μm

從表2可以看出：①兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了夾雜物的寬度范圍，并在評(píng)級(jí)圖譜的每個(gè)系列上方標(biāo)出了寬度范圍，特別是表示出了可評(píng)級(jí)夾雜物的寬度下限；②兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，A、B和C類夾雜物最小寬度小于2 μm、國(guó)標(biāo)D類最小直徑小于3 μm或美標(biāo)D類最小直徑小于2 μm，則夾雜物評(píng)為0級(jí)，因此標(biāo)準(zhǔn)中的0級(jí)包括未發(fā)現(xiàn)夾雜物和存在著不予以評(píng)級(jí)的夾雜物兩種情況。

兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)別在于：①D類夾雜物細(xì)系最小寬度尺寸不同，國(guó)標(biāo)是3 μm，美標(biāo)是2 μm；其他寬度均相同；②D類球狀氧化物夾雜物的形態(tài)比（長(zhǎng)度/寬度）不同，國(guó)標(biāo)規(guī)定形態(tài)比＜3時(shí)，納入D類夾雜物計(jì)算，而美標(biāo)規(guī)定形態(tài)比≤5時(shí)，納入D類夾雜物計(jì)算；③國(guó)標(biāo)規(guī)定當(dāng)出現(xiàn)超尺寸夾雜物情況下，在檢驗(yàn)結(jié)果報(bào)出時(shí)，除在每類夾雜物代號(hào)后要加上最惡劣視場(chǎng)的級(jí)別數(shù)外，還要用小寫(xiě)字母e表示粗系的夾雜物，用小寫(xiě)字母s表示出現(xiàn)超尺寸的夾雜物。如：超長(zhǎng)、超寬或超直徑；美標(biāo)沒(méi)有要求用字母表示粗系和超尺寸夾雜物，而是規(guī)定超尺寸夾雜物應(yīng)在評(píng)定結(jié)果報(bào)告中注明超大，并標(biāo)出實(shí)際尺寸。

4.4 可視為一條夾雜物的規(guī)定條件不同

對(duì)于A、B和C類夾雜物，國(guó)標(biāo)規(guī)定兩條夾雜物之間的縱向距離d≤40 μm，且沿軋制方向的橫向距離S（夾雜物中心之間的距離）≤10 μm時(shí)，應(yīng)視為一條夾雜物；而美標(biāo)規(guī)定任意兩條夾雜物間距不小于40 μm，且平行于軋制方向列與列之間距離不超過(guò)15 μm時(shí)，視為一條夾雜物。

5 檢驗(yàn)實(shí)例

以具體實(shí)例說(shuō)明兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)基本類型的評(píng)定區(qū)別，非金屬夾雜物如圖1所示，對(duì)圖1中夾雜物分別用國(guó)標(biāo)和美標(biāo)進(jìn)行評(píng)級(jí)。

圖1 非金屬夾雜物圖

根據(jù)軟件測(cè)量可知，圖1中兩條狀?yuàn)A雜物中心線間水平距離為13 μm，垂直距離為32 μm，因此，美標(biāo)中這兩條夾雜物看做是一條夾雜物，A類夾雜物總長(zhǎng)度為156 μm；而國(guó)標(biāo)則視為兩條夾雜物，A類夾雜物總長(zhǎng)度為兩條夾雜物各自長(zhǎng)度之和，即為123 μm；下面圓形夾雜物按照國(guó)標(biāo)規(guī)定應(yīng)該屬于DS類1級(jí)夾雜物；而按照美標(biāo)規(guī)定，屬于D類夾雜物，屬于超尺寸夾雜物，最大直徑為26 μm。評(píng)級(jí)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 國(guó)標(biāo)和美標(biāo)對(duì)圖1的評(píng)級(jí)結(jié)果

6 結(jié) 論

（1）美標(biāo)比國(guó)標(biāo)測(cè)量范圍廣一些，在某些情況下，可以測(cè)量合金鋼的夾雜物尺寸。

（2）美標(biāo)包含的試驗(yàn)方法多，包括4個(gè)宏觀試驗(yàn)方法和5個(gè)微觀試驗(yàn)方法；而國(guó)標(biāo)只是非金屬夾雜物含量的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢測(cè)方法。

（3）微觀檢驗(yàn)法的樣品制備兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不同，國(guó)標(biāo)規(guī)定試樣的拋光面面積應(yīng)約為200mm2，美標(biāo)規(guī)定觀察160mm2的試樣拋光區(qū)。

（4）夾雜物分類不同，國(guó)標(biāo)比美標(biāo)夾雜物多了一種DS類，而在美標(biāo)中DS類被評(píng)定成D類超尺寸夾雜物，并標(biāo)出實(shí)際尺寸；而對(duì)于A、B、C和D類夾雜物粗系，國(guó)標(biāo)需要用字母e進(jìn)行表示，用字母s表示超尺寸夾雜物，而美標(biāo)沒(méi)有此規(guī)定。

（5）D類夾雜物寬度兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)值不同，國(guó)標(biāo)規(guī)定細(xì)系最小寬度是3 μm，美標(biāo)規(guī)定細(xì)系為 2 μm。

（6）對(duì)于A、B和C類夾雜物，如果兩條夾雜物具有一定縱向間距和橫向偏離，視為一條夾雜物的判定條件為：國(guó)標(biāo)規(guī)定橫向偏移距離≤10 μm，美標(biāo)規(guī)定橫向偏移距離≤15 μm，兩標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定縱向距離均≤40 μm。

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Similarities and Differences for Non-metallic Inclusions Evaluation in Steel in GB/T 10561—2005 and ASTM E45—2013

FAN Wei1,2，HAN Xinli2，ZHANG Huajia2，LI Ying2，YU Baichuan2，JI Lingkang2，MENG Dan2，CUI Yanxia2
（1.State Key Laboratory for Oil Tubular Goods Equipment Material Service Behavior and Structural Safety,Xi’an 710077，China;2.CNPC Tubular Goods Research Institute,Xi’an 710077,China）

In order to better utilize the relevant standards to evaluate non-metallic inclusions in steel,the contents of GB/T 10561—2005 and ASTM E45—2013 were compared,including the scope of application,detection methods,inclusion basic classification and so on,it analyzed the differences between two standards.The result showed that the applicable scope of the ASTM E45—2013 is slightly wider,and the detection methods are more;a DS class is included in GB/T 10561—2005 standard non-metallic inclusion classifications,and need use letters to express thick and super-size inclusions.Therefore attention must be paid to the application of these two standards.

standard；GB/T 10561—2005；ASTM E45—2013；non-metallic inclusion;evaluation

TG142.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI:10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.03.014

范 煒（1984—），男，河北秦皇島人，助理工程師，主要從事管線鋼的性能檢測(cè)和研究。

2015-12-01

李紅麗