隨著(zhù)時(shí)代的進(jìn)步,對于材料的要求也越來(lái)越高。就金屬材料而言,提高鋼鐵的冶煉質(zhì)量,改善夾雜物大小、數量及分布,可以提高金屬材料的品質(zhì)。今天我們有幸采訪(fǎng)到鋼研納克失效分析中心的李云玲老師,一起聊一聊金屬夾雜物的話(huà)題。
鋼研納克失效分析中心李云玲 高級工程師
從事金屬材料微觀(guān)表征工作 10 余年,主要研究方向包括金屬構件失效分析、斷口分析、微觀(guān)表征技術(shù)等。獨立完成 400 余項材料失效分析案例。完成的典型項目有:某型號艦艇動(dòng)力系統部件失效原因分析、高鐵車(chē)輪裂紋原因分析、核電乏燃料池不銹鋼壁附著(zhù)物分析、國電逆流變部件失效原因分析、合成氨設備焊接裂紋分析等。大型失效分析項目的完成,為國防設備可靠性提供了技術(shù)支持,挽回了客戶(hù)大量經(jīng)濟損失,得到企業(yè)的多次好評。相關(guān)工作成果多次在全國鋼鐵材料掃描電鏡圖像競賽及金相比賽中獲獎,在國外 SCI、EI、中文核心等期刊上發(fā)表論文 20 余篇,參與起草修訂多個(gè)團體標準,如《鋼中夾雜物的自動(dòng)分類(lèi)和統計掃描電鏡能譜法》(T/CSTM 00346-2021)、《鋼中晶粒尺寸測定 高溫激光共聚焦顯微鏡法》(T/CSTM 00799-2023)、《材料實(shí)驗數據掃描電鏡圖片要求》(T/CSTM 00795-2022)等。
Q1
PHENOM
李老師您好,夾雜物對金屬材料的危害是什么呢?為什么要做金屬夾雜物分析呢?
李云玲老師
新時(shí)代發(fā)展對鋼材綜合性能要求日趨嚴格,鋼的質(zhì)量指標一般包括冶煉質(zhì)量指標(化學(xué)成分、非金屬夾雜物、晶粒度等)、性能質(zhì)量指標(力學(xué)性能、工藝性能焊接、淬透、冷彎等)。非金屬夾雜物危害:引起質(zhì)量缺陷,如裂紋、偏析;降低鋼材性能,如沖壓開(kāi)裂、疲勞斷裂。
Q2
PHENOM
那么李老師,這些金屬夾雜物是怎么產(chǎn)生的呢?
李云玲老師
這個(gè)鋼中夾雜物來(lái)源主要是兩種:
內生夾雜物:尺寸比較小,和OSN 的冶煉工藝是相關(guān)的,這類(lèi)是不可避免的,但是可以通過(guò)工藝的調控來(lái)改善分布。
外來(lái)夾雜物:比如來(lái)自爐渣,耐火料等,這種夾雜物尺寸大,分布無(wú)規律,但是通過(guò)提高冶煉工藝是可避免的。
Q3
李老師,那么對于夾雜物是怎么分類(lèi)的呢,標準是什么?
A:
李云玲老師
像金屬夾雜物的通用標準是 GB/T 10561,標準里對夾雜物進(jìn)行了明確的分類(lèi):A類(lèi)(硫化物)、B類(lèi)(氧化鋁類(lèi))、C類(lèi)(硅酸鹽類(lèi))、D(球狀氧化物類(lèi))、DS類(lèi)(單顆粒球狀類(lèi)),這些不同種類(lèi)的夾雜物形態(tài)各有特點(diǎn),特征也有所不同。
Q4
PHENOM
那么這個(gè)夾雜物該怎么去檢測和分析呢?可以為我們分享一下常用的方法和儀器嗎?
李云玲老師
檢測方法呢,通常有兩種,一種是金相法,使用光學(xué)顯微鏡,通過(guò)顆粒的形態(tài)和顏色深淺,來(lái)判定夾雜物的種類(lèi)。
金相法僅能從形狀尺寸判斷夾雜物類(lèi)別,隨技術(shù)發(fā)展,當今越來(lái)越多使用電鏡法表征夾雜物,目前也有相關(guān)的標準:GB/T 30834-2022 鋼中非金屬夾雜物的評定和統計掃描電鏡法。
我們使用的這臺飛納電鏡的鋼鐵夾雜物系統 Phenom ParticleX Steel,是基于掃描電鏡的背散射電子探測器 + 能譜探測器來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化的分析和歸類(lèi),不僅可以得到每個(gè)顆粒形態(tài)尺寸信息,還可根據化學(xué)成分進(jìn)行細分,對于復合夾雜物更有說(shuō)服力。
Q5
PHENOM
李老師,您覺(jué)得這個(gè)系統對您的幫助是什么?這個(gè)系統給出的結果和光學(xué)顯微鏡有什么區別?
李云玲老師
報告里包含的顆粒信息非常詳細,包括顆粒的尺寸大小,成分信息,并按照定義進(jìn)行分類(lèi)。還會(huì )給出可視化的圖表,不同尺寸/類(lèi)別顆粒的占比,比如數量密度,夾雜物指數等。這個(gè)系統可以顯示出每一個(gè)夾雜物的形態(tài)和成分信息等,并且能一鍵回溯這個(gè)顆粒。結合三元相圖,還可以進(jìn)行工藝的優(yōu)化和改進(jìn)。非常方便快捷。
Phenom ParticeX 可以導出詳細的數據報告