国标对金相检验项目要求分析

时间：2021-03-01

为查明不同国家的钢铁标准为什么会有这样显著的差别，首先查阅了相关的国标对金相检验要求的演变历史。GB 699-1965《优质碳素结构钢钢号和一般技术条件》中规定的金相检验项目有断口、低倍组织、脱碳、夹杂物、显微组织、淬透性及晶粒度，比现行的GB/T 699-2015要求的项目还要多。

可见国标要求金相检验项目多是制定标准的习惯造成的，几十年来，虽然国标经过多次修订，要求的金相检验项目有所减少，有的标准对于某些项目注明了制造方能够保证质量的情况下可以不检，如GB/T 18254-2016中规定“供方若能保证退火断口合格，可不进行检验”，GB/T 1222-2016中规定“如供方能保证低倍组织合格，可采用超声波检验法或其他无损探伤法代替酸浸低倍检验”。说明有一些*认识到国标中规定的一些金相检验项目是不合理的，其对保证产品的质量效果不明显，反而降低了生产效率，提高了成本。可是因为还有很多*认为多一些金相检验项目虽然会对生产效率和成本造成一些损失，但可以更好地保证产品质量，而反对减少金相检验项目，使得国标目前仍然保留着一些不合理的金相检验项目。

要分析国标中的一些金相检验项目是否合理、有效，一方面需要分析从20世纪50~60年代开始制定钢铁产品标准(冶标和国标)到现阶段钢铁生产设备、工艺、技术和产品质量水平发生的变化，另一方面需要通过近几十年发展起来的体视学理论和方法分析这些检验项目是否能有效保证产品质量。20世纪50~60年代，国内的钢铁生产主要采用模铸工艺，采用炉外精炼的产品也不多，而目前连铸工艺是主流，炉外精炼技术也已被广泛采用。

首先模铸工艺的低倍检验作用与连铸工艺的不同。对于模铸钢锭轧制的钢坯，低倍检验方法可以有效检验缩孔是否切除干净，因为模铸钢锭的缩孔总是在钢锭的头部，模铸的缩孔中会有钢渣，如果未能切除干净会导致产品报废。而连铸的缩孔在连铸坯中的位置是随机的，且缩孔中没有钢渣，在后续的轧制过程中会焊合，不会像模铸缩孔那样导致产品报废。ASTM标准对5类钢铁产品都没有要求低倍检验。产品标准中不规定低倍检验并不意味着钢厂不需要做低倍检验，而是表明低倍检验的直接目的不是控制产品质量，而是监测设备和工艺状况。具体来说大致可分为两种情况：一是通过连铸坯低倍检验监测连铸设备和工艺状况是否正常。为此，应检验裂纹、柱状晶、枝状晶、等轴晶区、缩孔(中孔)、氩气泡、针孔、急冷层，定期对连铸坯进行抽检，可规定不同班次对不同部位取样进行检验，如早班取头部样，中班取中部样，夜班取尾部样。二是对经过轧制的半成品坯进行低倍检验，以对连铸设备和工艺进行监测。如果采用类似于ASTM E381中对连铸产品的线性和圆形缺陷采用的定量评定方法，可以通过在半成品甚至成品上的检验来部分代替连铸坯检验，从而降低损耗和成本，同时可评估轧制设备和工艺是否有问题。应检验裂纹、缩孔、中心疏松、一般疏松、中心偏析、白亮带、树枝晶、等轴晶、柱状晶、夹渣。上述低倍检验不是产品的检验项目，不需要每炉钢都进行检验。

其次没有炉外精炼工序的钢与有炉外精炼工序的钢中夹杂物含量也有差别。有炉外精炼工序生产的钢中硫和氧元素含量会远远低于没有炉外精炼工序钢的，夹杂物含量自然会大幅度降低，对于采用炉外精炼工序生产的钢按照没有炉外精炼工序钢的夹杂物指标进行检验和评判，从保证产品质量的角度来看显得比较不合逻辑，且因为钢铁产品的国标中夹杂物检验项目和判据参考的是半个世纪前的标准，实际上是用几十年前不经精炼的钢的标准评判现在经过精炼钢的纯净度，同样比较不合理。值得注意的是虽然有很多实例证明宏观夹杂物能够给产品性能造成严重影响，会造成产品报废甚至引发事故，但是这种夹杂物是随机分布在钢材中的，采用常规的金相检验方法在试样检验表面发现的概率较低，所以常规金相检验方法检验宏观夹杂物不仅无效，而且通常会得到将不合格产品判为合格的误导性检测报告；常规金相检验方法虽然能够检出内生的显微夹杂物，但是现在经过炉外精炼工序生产的钢材中内生夹杂物含量已经很低，通常不会对钢材的常规力学性能产生显著影响，除了轴承钢等少数特殊钢种外，检验夹杂物对于产品质量没有明显的贡献，却降低了生产效率、增加了成本。

自20世纪50年代SALTYKOV C A发表了《体视金相学》后，国内学者也发表了一系列体视学专著，介绍了体视学的理论和方法，使得体视学发展成为一门能够通过观测面的测量推算金属立体空间中情况的理论和方法。采用体视学方法分析计算可以证明，对于经炉外精炼、纯净度好的钢材，采用常规金相制样、低倍酸蚀、断口或者塔形检验方法能够在试样表面发现宏观夹杂物的概率较小，即使检验人员非常认真地检验试样观测面，也会在检出1炉钢的宏观夹杂物的同时至少会伴随着999炉有宏观夹杂物的钢未能检出，所以这些检验方法不仅是无效的，还可能会给相信检测报告的人造成误导(不合格产品被报告为合格产品的概率**过99.9%)。

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