专家分享：突破先机，揭秘钢铁夹杂物检测新技术

随着时代的进步，对于材料的要求也越来越高。就金属材料而言，提高钢铁的冶炼质量，改善夹杂物大小、数量及分布，可以提高金属材料的品质。今天我们有幸采访到钢研纳克失效分析中心的专家李云玲老师，一起聊一聊金属夹杂物的话题。

钢研纳克失效分析中心李云玲 高级工程师

从事金属材料微观表征工作 10 余年，主要研究方向包括金属构件失效分析、断口分析、微观表征技术等。独立完成 400 余项材料失效分析案例。完成的典型项目有：某型号舰艇动力系统部件失效原因分析、高铁车轮裂纹原因分析、核电乏燃料池不锈钢壁附着物分析、国电逆流变部件失效原因分析、合成氨设备焊接裂纹分析等。大型失效分析项目的完成，为国防设备可靠性提供了技术支持，挽回了客户大量经济损失，得到企业的多次好评。相关工作成果多次在全国钢铁材料扫描电镜图像竞赛及金相比赛中获奖，在国外 SCI、EI、中文核心等期刊上发表论文 20 余篇，参与起草修订多个团体标准，如《钢中夹杂物的自动分类和统计扫描电镜能谱法》（T/CSTM 00346-2021）、《钢中晶粒尺寸测定 高温激光共聚焦显微镜法》（T/CSTM 00799-2023）、《材料实验数据扫描电镜图片要求》（T/CSTM 00795-2022）等。

Q1

PHENOM

李老师您好，夹杂物对金属材料的危害是什么呢？为什么要做金属夹杂物分析呢？

李云玲老师

新时代发展对钢材综合性能要求日趋严格，钢的质量指标一般包括冶炼质量指标（化学成分、非金属夹杂物、晶粒度等）、性能质量指标（力学性能、工艺性能焊接、淬透、冷弯等）。非金属夹杂物危害：引起质量缺陷，如裂纹、偏析；降低钢材性能，如冲压开裂、疲劳断裂。

Q2

PHENOM

那么李老师，这些金属夹杂物是怎么产生的呢？

李云玲老师

这个钢中夹杂物来源主要是两种：

内生夹杂物：尺寸比较小，和OSN 的冶炼工艺是相关的，这类是不可避免的，但是可以通过工艺的调控来改善分布。

外来夹杂物：比如来自炉渣，耐火料等，这种夹杂物尺寸大，分布无规律，但是通过提高冶炼工艺是可避免的。

Q3

李老师，那么对于夹杂物是怎么分类的呢，标准是什么？

A：

李云玲老师

像金属夹杂物的通用标准是 GB/T 10561，标准里对夹杂物进行了明确的分类：A类（硫化物）、B类（氧化铝类）、C类（硅酸盐类）、D（球状氧化物类）、DS类（单颗粒球状类），这些不同种类的夹杂物形态各有特点，特征也有所不同。

Q4

PHENOM

那么这个夹杂物该怎么去检测和分析呢？可以为我们分享一下常用的方法和仪器吗？

李云玲老师

检测方法呢，通常有两种，一种是金相法，使用光学显微镜，通过颗粒的形态和颜色深浅，来判定夹杂物的种类。

金相法仅能从形状尺寸判断夹杂物类别，随技术发展，当今越来越多使用电镜法表征夹杂物，目前也有相关的标准：GB/T 30834-2022 钢中非金属夹杂物的评定和统计扫描电镜法。

我们使用的这台飞纳电镜的钢铁夹杂物系统 Phenom ParticleX Steel，是基于扫描电镜的背散射电子探测器 + 能谱探测器来进行自动化的分析和归类，不仅可以得到每个颗粒形态尺寸信息，还可根据化学成分进行细分，对于复合夹杂物更有说服力。

Q5

PHENOM

李老师，您觉得这个系统对您的帮助是什么？这个系统给出的结果和光学显微镜有什么区别？

李云玲老师

报告里包含的颗粒信息非常详细，包括颗粒的尺寸大小，成分信息，并按照定义进行分类。还会给出可视化的图表，不同尺寸/类别颗粒的占比，比如数量密度，夹杂物指数等。这个系统可以显示出每一个夹杂物的形态和成分信息等，并且能一键回溯这个颗粒。结合三元相图，还可以进行工艺的优化和改进。非常方便快捷。

Phenom ParticeX 可以导出详细的数据报告