钢铁是工业生产的重要原材料，我国产量和消费量均居世界前列。 为了保证钢材产品的质量钢材力学性能检测标准，将对产品规定一些检验分析指标和要求。 对比国内外钢铁产品标准，会发现国内标准对金相检验项目的要求多于国外标准。 许多钢铁工业成熟国家的标准并不将金相检验作为必填项目，而是作为协议项目。 然而，国内标准已将此作为要求。 针对这一现象，上海宝钢工业技术服务有限公司李和平以碳结构钢、合金结构钢、轴承钢、弹簧钢、冷作模具钢为例，将国标与美国ASTM标准进行对比和日本JIS标准。 分析了金相检验项目的要求，并分析了造成这种差异的原因。
01.
国内外钢铁标准金相检验项目要求对比
国内外钢铁标准对碳素结构钢、合金结构钢、轴承钢、弹簧钢、冷作模具钢的金相检验项目有不同的要求。 国内GB/T 699-2015《优质碳素结构钢》、GB/T 3077-2015《合金结构钢》、GB/T 18254-2016《高碳铬轴承钢》、GB/T 1222-2016《弹簧钢》 ”，GB/T 1299-2014《工模具钢》对金相检验项目的要求与美国ASTM标准中金相检验项目的要求进行了比较。 不同标准的具体要求如表1所示。
表1 国内外标准对金相检验项目的要求
对于碳素结构钢，国家标准要求进行低倍组织、夹杂物、脱碳的检查； ASTM标准只要求检查晶粒尺寸，晶粒尺寸是指后续热处理时的奥氏体晶粒尺寸。 热处理钢不需要后续检查，不需要检查晶粒尺寸。 对于要求细晶粒的钢种，若钢中铝含量不低于0.020%（质量分数，下同）或酸中溶解铝含量不低于0.015%。 不检验粒度即视为粒度合格； JIS标准的金相检验项目和合格限度由供需双方协议规定（包括脱碳、夹杂物、晶粒度、金相组织、低倍、塔形或蓝脆断裂试验）。 对于合金结构钢，国家标准要求按照需方要求进行低倍组织检验以及脱碳和夹杂物检验。 晶粒度、塔形、金相组织等检验项目也可协议规定； ASTM标准只要求对晶粒尺寸进行检验，并且只有在协议规定时才进行检验； JIS标准金相检验项目和合格限度由供需双方协议规定（包括脱碳、夹杂物、晶粒尺寸、显微组织、低倍、塔形或蓝脆断裂试验）。 对于轴承钢，国家标准要求进行低倍组织、断裂、夹杂物、微孔、显微组织、脱碳等检查； ASTM标准要求检查夹杂物、脱碳、金相组织、晶粒尺寸（840℃淬火晶粒程度），买方可增加低倍等其他检查要求； JIS标准规定了脱碳、显微组织和夹杂物的检查，买方和制造商也可以商定低倍结构检查。 对于弹簧钢，国家标准要求进行低倍组织、脱碳、夹杂物检查（常规方法）； ASTM标准要求检查脱碳和夹杂物（只关注不变形夹杂物的宽度以及是否接近表面，不推荐常规夹杂物评估方法）； JIS标准要求进行脱碳检验，并注明了供需双方事先商定的检验项目、试验方法和合格限度。 可选金相检查项目包括晶粒尺寸、低倍组织、非金属夹杂物、塔状或蓝脆断口、脱碳。 对于冷作模具钢，国家标准要求进行低倍组织、金相组织、共晶碳化物、脱碳等检查； ASTM标准要求低倍组织和脱碳的检查。 特殊情况，可协议增加纳入检验，并约定资质限额； JIS标准要求进行脱碳检查，买方和制造商可以同意增加非金属夹杂物、显微组织和低倍检查和合格限度。
通过对比国内外标准对钢材五类金相检验项目的要求可以看出，国标要求最多，ASTM标准要求较少但有针对性、较为合理，JIS标准对金相检验项目的要求最为灵活。 主要由需方与制造厂协议规定。
02.
国标金相检验项目要求分析
为了找出各国钢铁标准为何存在如此显着差异的原因，我们首先回顾了相关国家标准中金相检验要求的演变历史。 GB 699-1965《优质碳素结构钢牌号及通用技术条件》规定的金相检验项目包括断口、低倍组织、脱碳、夹杂物、显微组织、淬透性和晶粒度。 现行的GB/T 699-2015要求的项目更多。 可见，国家标准所要求的金相检验项目大多是由于制定标准的习惯造成的。 几十年来，国家标准虽然经过多次修订，但要求的金相检验项目有所减少。 有些标准表明，制造商在质量得到保证的情况下可以不进行检验。 例如GB/-2016规定“供方能保证退火断裂面合格的，可以不进行检验”。 GB/T 1222-2016规定“如果供方能够保证低倍结构合格，可以采用超声波检验或其他无损检测方法代替酸浸低倍检验”。 这说明一些专家认识到国家标准中规定的一些金相检验项目不合理，对保证产品质量没有明显作用。 相反，它们降低了生产效率，增加了成本。 但由于不少专家认为增加金相检验项目会对生产效率和成本造成一定损失，能够更好地保证产品质量，反对减少金相检验项目，因此国标仍然保留了一些不合理的金相检验项目。
要分析国家标准中的一些金相检验项目是否合理有效，一方面需要对20世纪50年代至1960年代至今阶段的钢铁生产设备的钢铁产品标准（冶金标准和国家标准）进行分析另一方面，需要通过近几十年发展起来的体视学理论和方法来分析这些检验项目是否能够有效保证产品质量。 20世纪50、60年代，国内钢铁生产主要采用模铸工艺，采用炉外精炼的产品不多。 但目前连铸工艺是主流，炉外精炼技术也得到广泛应用。
首先，模铸工艺的低倍检验功能与连铸工艺的低倍检验功能不同。 对于压铸钢锭轧制的钢坯，低倍检验方法可以有效检查缩孔是否完全消除，因为压铸钢锭的缩孔总是在钢锭的头部，并且存在缩孔。压铸件缩孔处会出现钢渣。 如果去除不干净，将会导致产品报废。 连铸缩孔在连铸坯内随机分布，缩孔内不存在钢渣。 它们将在后续的轧制过程中被焊接，不会像压铸中的缩孔那样导致产品报废。 ASTM标准不要求对五类钢材进行低倍检验。 产品标准中没有规定低倍检验，并不意味着钢厂不需要进行低倍检验，而是说明低倍检验的直接目的不是为了控制产品质量，而是为了监控设备和工艺条件。 具体来说，大致可以分为两种情况：一是通过连铸坯的低倍检查来监测连铸设备和工艺条件是否正常。 为此，应检查裂纹、柱状晶、枝晶、等轴晶区、缩孔（中孔）、氩气气泡、针孔、淬火层等，连铸坯应定期检查。 可以指定不同的班次来检查不同的零件。 抽取样品进行检验，如早班抽取头部样品，中班抽取中间样品，夜班抽取尾部样品。 二是对轧制半成品进行低倍检查，监测连铸设备和工艺。 如果采用类似于ASTM E381中连铸产品线性和圆形缺陷的定量评估方法，则可以通过对半成品甚至成品的检验来部分替代连铸坯的检验，从而减少损失和减少成本。成本，同时可以评估轧制质量。 制造设备和工艺是否有问题。 应检查裂纹、缩孔、中心气孔、一般气孔、中心偏析、白色亮带、枝晶、等轴晶、柱状晶、夹渣等。 上述低倍检验并非产品的检验项目，无需对每一炉钢进行检验。
其次，未经炉外精炼工艺的钢与经过炉外精炼工艺的钢在夹杂物含量上也存在差异。 采用炉外精炼工艺生产的钢中硫、氧元素的含量会比没有炉外精炼工艺的钢低很多，夹杂物含量自然也会大大降低。 采用炉外精炼工艺生产的钢材，按未经炉外精炼处理。 从保证产品质量的角度来检验和判断工艺钢的夹杂物指标是不合逻辑的，而且由于钢材国家标准中的夹杂物检验项目和标准参考的是半个世纪前的标准，实际上也是不合理的。用几十年前未精炼的钢的标准来判断现在精炼的钢的纯度。 值得注意的是，虽然有很多实例证明宏观夹杂物会对产品性能产生严重影响，导致产品报废甚至引发事故，但此类夹杂物在钢中随机分布，无法使用常规金相检验方法进行检测。 在样品检验表面检出宏观夹杂物的概率极低，因此常规金相检验方法不仅不能有效检出宏观夹杂物，而且通常会导致检验报告产生误导，将不合格产品判定为合格产品。 常规金相检验方法虽然可以检测出内生夹杂物、显微夹杂物，但目前通过炉外精炼工艺生产的钢中内生夹杂物含量很低，通常不会对钢的常规力学性能产生明显影响。钢。 除轴承钢等少数特殊钢种外，检验夹杂物对产品质量无明显贡献，反而降低生产效率、增加成本。
自20世纪50年代CA出版《体视金相学》以来，国内学者也出版了一系列体视学专着，介绍体视学的理论和方法，使体视学发展成为一门可以通过观察面的学科。 测量和推断金属三维空间情况的理论和方法。 利用体视分析计算可以证明，对于经过炉外精炼且纯净度较好的钢，采用常规金相制样、低倍酸蚀、断裂或塔式分析，在试样表面可发现宏观夹杂物。形检查方法。 概率极小。 即使检验员非常仔细地检查试样的观察面，1炉钢中也会检出宏观夹杂物，而至少999炉含有宏观夹杂物的钢不会检出。 因此，这些检验方法不仅无效，而且还可能误导那些相信检验报告的人（不合格产品被报告为合格产品的概率超过99.9%）。
03.
分析与讨论
从表1标准金相检验项目要求可以看出，ASTM标准规定的检验项目具有针对性，而国标的检验项目并未基于生产技术和产品质量的改进而改进。 JIS 标准反映了日本作为钢铁行业的声誉。 技术强国和出口国的灵活性要求要求的检验项目比ASTM标准还要少钢材力学性能检测标准，但可以通过协议增加买方要求的各种项目。 这不仅可以适应出口美国等国家，也可以满足中国用户和标准的要求。
20世纪50年代、1960年代先后制定了冶金标准和基础钢材国家标准。 当时国内钢铁生产技术还比较落后，控制产品质量的能力较弱。 因此，保证质量的希望就寄托在产品检验上。 在当时的情况下，规定了更多的金相高、低倍检验项目，也是可以理解的。 至少用低倍的方法来检查型钢的缩孔残留物是否已被清除是有效的。 但半个多世纪后的今天，钢铁生产设备、工艺和技术都取得了长足进步，全面质量管理理论已经明确表明产品质量不能靠事后检验来保证。
体视学理论为分析金相高倍和低倍检验方法的有效性提供了理论和方法。 国内钢铁标准的相关技术人员需要对相关标准规定的金相检验项目的合理性和有效性进行审查，在修订时参照相应的国外标准删除无效甚至误导性的检验项目，因为这些检验项目会降低生产效率的提高生产成本，而这种无效成本最终将由生产企业，包括买方来承担。 另一方面，国家标准中的这些不合理规定如果长期得不到纠正，就会暴露出国内标准制修订管理体系的缺陷，暴露出标准制定水平与国际的差距。
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综上所述
国标对钢材金相检验项目要求最多； ASTM标准对金相检验项目要求较少但有针对性； JIS标准对金相检验项目的要求比较灵活，主要由需方和制造商双方商定。 规定。 与国外钢种标准对应的金相检验项目进行对比，采用立体方法分析金相检验项目的合理性和有效性。 发现国内钢铁标准的规定滞后于钢铁生产设备和工艺的技术进步，有必要参照国外相应标准进行修改。
