鋼鐵作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要原材料，我國的產(chǎn)量和用量都是世界上最高的。為了保證鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量，會對產(chǎn)品規(guī)定一些檢驗分析的指標(biāo)和要求。對比國內(nèi)和國外鋼鐵產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)會發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)對金相檢驗項目的要求比國外標(biāo)準(zhǔn)的多，很多鋼鐵產(chǎn)業(yè)成熟的國家其標(biāo)準(zhǔn)不將金相檢驗作為要求項目，而是作為協(xié)議項目，而國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)都將其作為要求項目。針對此現(xiàn)象，來自上海寶鋼工業(yè)技術(shù)服務(wù)有限公司的李和平以碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、彈簧鋼和冷作模具鋼為例，對比了國標(biāo)與美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)和日本JIS標(biāo)準(zhǔn)對其金相檢驗項目的要求，并分析了出現(xiàn)這種差別的原因。

01.國內(nèi)外鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)對金相檢驗項目要求對比

國內(nèi)外鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)對于碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、彈簧鋼和冷作模具鋼的金相檢驗項目的要求不同，將國內(nèi)GB/T 699-2015《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》、GB/T 3077-2015《合金結(jié)構(gòu)鋼》、GB/T 18254-2016《高碳鉻軸承鋼》、GB/T 1222-2016《彈簧鋼》、GB/T 1299-2014《工模具鋼》對金相檢驗項目的要求與美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)對金相檢驗項目的要求進行對比分析，不同標(biāo)準(zhǔn)的具體要求如表1所示。

表1 國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對金相檢驗項目的要求

對于碳素結(jié)構(gòu)鋼，國標(biāo)要求檢驗低倍組織、夾雜物、脫碳；ASTM標(biāo)準(zhǔn)僅要求檢驗晶粒度，而且晶粒度是指后續(xù)熱處理過程中的奧氏體晶粒度，對于無需做后續(xù)熱處理的鋼材則無需檢驗晶粒度，對于要求細(xì)晶粒的鋼種，如果鋼中鋁元素含量不低于0.020%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)或酸中溶解鋁元素含量不低于0.015%則不需要檢驗晶粒度而認(rèn)為晶粒度合格；JIS標(biāo)準(zhǔn)對于金相檢驗項目和合格限都由買方與制造方協(xié)議規(guī)定(包括脫碳、夾雜物、晶粒度、顯微組織、低倍、塔形或藍(lán)脆斷口檢驗)。對于合金結(jié)構(gòu)鋼，國標(biāo)要求檢驗低倍組織并根據(jù)買方要求檢驗脫碳、夾雜物，還可協(xié)議規(guī)定晶粒度、塔形、顯微組織等檢驗項目；ASTM標(biāo)準(zhǔn)僅要求檢驗晶粒度，而且是在協(xié)議有規(guī)定時才檢驗；JIS標(biāo)準(zhǔn)對于金相檢驗項目和合格限都由買方與制造方協(xié)議規(guī)定(包括脫碳、夾雜物、晶粒度、顯微組織、低倍、塔形或藍(lán)脆斷口檢驗)。對于軸承鋼，國標(biāo)要求檢驗低倍組織、斷口、夾雜物、顯微孔隙、顯微組織、脫碳；ASTM標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗夾雜物、脫碳、顯微組織、晶粒度(840℃淬火晶粒度)，買方可附加低倍等其他檢驗要求；JIS標(biāo)準(zhǔn)則寫明檢驗脫碳、顯微組織、夾雜物，買方與制造方還可以協(xié)議約定低倍組織檢驗。對于彈簧鋼，國標(biāo)要求檢驗低倍組織、脫碳、夾雜物(常規(guī)法)；ASTM標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗脫碳、夾雜物(只注重不變形夾雜物的寬度及是否靠近表面，不推薦采用常規(guī)夾雜物評定方法)；JIS標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗脫碳，并寫明買方事前與制造方協(xié)議檢查項目、試驗方法及合格限，可選的金相檢驗項目有晶粒度、低倍組織、非金屬夾雜物、塔形或藍(lán)脆斷口、脫碳。對于冷作模具鋼，國標(biāo)要求檢驗低倍組織、顯微組織、共晶碳化物、脫碳；ASTM標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗低倍組織、脫碳，特殊情況下可以協(xié)議增加夾雜物檢驗并約定合格限；JIS標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗脫碳，且買方與制造方可以協(xié)議增加非金屬夾雜物、顯微組織和低倍檢驗及合格限。

通過對比國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對5種鋼鐵材料金相檢驗項目的要求，可見國標(biāo)的要求是最多的，ASTM標(biāo)準(zhǔn)的要求少但是有針對性，較合理，JIS標(biāo)準(zhǔn)對金相檢驗項目的要求彈性最大，主要由買方與制造方協(xié)議規(guī)定。

02.國標(biāo)對金相檢驗項目要求分析

為查明不同國家的鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)為什么會有這樣顯著的差別，首先查閱了相關(guān)的國標(biāo)對金相檢驗要求的演變歷史。GB 699-1965《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號和一般技術(shù)條件》中規(guī)定的金相檢驗項目有斷口、低倍組織、脫碳、夾雜物、顯微組織、淬透性及晶粒度，比現(xiàn)行的GB/T 699-2015要求的項目還要多。可見國標(biāo)要求金相檢驗項目多是制定標(biāo)準(zhǔn)的習(xí)慣造成的，幾十年來，雖然國標(biāo)經(jīng)過多次修訂，要求的金相檢驗項目有所減少，有的標(biāo)準(zhǔn)對于某些項目注明了制造方能夠保證質(zhì)量的情況下可以不檢，如GB/T 18254-2016中規(guī)定“供方若能保證退火斷口合格，可不進行檢驗”，GB/T 1222-2016中規(guī)定“如供方能保證低倍組織合格，可采用超聲波檢驗法或其他無損探傷法代替酸浸低倍檢驗”。說明有一些專家認(rèn)識到國標(biāo)中規(guī)定的一些金相檢驗項目是不合理的，其對保證產(chǎn)品的質(zhì)量效果不明顯，反而降低了生產(chǎn)效率，提高了成本。可是因為還有很多專家認(rèn)為多一些金相檢驗項目雖然會對生產(chǎn)效率和成本造成一些損失，但可以更好地保證產(chǎn)品質(zhì)量，而反對減少金相檢驗項目，使得國標(biāo)目前仍然保留著一些不合理的金相檢驗項目。

要分析國標(biāo)中的一些金相檢驗項目是否合理、有效，一方面需要分析從20世紀(jì)50~60年代開始制定鋼鐵產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)(冶標(biāo)和國標(biāo))到現(xiàn)階段鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備、工藝、技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量水平發(fā)生的變化，另一方面需要通過近幾十年發(fā)展起來的體視學(xué)理論和方法分析這些檢驗項目是否能有效保證產(chǎn)品質(zhì)量。20世紀(jì)50~60年代，國內(nèi)的鋼鐵生產(chǎn)主要采用模鑄工藝，采用爐外精煉的產(chǎn)品也不多，而目前連鑄工藝是主流，爐外精煉技術(shù)也已被廣泛采用。

首先模鑄工藝的低倍檢驗作用與連鑄工藝的不同。對于模鑄鋼錠軋制的鋼坯，低倍檢驗方法可以有效檢驗縮孔是否切除干凈，因為模鑄鋼錠的縮孔總是在鋼錠的頭部，模鑄的縮孔中會有鋼渣，如果未能切除干凈會導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。而連鑄的縮孔在連鑄坯中的位置是隨機的，且縮孔中沒有鋼渣，在后續(xù)的軋制過程中會焊合，不會像模鑄縮孔那樣導(dǎo)致產(chǎn)品報廢。ASTM標(biāo)準(zhǔn)對5類鋼鐵產(chǎn)品都沒有要求低倍檢驗。產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中不規(guī)定低倍檢驗并不意味著鋼廠不需要做低倍檢驗，而是表明低倍檢驗的直接目的不是控制產(chǎn)品質(zhì)量，而是監(jiān)測設(shè)備和工藝狀況。具體來說大致可分為兩種情況：一是通過連鑄坯低倍檢驗監(jiān)測連鑄設(shè)備和工藝狀況是否正常。為此，應(yīng)檢驗裂紋、柱狀晶、枝狀晶、等軸晶區(qū)、縮孔(中孔)、氬氣泡、針孔、急冷層，定期對連鑄坯進行抽檢，可規(guī)定不同班次對不同部位取樣進行檢驗，如早班取頭部樣，中班取中部樣，夜班取尾部樣。二是對經(jīng)過軋制的半成品坯進行低倍檢驗，以對連鑄設(shè)備和工藝進行監(jiān)測。如果采用類似于ASTM E381中對連鑄產(chǎn)品的線性和圓形缺陷采用的定量評定方法，可以通過在半成品甚至成品上的檢驗來部分代替連鑄坯檢驗，從而降低損耗和成本，同時可評估軋制設(shè)備和工藝是否有問題。應(yīng)檢驗裂紋、縮孔、中心疏松、一般疏松、中心偏析、白亮帶、樹枝晶、等軸晶、柱狀晶、夾渣。上述低倍檢驗不是產(chǎn)品的檢驗項目，不需要每爐鋼都進行檢驗。

其次沒有爐外精煉工序的鋼與有爐外精煉工序的鋼中夾雜物含量也有差別。有爐外精煉工序生產(chǎn)的鋼中硫和氧元素含量會遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于沒有爐外精煉工序鋼的，夾雜物含量自然會大幅度降低，對于采用爐外精煉工序生產(chǎn)的鋼按照沒有爐外精煉工序鋼的夾雜物指標(biāo)進行檢驗和評判，從保證產(chǎn)品質(zhì)量的角度來看顯得比較不合邏輯，且因為鋼鐵產(chǎn)品的國標(biāo)中夾雜物檢驗項目和判據(jù)參考的是半個世紀(jì)前的標(biāo)準(zhǔn)，實際上是用幾十年前不經(jīng)精煉的鋼的標(biāo)準(zhǔn)評判現(xiàn)在經(jīng)過精煉鋼的純凈度，同樣比較不合理。值得注意的是雖然有很多實例證明宏觀夾雜物能夠給產(chǎn)品性能造成嚴(yán)重影響，會造成產(chǎn)品報廢甚至引發(fā)事故，但是這種夾雜物是隨機分布在鋼材中的，采用常規(guī)的金相檢驗方法在試樣檢驗表面發(fā)現(xiàn)的概率極低，所以常規(guī)金相檢驗方法檢驗宏觀夾雜物不僅無效，而且通常會得到將不合格產(chǎn)品判為合格的誤導(dǎo)性檢測報告；常規(guī)金相檢驗方法雖然能夠檢出內(nèi)生的顯微夾雜物，但是現(xiàn)在經(jīng)過爐外精煉工序生產(chǎn)的鋼材中內(nèi)生夾雜物含量已經(jīng)很低，通常不會對鋼材的常規(guī)力學(xué)性能產(chǎn)生顯著影響，除了軸承鋼等少數(shù)特殊鋼種外，檢驗夾雜物對于產(chǎn)品質(zhì)量沒有明顯的貢獻(xiàn)，卻降低了生產(chǎn)效率、增加了成本。

自20世紀(jì)50年代SALTYKOV C A發(fā)表了《體視金相學(xué)》后，國內(nèi)學(xué)者也發(fā)表了一系列體視學(xué)專著，介紹了體視學(xué)的理論和方法，使得體視學(xué)發(fā)展成為一門能夠通過觀測面的測量推算金屬立體空間中情況的理論和方法。采用體視學(xué)方法分析計算可以證明，對于經(jīng)爐外精煉、純凈度好的鋼材，采用常規(guī)金相制樣、低倍酸蝕、斷口或者塔形檢驗方法能夠在試樣表面發(fā)現(xiàn)宏觀夾雜物的概率極小 ，即使檢驗人員非常認(rèn)真地檢驗試樣觀測面，也會在檢出1爐鋼的宏觀夾雜物的同時至少會伴隨著999爐有宏觀夾雜物的鋼未能檢出，所以這些檢驗方法不僅是無效的，還可能會給相信檢測報告的人造成誤導(dǎo)(不合格產(chǎn)品被報告為合格產(chǎn)品的概率超過99.9%)。

03.分析與討論

由表1中標(biāo)準(zhǔn)的金相檢驗項目要求可以看出，ASTM 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢驗項目具有針對性，國標(biāo)的檢驗項目則沒有根據(jù)生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量的提高而進行改進，JIS標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)了日本作為鋼鐵技術(shù)強國和出口大國的彈性，其規(guī)定的必檢項目甚至比ASTM標(biāo)準(zhǔn)的還少，但是可以通過協(xié)議添加買方要求的各種項目。這樣既可以適應(yīng)向美國等國家出口，又可滿足中國用戶和標(biāo)準(zhǔn)的要求。

基礎(chǔ)鋼鐵產(chǎn)品的冶標(biāo)和國標(biāo)是在20世紀(jì)50~60年代陸續(xù)制定出來的，當(dāng)時國內(nèi)的鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)還比較落后，對產(chǎn)品質(zhì)量的控制能力較弱，因此把保證質(zhì)量的希望寄托在產(chǎn)品檢驗上，在當(dāng)時的情況下規(guī)定較多的金相高、低倍檢驗項目是可以理解的，至少采用低倍方法來檢驗?zāi)ｈT鋼縮孔殘余是否被切除干凈是有效的。但是半個多世紀(jì)之后的今天，鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備、工藝和技術(shù)已經(jīng)有了巨大的進步，全面質(zhì)量管理的理論已經(jīng)明確了產(chǎn)品質(zhì)量不能靠事后檢驗來保證。

體視學(xué)理論提供了分析金相高、低倍檢驗方法有效性的理論和方法。國內(nèi)鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)技術(shù)人員需要審視相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的金相檢驗項目的合理性和有效性，并在修訂的時候參照國外相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)刪除無效的、甚至?xí)`導(dǎo)的檢驗項目，因為這些檢驗項目會降低生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)成本，而這種無效的成本最終是要由生產(chǎn)企業(yè)包括買方來承擔(dān)的。另一方面，國標(biāo)中的這些不合理規(guī)定長期得不到糾正，會暴露出國內(nèi)在標(biāo)準(zhǔn)制、修訂管理體制方面的缺陷，在國際上顯示出標(biāo)準(zhǔn)制定水平的差距。

04.結(jié)論

國標(biāo)對于鋼鐵產(chǎn)品金相檢驗項目的要求是最多的；ASTM標(biāo)準(zhǔn)對金相檢驗項目的要求較少但是具有針對性；JIS標(biāo)準(zhǔn)對金相檢驗項目的要求彈性較大，主要由買方與制造方協(xié)議規(guī)定。對照國外標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)鋼種的金相檢驗項目，采用體視學(xué)方法對金相檢驗項目的合理性和有效性進行分析，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定已落后于鋼鐵生產(chǎn)設(shè)備和工藝的技術(shù)進步，需要參照國外相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)進行修改。