CNS 2910-2008 Microscopic testing method for non-metallic inclusions in steel《钢内非金属介在物之显微镜试验法》.pdf

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1、 1 印月 97 1 月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 77.040.99 G20202910經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 57 11 月 27 日 97 1 月 14 日 (共 38 頁 )鋼內非金屬介在物之 顯微鏡試驗法 Microscopic testing method for non-metallic inclusions in steel 1. 適用範圍：本標準規定以標準圖測量軋延比 3 以上之軋延或鍛造之鋼製品的非金屬介在物（以下簡稱介在物）所需用之顯微鏡試驗方法。 參考： 本試驗方法廣泛用於評定鋼料用途之適用性，但由於受測定

2、者之影響，可能在測定多數試片後，難以得到具再現性之試驗結果，故於使用本試驗方法時，應注意此現象。 本標準亦提供以影像分析技術測定介在物之方法（參考附錄 D） 。 以顯微鏡觀察測量鋼內介在物之種類與數量，並據以判定鋼內清淨度之方法敘述於附錄 1 中。 參考：本標準之標準圖並不適用於某些鋼種（例如：快削鋼） 。 2. 原理：將觀察視野與本標準所定義之標準圖加以比較，並區別各類型介在物；應用影像分析法時，各視野依附錄 D 所顯示之關係評定其等級。 標準圖相當於 100 倍之倍率下觀察縱向截面積為 0.50 mm2之正方形視野，依介在物之形狀與分布情形，標準圖區分為 5 種，主要類型 A、 B、 C、

3、 D 及 DS。此 5 種類型代表了最常被觀察到之介在物類別與形態。 A型（硫化物類）：通常端面較圓，具有高延伸性，為灰色單獨顆粒，顆粒之長寬比值範圍較大。 B型（氧化鋁類）：數量多、不變形、角形，為黑色或藍色沿變形方向排列之顆粒群（ 3 個以上），顆粒之長寬比值較小（通常小於 3）。 C型（矽酸鹽類）：通常端面較尖銳，具有高延伸性，為黑色或暗灰色單獨之顆粒，顆粒之長寬比值範圍較大（通常為 3 以上）。 D型（球形氧化物類）：不變形、角形或圓形，為 黑色或藍色任意散佈之顆粒，顆粒之長寬比值較小（通常小於 3）。 DS 型（單獨球形介在物類）：圓形或接近圓形，直徑 13 m 以上呈單獨存在之顆粒

4、。 較不常見之介在物類型，也可以與前述 5 大類型分別比較其形態，並敘述其化學成分而予以分類評定其等級，例如：球形硫化物分類為 D 型並附以下標字（例如：Dsulf） ，於試驗報告中明白定義，如 DCaS為球形硫化鈣， DReS為球形稀土硫化物，DDup為球形兩相介在物（硫化鈣包氧化鋁） 。 硼化物、碳化物、碳氮化物或氮化物等之析出物時，亦可依其形態，與前述 5 大類型及其化學性質之敘述作一比較而給予分類評定其等級。 5 種主要類型標準圖中，每一種類型可再區分為 2 種之子分類，每一子分類則由 6 個 2 CNS 2910, G 2020 介在物含量遞增之標準構成，子分類之目的僅在列舉介在物不

5、同寬度之顆粒分類。 附錄 A 為以介在物類型區分之標準圖。這些標準圖中以指數代號 i 由 0.5 至 3 遞增表示之，表 1 定義指數 i，代表介在物之長度（ A、 B、 C 型） 、介在物數量（ D 型） 、或介在物直徑（ DS 型） ；於表 2 中則代表介在物寬度增加。例如：標準圖 A2 代表顯微鏡所觀察到之介在物形狀與 A 類型吻合，且其分布及數量與指數代號 2 吻合。 表 1 等級評定（最小值） 介在物類型 標準圖 指數代號 i A 總長度 m B 總長度 mC 總長度 mD 總個數 DS 直徑 m 0.5 37以上 未滿 127 17以上 未滿 77 18以上 未滿 76 1以上 未

6、滿 4 13以上 未滿 19 1 127以上 未滿 261 77以上 未滿 184 76以上 未滿 176 4以上 未滿 9 19以上 未滿 27 1.5 261以上 未滿 436 184以上 未滿 342 176以上 未滿 320 9以上 未滿 16 27以上 未滿 38 2 436以上 未滿 649 342以上 未滿 555 320以上 未滿 510 16以上 未滿 25 38以上 未滿 53 2.5 649以上 未滿 898 555以上 未滿 822 510以上 未滿 746 25以上 未滿 36 53以上 未滿 76 3 898以上 未滿 1181 822以上 未滿 1147746以上

7、 未滿 102936以上 未滿 49 76以上 未滿 107 備考 1. 上述 A、 B、 C 型介在物之長度值係以附錄 D 之公式計算並取最接近之整數值。 2. 超出上表範圍之介在物，依附錄 D 評定其等級。 3 CNS 2910, G 2020 表 2 介在物厚度參數 細系列 厚系列 類型 最小寬度 m 最大寬度 m 最小寬度 m 最大寬度 mA B C D 2以上 2以上 2以上 3以上 4以下 9以下 5以下 8以下 超過 4 超過 9 超過 5 超過 8 未滿 12 未滿 15 未滿 12 未滿 13 備考 1. D 類之最大值定義為直徑。 2. 寬度值為大於厚系列最大寬度以上之介在

8、物則個別記載。 備考： 於執試驗前，為求能辨認較常之介在物別之特徵，可使用 100 倍以上之高倍觀察。 3. 取樣：介在物形狀受鋼材軋延比很大的影響，在進行比較試驗時應採取相同程度變形量之試樣截面進行。 測定介在物含量之試片研磨面約需 200 mm2(20 mm10 mm)，研磨面取樣位置須在製品軋延方向或與鍛造縱軸平行方向，且須位於外表面與中心之中間位置。 取樣方法需於製品規格中定義，或由買賣雙方協議之，但是，對板材而言，被檢面需約在寬度之 1/4 處。 若無法依上述規定採取樣品時，則依如下之方式取樣。 直徑或邊長超過 40 mm 之棒鋼或小鋼胚：被檢面須位於通過中心之截面上且位於外表面與中

9、心之中間處（參照圖 1）。 直徑或邊長超過 25 mm， 40 mm 以下之棒鋼或小鋼胚：被檢面須位於通過中心之直徑截面之半（由中心至表面外緣處）（參照圖 2）。 直徑 25 mm 以下之棒鋼：被檢面須包含整個厚度，長度則以構成被檢面面積約200 mm2為基準（參照圖 3）。 厚度 25 mm 以下之鋼板：寬度方向 1/4 的厚度方向截面，從表面至整個厚度（參照圖 4）。 厚度超過 25 mm， 50 mm 以下之鋼板：寬度方向 1/4 的寬度方向截面，表面和厚度中央位置處（參照圖 5）。 厚度超過 50 mm 之鋼板：被檢面須包含 1/4 個厚度方向截面，位於外表面至厚度中心之中間，及寬度之

10、 1/4 處（參照圖 6）。 試片採取數量依製品規格或特別協定之規定。 其他製品之取樣方法，由買賣雙方協議之。 4 CNS 2910, G 2020 圖 1 直徑或邊長超過 40 mm 之棒鋼或小鋼胚之試片截取法 單位： mm 圖 2 直徑或邊長超過 25 mm， 40 mm 以下之棒鋼或小鋼胚之試片截取法 5 CNS 2910, G 2020 圖 3 直徑 25 mm 以下之棒鋼之試片截取法 圖 4 厚度 25 mm 以下鋼板之試片截取法 圖 5 厚度超過 25 mm， 50 mm 以下鋼板之試片截取法 軋延方向r=寬度 r/4r=寬度 軋延方向 r/4 6 CNS 2910, G 2020

11、 圖 6 厚度超過 50 mm 鋼板之試片截取法 4. 試片之準備：被檢面係切割試片而得，且為獲得平整之表面並避免試片端面被磨圓，試片研磨時須以機械握持或先鑲埋再研磨。 試片研磨時，研磨面須儘可能保持乾淨，以避免影響介在物之形狀，導致介在物脫落、變形或污染研磨面，尤其當介在物較小的時候，更應特別注意。研磨時最好是使用鑽石膏，在某些情形下，研磨前試片可先實施熱處理以儘可能提高其硬度。 5. 介在物之測定 5.1 觀察法：顯微鏡觀察可選用下列二方法之一。 投影於毛玻璃或其他試驗裝置上 由目鏡觀察 觀察法選定後，整個測定過程均須以同一方法實施。 若影像投影於毛玻璃或其他試驗裝置 上，投影倍率須為 (

12、100 2)倍，於投影面之上面或下面置入一邊長為 71 mm（實際視野面積為 0.50 mm2）之正方形透明塑膠板（圖 7），將此正方形視野內之影像與附錄 A 之標準圖比對。 若是以顯微鏡目鏡觀察介在物，於顯微鏡之適當位置放置如圖 7 所示附有測試圖案之標線板，並使視野面積為 0.50 mm2。 備考： 在特殊情況下，可使用 100 倍以上之倍率，並適用於標準圖之比對，但須於試驗報告書上明確記錄。 軋延方向r=寬度 r/4 7 CNS 2910, G 2020 圖 7 格子狀塑膠板或格線板之量測模式 5.2 實際試驗：進行試驗時，依第 5.2.1 節及第 5.2.2 節之規定實施。 5.2.1

13、 試驗方法 A：整個研磨面皆檢測，每一類型介在物對應之細、厚二系列標準圖皆予以比對，並將與最差視野 相當標準圖之指數代號（標示於每一標準圖側邊）記錄。 5.2.2 試驗方法 B：整個研磨面皆檢測，每一類型介在物對應之細、厚二系列標準圖皆予以比對，並將與最佳視野 相當標準圖之指數代號（標示於每一標準圖側邊）記錄。 為使檢驗成本降至最低，可由買 賣雙方協議，經由事先議定之計畫，包括檢測之視野數量與分布位置，亦可測定部分試片而將檢測視野數減少。 5.2.3 試驗方法 A 與試驗方法 B 之共通規定：每一檢測視野皆與標準圖比對，若某一視野之介在物介於 2 標準圖之間，評定其等級為較低之指數代號。 單一

14、介在物長度超過視野範圍 (0.710 mm)或介在物之寬度或直徑超過厚系列之最大值（參照表 2）時，判定其長度、寬度或直徑超限，並將超限之尺度個別記錄，然而，這些介在物仍然包含於該視野整體評定其等級之一部分。 為提升檢測之再現性，可於實際量測時（ A、 B、 C 型介在物時為長度， DS型介在物時為直徑， D 型介在物時為個數），如圖 7 所示使用透明塑膠板或格線板觀察，與表 1、表 2 及附錄 A 各類型標準圖比對，及與第 2 節原理對各類型介在物形態所作敘述之模式化作法而獲致。 較不常見之介在物類別，也可以由附錄 A 之 5 大類型 (A、 B、 C、 D 及 DS）介在物之標準圖中比對介

15、在物最接近 者而予以評定其等級，或決定其總長度、個數、厚度或直徑，並利用表 1、表 2 以決定適當的指數代號及厚度分 8 CNS 2910, G 2020 類（薄、厚、超限）， 並以下標字指明介在物組成類別， 敘明於試驗報告中。 對 A、 B、 C 類型介在物而言，若有長度為 l1、 l2的 2 個單獨介在物在同一直線或不在同一直線上排列，若其間隔 d 為 40 m 以下，且介在物中心之間距離 s 為 10 m 以下時，則視為單一個介在物（參照圖 8 及圖 9）。 相連之介在物若寬度不同，則取最大介在物物之寬度值。 圖 8 A、 C 型介在物 圖 9 型介在物 圖 9 B 型介在物 6. 表示

16、方法：判定之結果，依下述方式表示之。 6.1 一般：除非製品規格另有規定，否則依下列方式表示之。 試驗結果以次為單位，每一試片依介在物每一型、每一厚系別分別評定其等級決定指代號，並以其算術平均表示，本方法與第 5.2 節敘述之方法配合使用。 6.2 試驗方法 A：記每一型與每一厚系其所對應最差之視野的指代號 （照附 B）。 接續於最差視野之介在物類型指數 代號之後者為參考符號，存有厚度尺度超限介在物時以字母 e 表示，其他尺度超限（參照第 5.2.3 節）之介在物時則以字母s 表示。 d40 m s10 m d sl1 l2 l1 l2 d sd40 m s10 m 9 CNS 2910, G

17、 2020 例： A2, B1e, C3, D1, B2s, DS0.5 辨別較不常見之介在物類型所用之下標字，都必須予以明確定義。 6.3 試驗方法 B：於指定的觀察視野數 (N)中，記錄同一指數代號之每一類型介在物與每一厚度系列之合計觀察視野數。 對每一種介在物類型，統計多組相 同指數代號之觀察視野數以代表全體結果方法，可依總合指數 (itot)或平均指數 (imoy)等特殊方法表示，此可由買賣雙方協議決定。 例： A 類介在物 指數代號 0.5 之視野數 n1指數代號 1.0 之視野數 n2指數代號 1.5 之視野數 n3指數代號 2.0 之視野數 n4指數代號 2.5 之視野數 n5指

18、數代號 3.0 之視野數 n6故 itot=(n10.5)+(n21.0)+(n31.5)+(n42.0)+(n52.5)+(n63.0) imoy=Ntoti式中， N 為總觀察視野數。 附錄 C 為一典型之試驗結果範例。 7. 試驗報告書：試驗報告書包含下列項目。 (a) 引用之國家標準，例： CNS 2910 (b) 鋼種及爐號 (c) 製品符號及尺度 (d) 取樣方法與被檢面位置 (e) 選用之方法（觀察方法、試驗方法、標準圖版本、試驗結果表示方法） (f) 若倍率超過 100 倍時，實際使用之放大倍率 (g) 總觀察視野數或總觀察面積 (h) 試驗結果（包括尺度超限之介在物類型、尺度

19、、指數代號） (i) 辨別較不常見之介在物類型所用之下標字之相關敘述 (j) 試驗報告書編號與完成日期 (k) 檢驗者姓名 10 CNS 2910, G 2020 附錄 A （規定） A、 B、 C、 D、 DS 型介在物之標準圖 A (硫化物類系列 ) 薄系列 厚系列 厚度： 2 m 以上， 4 m 以下 最小總長度 厚度：超過 4 m，未滿 12 m 倍率 =100 127 mi=1 i=0.5 37 m 11 CNS 2910, G 2020 倍率 =100 436 mi=2 i=1.5 261 m 12 CNS 2910, G 2020 倍率 =100 898 mi=3 i=2.5 6

20、49 m13 CNS 2910, G 2020 B (氧化鋁類系列 ) 薄系列 厚系列 厚度： 2 m 以上， 9 m 以下 最小總長度 厚度：超過 9 m，未滿 15 m 倍率 =100 77 mi=1 i=0.5 17 m 14 CNS 2910, G 2020 倍率 =100 343 mi=2 i=1.5 184 m 15 CNS 2910, G 2020 倍率 =100 822 mi=3 i=2.5 555 m 16 CNS 2910, G 2020 C (矽酸鹽類系列 ) 薄系列 厚系列 厚度： 2 m 以上， 5 m 以下 最小總長度 厚度：超過 5 m，未滿 12 m 倍率 =1

21、00 76 mi=1 i=0.5 18 m 17 CNS 2910, G 2020 倍率 =100 320 mi=2 i=1.5 176 m 18 CNS 2910, G 2020 倍率 =100 746 mi=3 i=2.5 510 m 19 CNS 2910, G 2020 D (球形氧化物類系列 ) 薄系列 厚系列 厚度： 3 m 以上， 8 m 以下 介在物最少個數 厚度：超過 8 m， 13 m 未滿 倍率 =100 i=1 4 1 i=0.5 20 CNS 2910, G 2020 倍率 =100 i=2 169 i=1.5 21 CNS 2910, G 2020 倍率 =100

22、i=3 3625i=2.5 22 CNS 2910, G 2020 DS (單獨球形介在物類 ) 直徑超過 13 m，未滿 76 m 最小直徑 i=1倍率 =100 19 m13 mi=1i=0.5 23 CNS 2910, G 2020 倍率 =100 i=2 38 m 27 m i=1.5 24 CNS 2910, G 2020 倍率 =100 i=2.5 53 m76 mi=3 25 CNS 2910, G 2020 附錄 B （參考） 觀察視野之評定與尺度超限介在物之評定 B.1 觀察視野之評定例（參照圖 B1） 圖 B1 觀察視野之評定 上左圖所示為一顯微鏡 100 倍之觀察視野，可

23、辨識出 4 種類型之非金屬介在物；依其形狀與分布情形，可確認為以下 4 種類型： A 型，硫化物。 B 型，呈碎裂狀之氧化鋁顆粒。 C 型，矽酸鹽類。 DS 型，單獨球形介在物。 視野中所觀察到之介在物，分別依其每一類型且不考慮其他類型介在物， 以最接近之標準圖比對，得到如下之 指數代號： A2， B2， C1，與 DS2.5。 26 CNS 2910, G 2020 B.2 尺超限介在物之評 定 ( ) 若只有介在物長度超限時，在視野內（試驗方法 B）或 0.710 mm 範圍內（試驗方法 A）之介在物部分的長度將加入同一視野中其他同類型介在物之長度 參照圖B.2(a) 。 若介在物寬度或直

24、徑（ D 型介在物）超限時，該視野應以厚系列標準評定其等級 參照圖 B.2(b) 。 若 D 型介在物個數超過 49，其指數代號可以利用附錄 D 之公式計算。 DS 型介在物直徑超過 0.107 mm，其指數代號可以利用附錄 D 之公式計算。 圖 B.2 尺度超限介在物之視野評定 (a) 介在物僅長度超限時 (b) 介在物寬度或直徑超限時 視野之 評定 依夾雜物總長 L L=0.71+l1+l2+l3並另標示超限長 l4視野之 評定 依夾雜物總長 L L=l1+l2+l3+ l4並另標示超限寬 l4l1l2l3l3l2l1l4l4 27 CNS 2910, G 2020 附錄 C（參考） 典型

25、試驗結果範例 （於指定的觀察視野數中，記錄同一指數代號之每一類型介在物之合計觀察視野數） C1 每一視野依介在物類型區分之指數代號 表 C1 為一試驗結果簡化範例，其中僅列有 20 個觀察視野係為表格之編排，通常，至少須有 100 個觀察視野。 表 C1 試驗結果（指數代號） 介在物類型 A B C D 視野 薄系列 厚系列 薄系列 厚系列 薄系列 厚系列 薄系列 厚系列 DS 1 0.5 1 0.5 2 0.5 0.5 3 0.5 0.5 0.5 0.5 4 1 0.5 1.5 0.5 5 1.5 1 6 1.5 0.5 1 7 1s 1.5 0.5 8 1 1 1 1 9 0.5 0.5

26、0.5 10 0.5 1 0.5 11 1 0.5 0.5 1 12 0.5 13 0.5 1.5 1 14 2 1 15 0.5 16 0.5 1 1 17 0.5 0.5 0.5 1.5 18 1.5 1 19 2 3 0.5 0.5 20 0.5 0.5 C2 依介在物類型之每一指數代號之總視野數 由表 C1 之觀察結果，可計算出每一介在物類型與每一指數代號之總視野數，表C2 為一代表例。 28 CNS 2910, G 2020 表 C2 總視野數 介在物類型 A B C D 指數 薄系列 厚系列 薄系列 厚系列 薄系列 厚系列 薄系列 厚系列 DS 0.5 6 2 5 2 6 4 2

27、2 1 1 2 1 3 2 2 2 1 1 2 1.5 1 0 1 2 1 1 0 0 1 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 2.5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 1 0 0 0 0 0 備考： 介在物長度超出視野範圍或寬度、直徑超出標準本文第 2 節表 1、表 2 所列數值時，須以標準圖評定其等級，並於試驗報告書中分別記錄。 C3 總合指數 (itot)及平均指數 (imoy)之計算 利用表 C2 之總視野數，可以計算各介在物類型之總合指數及平均指數。 C3.1 A 型介在物 (a) 薄系列 itot=(60.5)+(21)+(11.5)+(12)=8.5 imo

28、y=Nitot=205.8=0.425 式中， N 為總觀察視野數。 (b) 厚系列 itot=(20.5)+(11)+(12)=4 imoy=204=0.20 並標示 1s C3.2 B 型介在物 (a) 薄系列 itot=(50.5)+(31)+(11.5)=7 imoy=207=0.35 (b) 厚系列 itot=(20.5)+(21)+(21.5)+(13)=9 imoy=209=0.45 C3.3 C 型介在物 (a) 薄系列 itot=(60.5)+(21)+(11.5)=6.5 imoy=205.6=0.325 29 CNS 2910, G 2020 (b) 厚系列 itot=(

29、40.5)+(21)+(11.5)=5.5 imoy=205.5=0.275 C3.4 D 型介在物 (a) 薄系列 itot=(20.5)+(11)=2 imoy=202=0.10 (b) 厚系列 itot=(20.5)+(21)=3 imoy=203=0.15 C3.5 DS 型介在物 itot=(10.5)+(21)+(11.5)=4 imoy=204=0.20 C4 權重係數：可以利用介在物數量及每一指數代號之權重係數計算整體的清淨度。 表 C3 為各指數代號之權重係數。 表 C3 權重係數 指數代號 i 權重係數 fi0.5 0.05 1 0.1 1.5 0.2 2 0.5 2.5

30、1 3 2 清淨度指數 Ci依下列公式計算： =35.01000iiiiSnfC 式中， fi： 權重係數 ni： 指數代號 i 之觀察視野數 S： 試片上之總觀察面積 (mm2) 30 CNS 2910, G 2020 附錄 D （參考） 標準圖指數與介在物量測值之關係 標準圖指數與 A、 B、 C、 D、 DS 型介在物量測值長度、直徑（單位： m）或視野數）之關係顯示於圖 D1 D5， D1 及 D2 所列公式可用於由量測值計算指數代號，或由標準圖指數代號計算介在物量測值，例如：標準圖指數代號超過 3 時之計算。 D1 由量測值計算指數代號 A 型硫化物類，長度（ L，單位： m）： 1

31、79.1)log(5605.0)log( = Li B 型氧化鋁類，長度（ L，單位： m）： 871.0)log(4626.0)log( = Li C 型矽酸鹽類，長度（ L，單位： m）： 904.0)log(4807.0)log( = Li D 型球形氧化物類，每一視野之個數 (n)： 301.0)log(5.0)log( = ni DS 型單獨球形氧化物類，直徑（ d，單位： m）： 22.3)log(311.3 = di DS 型除外，其他型之介在物之指數代號可由計算其反對數之值而得。 D2 由指數代號計算介在物量測值 A 型硫化物類，長度（ L，單位： m）： 104.2)log(784.1)log( += iL B 型氧化鋁類，長度（ L，單位： m）： 884.1)log(1616.2)log( += iL C 型矽酸鹽類，長度（ L，單位： m）： 88.1)log(08.2)log( += iL D 型球形氧化物類，每一視野之個量 (n)： += 602.0)log(2)log( in DS 型單獨球形氧化物類，直徑（ d，單位： m）： 972.0302.0)log( += id 由計算其反對數之值，即可得介在物之量測值。 上述之線性回歸方程式， R2值皆高於 0.9999。