CN101171511B - 选择高可靠性钢的方法 - Google Patents

Abstract

评价钢在小或中等尺寸夹杂物以及大夹杂物方面的可靠性的方法，以及由该方法得到的高可靠性钢。该方法用于评价钢在夹杂物方面的可靠性，其特征在于用与极值统计分析相结合的显微镜检查法评价最大夹杂物尺寸为约100μm或更小的夹杂物；用在5-25MHz的频率下操作的超声波探伤检测来评价最大夹杂物尺寸为约100μm或更大的夹杂物；并且根据将极值统计分析应用于显微镜检查法的结果所得到的结果和在5-25MHz的频率下操作的超声波探伤检测的结果的组合，来评价钢的可靠性。

Description

选择高可靠性钢的方法

技术领域

本发明涉及钢的可靠性评价方法，以及由这种方法得到的高可靠性钢。更具体的，本发明涉及评价钢的可靠性的方法，其使用与极值统计分析相结合的显微镜检查法和超声波探伤检测(“超声波探伤检测”用作“超声检测”的同义词)，来检测尺寸在几μm到几百μm的夹杂物的存在，还涉及由这种方法得到的高可靠性钢。与极值统计分析相结合的显微镜检查法，通过显微镜观测到的夹杂物的尺寸的统计分析，可以估算钢中的最大夹杂物的尺寸。所述超声波探伤检测以5-25MHz的探测频率探测缺陷。 

背景技术

增大滚动接触疲劳寿命是得到轴承高可靠性的关键。已知轴承寿命受到非金属夹杂物的影响很大。滚动接触疲劳寿命根据要求的可靠性分为两类。一是被称为L₁₀寿命，其用作轴承性能的常规量度，另一个是被称为“短寿命”，其由突然破损决定。具体地，术语“短寿命”定义为轴承过早或早于其计算的寿命破损时的轴承寿命的长度。由于所述L₁₀寿命和短寿命是根据发生在显著不同频率的两个不同类型的破损确定的，这些破损发生频率的差别被认为是由以显著不同的频率发生的夹杂物造成的。因此，必须根据夹杂物的类型或轴承寿命的类型，来为夹杂物评价(可靠性评价)选择合适的检测体积。 

轴承的L₁₀寿命被认为是由小或中等尺寸的夹杂物决定的，特别是尺寸为约100μm或更小(主要是几微米到几十微米)的夹杂物。轴承的短寿命被认为是由尺寸约100μm或更大的大夹杂物决定。因此， 需要建立这样一个系统，它可以评价所述两种类型的夹杂物，因而可以用来定义高可靠性钢。 

传统用于评价钢的清洁度的技术是JIS G0555中说明的为评价钢中的非金属夹杂物设计的显微镜检查法；ASTM E45中说明的为直接观测抛光试件设计的使用显微镜的显微镜检查法；以及酸溶液技术，其中稀释的HNO₃等用来溶解铁基来从钢中提出夹杂物用于观测。 

用于检测钢中的夹杂物的一个常用技术是超声波探伤技术。专利文件1描述了机动压路机轴承的滚动元件，其中在两倍于最大剪切应力的位置的深度或较小的深度处，元件中存在的夹杂物的最大尺寸为200μm或更小。 

专利文件2描述了一种高清洁度钢，其中每100g钢中，由钢的酸溶解探测的20μm或更大的氧化物夹杂物的数量是40或更少。 

专利文件3描述了具有稳定热处理畸变的钢，其中保证每1.0×10⁵ mm³的钢中 

大于100μm的夹杂物的数量是2或更少。 

专利文件4描述了一种技术，其中以6或更高的轧和/或锻比来轧和/或锻钢，并正火或退火钢，然后以5-25MHz的频率使用点聚焦型探针将其进行浸水超声波探伤，来探测钢中的夹杂物。该技术改善了探测精度。 

[专利文件1]日本特开No.2004-144289 

[专利文件2]日本特开No.2001-342512 

[专利文件3]日本特开No.2003-247046 

[专利文件4]日本特开No.2004-93227 

发明内容

本发明所要解决的问题

尽管专利文件1描述的技术针对最大夹杂物尺寸为200μm或更 小的夹杂物，该发明没有提及任何关于基于材料的大夹杂物的评价的内容。 

专利文件2的技术的缺陷在于，尽管该技术对材料中的夹杂物要求一定规格，但由于大夹杂物的评价依赖于酸溶解方法的提取，它只能达到低的可靠性，不能探测B-型夹杂物簇。如JIS G0555中所定义的，B-型夹杂物是具有多个不可变形的角和低纵横比(一般小于3)的(多于三个)黑色或浅蓝色颗粒的聚集体。这些夹杂物沿着变形的方向排列。 

专利文件3和4描述的方法适于评价大夹杂物，但是不适合小或中等尺寸夹杂物的评价。 

该发明旨在解决上述常规问题，因此本发明的目的是提供用于评价钢的可靠性的方法，其可以在可影响钢的疲劳寿命和其它性能的不同夹杂物的全部尺寸范围上测定总的可靠性。 

本发明的另一个目的是通过检测步骤，来提供高度可靠的钢，所述检测步骤可以在可影响钢的疲劳寿命和其它性能的不同夹杂物的全部尺寸范围上测定总的可靠性。 

本发明待解决的问题

因此，本发明提供用于评价钢的可靠性的方法，其特征在于：用与极值统计分析相结合的显微镜检查法评价最大夹杂物尺寸为约100μm或更小的夹杂物；用在5-25MHz的频率下操作的超声波探伤检测来评价最大夹杂物尺寸为约100μm或更大的夹杂物；并且基于将极值统计分析应用于显微镜检查法的结果所得到的结果和在5-25MHz的频率下操作的超声波探伤检测的结果的组合，来评价钢的可靠性。 

本发明还提供了一种高度可靠的钢，其在所含有的夹杂物方面具有高可靠性，借助评价钢的可靠性的评价方法(检测过程)的选择可 得到所述钢，所述检测过程包括用与极值统计分析相结合的显微镜检查法评价最大夹杂物尺寸为约100μm或更小的夹杂物；用在5-25MHz的频率下操作的超声波探伤检测来评价最大夹杂物尺寸为约100μm或更大的夹杂物；并且基于将极值统计分析应用于显微镜检查法的结果所得到的结果和在5-25MHz的频率下操作的超声波探伤检测的结果的组合，来评价钢的可靠性。 

附图说明

图1是阐述在评价重量和要评价的夹杂物的尺寸方面评价不同类型的夹杂物的方案的框图。 

图2是显示最大夹杂物尺寸和滚动接触疲劳寿命的关系的图表，其中最大夹杂物尺寸根据本实施方案评价钢的可靠性的方法由与极值统计分析相结合的显微镜检查法估算。 

图3是显示回波强度与显微镜检查法观测到的大夹杂物的 的关系的图表，其中所述回波强度来自本实施方案评价钢的可靠性的缺陷探测频率为5-25MHz的超声波探伤的大夹杂物。 

图4是根据本实施方案用于超声波探伤检测的试样的剖视图。 

图5A是图4所示的试样的横断面前视图。 

图5B是图4所示的试样的侧视图。 

图6是本实施方案的浸水超声波探伤仪的原理图。 

图7是根据实施例的评价钢的可靠性的方法的流程图。 

图8是表示在本实施例的评价钢的可靠性的方法中，从用于可靠性检测的样品的制备到可靠性评价的过程的表。 

图9是表示根据本实施例的高可靠性钢的一个检测步骤的图表。 

数字标记的描述

10...超声波探伤仪 

11...点聚焦型探针 

12...超声波探伤单元 

13...扫描单元 

14...PC(个人电脑) 

15...可视化单元 

20...试样 

21...评价区 

22...“多孔”区 

23...末端区 

24...非敏感区 

25...外围区 

26...探测区 

B...试样宽度 

D...试样外部尺寸(钢坯的直径) 

WP...水中的距离 

MP...焦深 

F₁...焦点(在试样中) 

F₂...焦点(在水中) 

具体实施方式

现在参照附图详细描述根据本发明的实施方案评价钢的可靠性的方法。 

图1是阐述在评价重量和要评价的夹杂物的尺寸方面评价不同类型的夹杂物的方案的框图。在图1中，评价体积转化为评价重量，并且表的纵轴表示评价重量。 

在图表中，包括观测平面表面的显微镜检查法和包括曲面观测的宏观条痕缺陷检测(Macro-streak-flaw test)的评价体积，由检测表面(为 便于理解设置为10μm)的夹杂物厚度乘以检测表面的检测面积得到。使用下面的公式，对不同尺寸的三种类型的轴承的滚动接触表面下的疲劳体积(fatigue volume)进行估算，并以重量显示在图表中。(疲劳体积)＝(滚动元件与内环间的Hertzian接触面积)×(90％最大剪应力处的深度) 

对于通用球轴承，每个轴承的疲劳体积是1g的数量级，对于铁路轴承是100g，而对于大的轧辊轴承为10kg，变化因子约为10,000。 

因此，用于评价大夹杂物的方法需要不仅能够在宽的粒径范围，还要能够在大的评价体积内评价夹杂物。大体积检测也是必要的，因为如果部件数很大的话，1g的疲劳体积可以累加至1kg的数量级。 

下面以检测体积增大的顺序描述评价夹杂物的不同方法。 

(1)显微镜检查法 

用于评价夹杂物的显微镜技术是根据JIS和ASTM-E45的技术，以及与能够评价增大的体积的极值统计分析结合的技术。与极值统计分析结合的技术的评价体积约为1g，该数量接近于通用球轴承的疲劳体积，而该体积可以根据条件变化。 

(2)总氧分析 

总氧分析是用于长期评价清洁度的相对简单、有效的技术。该技术还用于比较产品质量。尽管含氧量与L₁₀寿命有关，但含氧分析不是直接方法，并且不能提供关于夹杂物尺寸的信息。 

(3)宏观条痕缺陷检测 

该检测(钢的宏观条痕缺陷检测：JIS G0556)的评价面积小，因此在大夹杂物的探测上不实用。 

(4)高频(50MHz)超声波探伤检测 

尽管高频(50MHz)超声波探伤检测可以用作显微镜检查法的替代技术，但它不能提供有关夹杂物的化学组成、尺寸以及形貌的信息。 

(5)超声波疲劳断裂检测 

在超声波疲劳断裂检测中，在超声范围内以高频率使试样达到疲劳，并且可直接观测到暴露在断裂表面并作为断裂源的夹杂物。与大多数耗时的疲劳检测不同，超声波疲劳断裂检测是在10分钟内在20KHz下进行并重复载荷10⁷次。每个试样的检测体积约为40mm³，因此如果检测在20个试样上进行，总检测重量将为6g，并且如果极值统计分析还用于估算10倍的体积，总的检测重量将为60g。超声波疲劳断裂检测的缺陷是它只能在轴向载荷检测中的横截面上评价试样。由于根据真实轴承的疲劳体积的工作过程，金属流可以具有不同的方向，因此为了评价钢的清洁度，还必须在纵向横截面上评价试样。在这方面，超声波疲劳断裂检测与与极值统计分析相结合的显微镜检查法相比，不太受欢迎。 

(6)泥渣提取和酸溶解提取 

尽管泥渣提取和酸溶解提取是测定夹杂物尺寸分布的直接方法，但它的过程耗时。另外，所述两种过程不能适当地评价大体积检测中的B-型夹杂物簇。 

(7)5-25MHz UT 

尽管缺陷探测频率为5-25MHz(下面称为“5-25MHz UT”)的超声波探伤检测在评价钢的可靠性方面是有效的，但是它不是评价有效寿命的有效方法。但是，因为其大的检测体积，所述5-25MHz UT适于探测稀少的大夹杂物。 

本发明人比较了用于评价夹杂物的上述技术的不同组合，发现将对显微镜检查法的极值统计分析和5-25MHz UT(优选15MHz)的结果相结合，是评价尺寸为几μm到几百μm的夹杂物的最有效的方法。 

对显微镜检查法的结果应用极值统计分析可以在约100μm或更小的整个尺寸范围评价微夹杂物。这种方法的评价体积高达1g，该数量与通用球轴承的疲劳体积相当，而评价体积可以根据评价条件变化。与极值统计分析结合的显微镜检查法在评价尺寸为100m或更 小的大的微夹杂物上是有效的，而这些夹杂物决定了滚动接触疲劳寿命。另一方面，稀少的尺寸为100μm或更大的较大夹杂物的尺寸分布与小-和中等尺寸的夹杂物不同，这些大夹杂物不能用与极值统计分析相结合的显微镜检查法评价，而需要大体积检测(kg数量级)。考虑到该技术的探测能力和检测体积，这些尺寸为约100μm或更大的大夹杂物被认为可以用频率为5-25MHz(优选15MHz)的超声波探伤检测有效地评价。通过结合“与极值统计分析结合的显微镜检查法”和超声波探伤检测，可以充分地评价轴承钢的清洁度，作为钢的性能和可靠性的量度。因此，可以在夹杂物的全部尺寸范围上测定钢的总可靠性。因此，在用于炼钢过程的评价中，“与极值统计分析结合的显微镜检查法”和超声波探伤检测的结合便于减少破损的原因。 

本实施方案评价钢的可靠性的方法的特征在于，用显微镜检查法结合极值统计分析评价微观夹杂物(氧化物、硫化物和氮化物)，而用频率为5-25MHz的超声波探伤检测评价大夹杂物。 

图2显示了估算的最大夹杂物尺寸和滚动接触疲劳寿命的关系，其中最大夹杂物尺寸，根据本实施方案评价钢的可靠性的方法由与极值统计分析相结合的显微镜检查法，针对30,000mm²的估算面积S测定。图2中显示的L₁₀寿命是在下面条件下测定的：使用的钢＝JISSUJ2(JIS G 4805)；试样＝Φ60×Φ20×t5.8mm圆盘，通过在垂直于纵向方向上切片钢条制得；硬度＝62HRC；并且试验机＝推进型滚动接触疲劳试验机。 

图2显示了L₁₀寿命与预计的最大 

值的关系，最大 

值即根据滚动接触疲劳寿命和与极值统计分析相结合的显微镜检查法，在氧化物夹杂物、硫化物夹杂物和氮化物夹杂物中预计的最大夹杂物的面积的平方根(预计最大夹杂物尺寸，下面表示为 

max)。 

已经表明各试样的L₁₀寿命与三种类型的夹杂物的最大夹杂物尺寸相关。这表明L₁₀寿命不是由夹杂物的类型决定的，而是由最大夹 杂物尺寸决定。氧化物、硫化物和氮化物的 max评价提供了约100μm或更小的小-到中等尺寸夹杂物(估算的最大夹杂物)的分布的可靠性。 

所述 

值，或者夹杂物面积的平方根一般由  $\sqrt{\mathrm{AREA}}=\sqrt{(A\×B)}$ 决定，其中A是夹杂物的长度，B是夹杂物的宽度，由显微镜检查法测定。宽度(B)的方向垂直于长度(A)的方向。因此 值作为平均尺寸的量度，将夹杂物近似为矩形测定。 

所述 

max值还定义为显微镜视场(例如，100mm²面积)内的最大夹杂物的 值，或者在预计视场中预计的最大夹杂物的 

值。 

我们现在描述用于本发明的与极值统计分析结合的显微镜检查法。在典型的与极值统计分析结合的显微镜检查法的操作中，用显微镜检查法观测选自来自样品(钢产品)的给定试样群的多个试样，来测定各试样中存在的最大夹杂物(由面积的平方根测定)。通过在极值概率纸上绘出最大夹杂物的尺寸图，可以估算给定群或给定体积(或面积)或预测体积(或面积)内的最大夹杂物的尺寸(例如 max)。与评价夹杂物的其它方法相同，与极值统计分析结合的显微镜检查法用于评价批量生产的材料中的夹杂物。在一个特定情况中，观测显微镜的30个不重叠的视场，例如每个具有10mm×10mm的面积(即，标准检测面积＝S₀)，观测每个试样中夹杂物的存在。然后，用极值统计分析来估算 

max指示的评价区域(S＝30,000mm²)的最大夹杂物。L₁₀寿命是(额定)寿命的长度，到该值时10％的试样破损。 

max与L₁₀寿命的关系由经验确定。 

在标准检测面积S0为80mm²或更大，并且估算面积S为30,000mm²时，由与极值统计分析结合的显微镜检查法估算的最大夹杂物尺寸为50μm或更小，这样的样品(钢产品)优选是高度可靠的，因为如图2所示，这种钢的L₁₀寿命达到1×10⁷次循环(cycle)。已经证实1×10⁷ 次循环的L₁₀寿命在不同条件下检测的其它类型的钢中保证了长的寿命。 

在标准检测面积S₀为80mm²或更大，并且估算面积S为30,000mm²时，由与极值统计分析结合的显微镜检查法估算的最大夹杂物尺寸为30μm或更小，这样的样品(钢产品)也优选是高度可靠的，因为如图2所示，这种钢的L₁₀寿命达到1×10⁷次循环(cycle)。已经证实1×10⁷次循环的L₁₀寿命在不同条件下检测的其它类型的钢中保证了长的寿命。 

通过选择标准检测面积S₀为400mm²或更大，可以稳定最大夹杂物尺寸的评价。 

将与极值统计分析结合的显微镜检查法的评价单独地应用于氧化物、硫化物和氮化物夹杂物，因为氧化物、硫化物和氮化物具有不同的尺寸分布，应该单独地评价。这些夹杂物应该单独估算的另一个原因是，在超高纯清洁度钢中，氧化物、硫化物和氮化物夹杂物的最大夹杂物尺寸趋于互相接近，因此如果给定的钢在例如L₁₀寿命方面具有足够的可靠性，传统上仅设计用于评价氧化物的方法不能足够有效地进行测定。 

图3是显示回波强度与显微镜检查法观测到的大夹杂物的 

的关系的图表，其中所述回波强度来自本实施方案评价钢的可靠性的缺陷探测频率为5-25MHz(下面称为“5-25MHz UT”)的超声波探伤的大夹杂物。5-25MHz UT的探测提供了尺寸在100μm数量级或更大的大夹杂物的出现频率的可靠性。 

我们现在从以下方面描述超声波探伤检测的步骤：(1)试样的制备、(2)超声波探伤、以及(3)评价。 

(1)试样的制备 

图4是本实施方案的试样的透视图。图5A是图4所示的试样的横断面前视图。图5B是图4所示的试样的侧视图。 

如图4所示，首先制备轧和/或锻比为6或更高的圆柱形钢坯，来压缩空隙并提高夹杂物的探测准确度。然后将所述钢坯切成预定宽度(B)的短圆柱。然后从圆柱上切下预定高度(H)的块，如图5的实线所示。顺序地将该块研磨(粗加工)、正火或退火，并抛光，来制成具有预定尺寸的试样20。 

评价区域21是不同于“多孔”区域22、外围区域25、非敏感区域24、以及末端区域23的区域。对评价区域21中存在的大夹杂物进行探测和评价。 

(2)超声波探伤 

图6是浸水超声波探伤仪的原理图。由数字标记10标记的浸水超声波探伤仪包括点聚焦型探针11、超声波探伤单元12、扫描单元13、配备有微处理器的个人电脑(PC)14、以及可视化单元15。 

浸水超声波探伤仪10在5-25MHz的频率下操作，并且使用标准试样(JIS Z2345(超声波探伤检测用标准试样)中提到的STB-A22标准试块)来校准灵敏度。对浸水超声波探伤仪10的参考灵敏度进行调整，使标准试样的人为缺陷(

1.5mm平底孔)的最大回波强度具有预定值(约80％)。然后对于探伤，将灵敏度提高特定数量(约20dB)。 

将试样20设置在水箱中，并且向PC14中输入灵敏度、试样表面下的焦点深度、以及探测范围26。然后以预定间距扫描探针11来测定夹杂物的数量、位置和尺寸。 

(3)评价 

在10kg的转化的评价重量中， 

值大于100μm的样品的试样中的大夹杂物的数量小于预定数量的样品(钢产品)被确定为是可接受的。在10kg的转化评价重量中的夹杂物数量是从总评价重量(即，评价范围的总重量×试样数量)中的夹杂物数量转化来的。下文中该术语具有相同的定义)。 

上述实施例使得可以对钢中的大夹杂物进行探测/评价，并因此 可以得到高可靠性钢，其含有很少或不含 

值大于100μm的大夹杂物，这些大夹杂物可以导致滚动解除疲劳寿命的突然减小。 

该实施方案中使用的探伤频率在5-25MHz的范围，因为低于5MHz的频率不能有效探测所需要的大夹杂物，而高于25MHz的频率容易在钢中被削弱，因此不能得到大探伤体积。 

该实施方案中使用的探测系统是浸水超声波探伤系统。这是因为不同于直接接触系统，浸水超声波探伤系统可以在探针扫描时保证稳定的声耦合，几乎不受试样表面的影响，并且可以保证稳定和自动探伤。在该系统中，使用的探针是点聚焦型，因为与平台型和线状焦点型探针相比，点聚焦型探针具有较高的探测能力。 

在焦点处的探伤束的较大的射束直径使探伤的扫描间距可以更大，使测量更快。但是这引起系统探测夹杂物的能力的降低。因此，优选探针在焦点处具有0.5-3mm的射束直径，并且优选使用在深度方向上回波强度为-6dB(更优选-3dB)的聚焦面积(探测区域)，来确保更好的探测能力。 

样品试样的评价区域是一个从外部尺寸D(＝钢坯直径。下文中该术语具有相同的定义)的90％延伸到外面的“多孔”区域的区域。这是因为在中间区域更容易探测到夹杂物。由于“多孔”区域的尺寸可以根据钢的类型和生产条件而变化，所述评价区域优选尽可能延伸到“多孔”区域的边界，来接近夹杂物的实际分布。在本实施例中，“多孔”区域是在40％外部尺寸D之内的区域，其包含试样的中心。数值40％是在假设使用JIS SUJ2(轧和/或锻比＝8.5)的钢坯的情况下测定的，并且可以根据钢的类型变化：对于JIS SCM420(JIS G 4105)(轧和/或锻比＝8.5)中说明的钢坯的外尺寸D，所述孔隙区域是20％；对于JIS S53C(JIS G 4051)(轧和/或锻比＝8.5)中说明的钢坯的外尺寸D，所述孔隙区域是30％。 

本实施方案中使用的总评价重量是10kg，但它可以是kg数量级 的任何数量，其可以保证快速检测，以及高的评价可靠性。 

优选在研磨后将试样正火或退火，得到微细和均匀的微结构并改善它们的机械性能。还优选将试样平面抛光，来进一步降低超声波的传输损失。 

调整5-25MHz UT步骤的灵敏度，使得可以在特定的回波强度探测 

值为100μm的夹杂物。当在高于预定回波强度的回波强度处探测到的夹杂物数量(在来自试样的标本中)为10或更小(在10kg转化的评价体积中)时，认为样品(钢产品)是高度可靠的。优选调整灵敏度，使得可以在特定回波强度探测超声波束的钢内焦点处的

100μm的夹杂物。使用人为缺陷模拟夹杂物，或图3中显示的曲线(校准曲线)来间接校正灵敏度，因为在实践中探测

100μm的夹杂物是困难的。 

根据该步骤，聚集夹杂物、大块夹杂物和其它大夹杂物的出现频率可以由kg数量级的探伤直接测定，其中所述大夹杂物具有不同于小-或中等夹杂物分布的夹杂物分布。在设计重量为kg级或较小数量级的实际部件时，这显著提高了供应材料的可靠性。 

夹杂物的数量优选为2或更小(在10kg的转化评价重量中)，并且更优选为0(在10kg的转化评价重量中)，因为本发明人的评价已表明，当大夹杂物的数量小于上面说明的值时，实际部件的滚动接触表面上大夹杂物的出现频率变小，突然短寿命的频率也变小。 

优选使用超声波束直径在钢内焦点处为0.5-3.0mm，优选0.5-1.5mm的点聚焦型探针，并且水中的焦距在70-180mm的范围内，优选在120-180mm的范围内。还优选，使用超声波探伤的结果的所述评价通过忽略样品试样的“多孔”区域，并使用1-10kg，优选5-10kg的总评价重量来进行。 

太小的射束直径导致可操作性降低，然而太大的射束直径降低测量的准确性。尽管15MHz UT的实际射束直径是1mm，理论上它可 以大至3.0mm。对于15MHz UT，水中的焦距的优选范围确定为70-180mm，因为当水中的焦距是约150mm并且钢内焦深约为20mm时，15MHz UT的探测能力提高。考虑到检测效率和大体积检测的平衡，总评价重量确定为1-10kg。 

我们现在详细描述本发明的高可靠性钢。本实施方案的高度可靠的钢，其在所含有的夹杂物方面具有高可靠性，通过检测步骤选择可得到所述钢，所述检测步骤的特征在于，用与极值统计分析结合的显微镜检查法来评估最大夹杂物尺寸为约100μm或更小的夹杂物；采用频率为5-25MHz的超声波探伤检测评估最大夹杂物尺寸为约100μm或更大的夹杂物；并且基于将极值统计分析应用于显微镜检查法的结果所得到的结果和在5-25MHz的频率下操作的超声波探伤检测的结果的组合，来评价钢的可靠性。 

因为我们已经描述了对用于本实施方案的高可靠性钢，与极值统计分析结合的显微镜检查法的评价、超声波探伤检测的评价、在夹杂物的整个尺寸范围上总可靠性的评价，这里不再重复相同的描述。本实施方案的高可靠性钢是一种其在夹杂物的全部尺寸范围上的总可靠性都被确保的钢。 

在与极值统计分析相结合的显微镜检查法来得到本实施方案的高可靠性钢的操作中，优选地，当标准检测面积为80mm²或更大，估算面积为30,000mm²，极值统计分析估算的最大夹杂物尺寸( 

max)是50μm或更小时，将样品(钢产品)确定为高度可靠的。 

更优选地，在与极值统计分析相结合的显微镜检查法来得到本实施方案的高可靠性钢的操作中，优选地，当标准检测面积为80mm² 或更大，估算面积为30,000mm²，极值统计分析估算的最大夹杂物尺寸( 

max)是30μm或更小时，将样品(钢产品)确定为高度可靠的。 

在与极值统计分析相结合的显微镜检查法来得到本实施方案的 高可靠性钢的操作中，优选地，单独评价氧化物、硫化物和氮化物夹杂物。 

在频率为5-25MHz下，用超声波探伤检测评价来得到本实施方案的高可靠性钢的操作中，优选地，对探伤灵敏度进行调整，使得在预定的回波强度下，可以探测到尺寸为100μm的夹杂物，并且当在转化的10kg的评价重量中，在预定的或更高的回波强度下，探测到的夹杂物数量(在样品的试样中)是10或更小时，将样品(钢产品)确定为高度可靠的。 

更优选地，在5-25MHz的频率下，用超声波探伤检测评价来得到本实施方案的高可靠性钢的操作中，对探伤灵敏度进行调整，使得在预定的回波强度下，可以探测到尺寸为100μm的夹杂物，并且当在转化的10kg的评价重量中，在预定的或更高的回波强度下，探测到的夹杂物数量(在样品的试样中)是2或更小时，将样品(钢产品)确定为高度可靠的。 

进一步优选地，在5-25MHz的频率下，用超声波探伤检测评价来得到本实施方案的高可靠性钢的操作中，对探伤灵敏度进行调整，使得在预定的回波强度下，可以探测到尺寸为100μm的夹杂物，并且当在转化的10kg的评价重量中，在预定的或更高的回波强度下，探测到的夹杂物数量(在样品的试样中)是0时，将样品(钢产品)确定为高度可靠的。 

优选地，在频率为5-25MHz下，用超声波探伤检测评价来得到本实施方案的高可靠性钢的操作中，使用在钢内焦点处超声波束直径为0.5-3.0mm的点聚焦型探针，并且在水中的探针的焦距在70-180mm的范围。还优选，通过忽略样品试样的“多孔”区域，并使用1-10kg的总评价重量来进行使用超声波探伤检测的结果的评价。 

实施例

现在参考实施例，进一步详细地描述根据本发明的实施方案评价钢的可靠性的方法，这些实施例不以任何方式限制本发明的范围。 

图8是表示本实施方案从用于可靠性检测的样品的制备到可靠性评价的过程的表。 

将从垂直连续铸造材料(JIS SUJ2，[0]＜10ppm)中生产的

167mm的钢坯分开，一块用于显微分析，一块用于15MHz UT分析。将用于显微分析的块锻造成

65mm，并从块的中心制备检测块(6块T1-T6，每块尺寸15mm×100mm×10mm)用于显微分析来进行L-表面观测。L-表面的中心区域用显微镜检查法进行观测，其中L-表面优选含有样品的中心轴的外围部分。对6个块中每一个的15mm×100mm表面，在5个不重叠的10mm×10mm(指定为S_0n(总共从S₀₁-S₀₃₀))的视场内用显微镜观测夹杂物的存在。用于15MHz UT分析的试样(用于L-表面观测)也从块中制得。 

这里使用的术语“L-表面”指与产品轧或延伸锻造的方向平行的表面。 

图7是本发明评价钢的可靠性的方法的流程图。 

在步骤101(在图中，每一步由S标明)，标准检测面积S₀＝100mm²，数量S_on＝30，估算面积S＝30,000mm²，用与极值统计分析结合的显微镜检查法评价样品，来确定 

max。该评价中使用的标准是  $\sqrt{\mathrm{AREA}}\max \≤50\mathrm{\μm}.$

在步骤102中，总评价重量为1-10kg，用15MHz UT评价样品。在该步骤中，对在对应于 

值为100μm或更大的回波强度探测到的夹杂物进行计数。将计数转化为10kg评价体积中的夹杂物数量。根据在特定回波强度探测到的夹杂物数量来对试样评级，例如，在80％或更高的回波强度时存在0夹杂物，或在30％或更高的回波强度时存在2个或更少夹杂物。 

可选地，可以根据由15MHz UT分析测定的界限来对样品进行评 级。例如，通过了与极值统计分析结合的显微镜检查法的检测的试样可以评为A、B、C或“不可靠”，其中“高可靠性钢A”对应于由15MHz UT(在10kg评价体积)探测的夹杂物数量为0，“高可靠性钢B”对应于由15MHz UT(在10kg评价体积)探测的夹杂物数量为大于0到2，“高可靠性钢C”对应于由15MHz UT(在10kg评价体积)探测的夹杂物数量为大于2到10，“不可靠钢”对应于由15MHz UT(在10kg评价体积)探测的夹杂物数量为大于10。 

在本实施例中，在预定的或更高的回波强度下(在来自样品的试样的10kg的评价体积中)探测到的夹杂物数量为10或更少的样品(钢产品)确定为高度可靠的。 

应当理解，极值( 

max)的界限也可以为满足用户的要求而改变。 

表1显示了根据本实施例用来评价钢的可靠性的方法的评价结果。 

表1 

在该实施例中， 

max值大于50μm的样品确定为次品。 

max值为50μm或更少的样品，如果由1 5MHz UT探测到的夹杂物数量大于10，确定为次品。如果两个条件中的任何一个都不满足，样品确定为次品。因此，本实施例的方法可以恰当地评价尺寸为约100μm或更小的大的微夹杂物，和尺寸为约100μm或更大的大夹杂物。因此，可以在夹杂物的整个尺寸范围上确定总可靠性。 

现在参照实施例，详细描述根据本发明的实施方案的高可靠性 钢，这些实施例不以任何方式限制本发明的范围。 

图9是表示根据本实施例的高可靠性钢的一个检测步骤的图表。 

将从垂直连续铸造材料(JIS SUJ2，[0]≤10ppm)中生产的

167mm的钢坯先用常规步骤检测内部质量和表面质量(步骤201)。然后，用本实施例用于评价钢的可靠性的方法对钢坯进行检测(步骤202)。步骤202中钢的可靠性的检测步骤与图7中描述的本发明的评价钢的可靠性的方法的流程(步骤101和102)相同。 

仅对通过常规检测(步骤201)的样品进行本实施例的检测(步骤202)。根据两个检测的结果确定出货的合格产品。 

表2显示了通过检测步骤选择高可靠性钢的标准，所述检测步骤进行根据本实施例的钢的可靠性评价。 

表2 

批编号	常规检测步骤的     确定(步骤201)	根据本实施例评价钢的     可靠性的确定(202)	作为高可靠性     钢出货的确定
				1	合格	合格	合格
2	合格	不合格	不合格
				3	不合格	合格	不合格
4	不合格	不合格	不合格

表中的“合格”表明样品通过检测，“不合格”表明样品没有通过检测。如表中所示，本实施例的高可靠性钢不仅用常规检测步骤(步骤201)检测，还根据本实施例评价钢的可靠性的方法的检测步骤(步骤202)来检测，因此，它确定为合格出货的高度可靠产品。 

尽管描述了优选实施方案，但应理解，在不偏离下述权利要求的范围内可以对本发明进行改进和变化。 

Claims (6)

1.选择高可靠性钢的方法，其特征在于

用与极值统计分析相结合的显微镜检查法来评价最大夹杂物尺寸为约100μm或更小的夹杂物；

其中，在与极值统计分析结合的显微镜检查法的操作中，用显微镜检查法观测选自来自样品的给定试样群的多个试样，来测定各试样中存在的最大夹杂物的尺寸，并通过在极值概率纸上绘出最大夹杂物的尺寸，可以估算给定群或给定体积或面积内的最大夹杂物的尺寸；当对80mm²或更大的标准检测面积S₀和30000mm²的估算面积S，由极值统计分析估算的最大夹杂物尺寸为50μm或更小时，由与极值统计分析相结合的显微镜检查法进行评价确定钢是高度可靠的；

用在5-25MHz的频率下操作的超声波探伤检测来评价最大夹杂物尺寸为约100μm或更大的夹杂物的数量；所述超声波探伤检测评价的操作灵敏度，使得在预定的回波强度下可以检测尺寸为100μm的夹杂物，并且当在10kg的转化评价重量中，在预定的或更高的回波强度下探测的夹杂物数量为10或更小时，确定钢是高度可靠的；并且

基于将极值统计分析应用于显微镜检查法的结果所得到的结果和在5-25MHz的频率下操作的超声波探伤检测的结果的组合，来选择高可靠性钢。

2.权利要求1的选择高可靠性钢的方法，其中

当对80mm²或更大的标准检测面积S₀和30000mm²的估算面积S，由极值统计分析估算的最大夹杂物尺寸为30μm或更小时，由与极值统计分析相结合的显微镜检查法进行评价确定钢是高度可靠的。

3.权利要求1或2的选择高可靠性钢的方法，其中

将通过与极值统计分析相结合的显微镜检查法所进行的评价单独应用于氧化物夹杂物、硫化物夹杂物和氮化物夹杂物。

4.权利要求1的选择高可靠性钢的方法，其中

在5-25MHz的频率下进行的超声波探伤检测评价的操作灵敏度，使得在预定的回波强度下可以检测尺寸为100μm的夹杂物，并且

当在10kg的转化评价重量中，在预定的或更高的回波强度下探测的夹杂物数量为2或更小时，确定钢是高度可靠的。

5.权利要求1的选择高可靠性钢的方法，其中

在5-25MHz的频率下进行的超声波探伤检测评价的操作灵敏度，使得在预定的回波强度下可以检测尺寸为100μm的夹杂物，并且

当在10kg的转化评价重量中，在预定的或更高的回波强度下探测的夹杂物数量为0时，确定钢是高度可靠的。

6.权利要求1的方法，其中

在频率为5-25MHz的超声波探伤检测评价的操作中，使用在钢内焦点处超声波束直径为0.5-3.0mm的点聚焦型探针，所述点聚焦型探针在水中的焦距调整到70-180mm，忽略样品试样的“多孔”区域，并且总评价重量为1-10kg。

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