CN1652133A - 钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法 - Google Patents

Abstract

一种钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法，属材料金相检测技术领域，用于解决多国标准评定结果之间的相互转换。其技术方案是：将金相显微镜、自动载物台与摄像机、计算机连接，将采集的试样图像送入计算机进行分析处理；将不同标准的评定方法程序输入计算机；由计算机根据程序对同一组夹杂物图像应用不同标准进行重复测量，分别得出测量结果；采用统计回归的方法，建立不同标准间的转换数学模型，找出实际样品各国标准之间的回归方程；编制计算机程序并存入计算机。这样，在以后钢中夹杂物评定时，即可根据用户需要自动在各国标准间实现转换了。

Description

钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法

技术领域

本发明涉及一种钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法，属于材料金相检测技术领域。

背景技术

夹杂物含量是钢洁净度的标志。钢中夹杂物的数量、尺寸、类型、分布显著影响钢的性能。夹杂物对钢性能的影响是相当复杂的，试图用一个统一的定义来描述钢中夹杂物的含量，进而研究夹杂物对钢各种性能的影响是很困难的。一般考虑夹杂物含量有以下几种描述：

①夹杂物面积的百分含量：考虑夹杂物的个数和尺寸，以夹杂物的面积占总面积的百分数作为夹杂物的含量和钢的洁净度指标；

②夹杂物当量面密度：综合考虑夹杂物的数量、尺寸影响，以单位面积上当量直径为B(一般取B＝4μm)的夹杂物个数作为夹杂物指数，评价钢的洁净度；

③夹杂物尺寸分布：包括夹杂物尺寸分布直方图和各视场最大夹杂物尺寸分布直方图，及夹杂物尺寸统计值(最大、最小、平均、各尺寸级别所占频次百分含量)；

④夹杂物级别：依据不同国家夹杂物标准对夹杂物进行评级，给出大量视场(N≥60)统计结果作为夹杂物的含量指标；

⑤夹杂物特征指数：依据德国DIN50602标准，引入“有害因子”评价夹杂物含量，分别给S化物和O化物评价指数。

目前，各国标准在夹杂物的评价体系、测量项目、所用阈值方面存在较大差异，很难找出各标准之间的内在联系，因此难以用一个统一的模型进行转换。另外，关于各国标准间的转换，也不象不同硬度表示方法之间那样有大量试验数据作支持，因此也无法用数理统计的方法找出其对应关系。

在各种检验标准中，主要有中国GB10561(国家标准)、ASTM E45(美国标准)、JIS G0555(日本标准)、DIN50602(德国标准)和ISO4967(国际标准)等金相测量标准，这些标准代表了当今世界夹杂物检验标准的最高水平。

下面分别针对各不同检验标准，说明其测量内容：

1.日本标准JIS G0555，要测量的参数是面积，再求出面积百分比。面积的计算就是其象素数乘以每象素代表的面积的比例系数即可，而计算面积百分比，又可把比例系数抵消，因此，只需要计算出分割对象的象素数与视场图象的总象素数比值即可。

2.中国标准GB10561，要测量每一类夹杂物的总长度、平均宽度以及每类夹杂物的个体数量，作为评级的依据。

3.美国标准ASTM E45，测量项目与GB10561相同，但其评级的参数分段有所不同。

4.国际标准ISO4967，测量项目与GB10561相同，评级的参数分段不同。

5.德国标准DIN50602，测量项目与GB10561相同，然后使用这些参数求出夹杂物的尺寸系数，用于最后计算特征值。

对于夹杂物的个体几何参数测量，我们考虑了包括面积、等积圆直径等常用参数和一些高度专业化的参数，并依据定量描述公式将这些基本参数转化成各种夹杂物数量和分布信息，用于不同应用场合的洁净度评价。

对于与检测标准相对应的非金属夹杂物的参数测量，就需要根据相应的金相检验标准进行。由于不同的标准有不同的测量参数要求，要根据不同的测量要求，选择不同的测量参数，进行相应的测量。因此使测量工作复杂、烦琐。特别是关于钢中非金属夹杂物显微评定方法各国标准之间无可比性的技术难题，妨碍了实现国际先进的夹杂物检验标准之间方便选用和进行相互转换，不利于促进国际技术交流和推动企业国际化、现代化的进程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种对钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法，以解决现有技术钢中非金属夹杂物显微评定方法各国标准之间无可比性的技术难题，从而方便地实现国际先进的夹杂物检验标准之间的相互转换。

解决上述问题的技术方案是：

一种钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法，它采用以下步骤进行：

a.将金相显微镜、自动载物台与摄像机、计算机连接，由摄像机将金相显微镜采集的试样图像送入计算机进行分析处理；

b.将不同标准的评定方法数值化并编制成计算机程序输入计算机；

c.由计算机根据程序对同一组夹杂物图像应用不同标准进行重复测量，分别得出测量结果；

d.采用对同一组夹杂物图像分析结果统计回归的方法，建立实际样品各国标准之间的转换数学模型；

e.根据上述模型，编制计算机分析程序；

f.将编制好的程序存入计算机，计算机依据用户指令在进行钢中夹杂物评定中自动在不同标准间实现转换。

上述钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法，所述钢中夹杂物定量参数为夹杂物面积百分含量，夹杂物当量面密度，夹杂物尺寸分布，夹杂物级别和夹杂物特征指数。

上述钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法，所述钢中夹杂物面积百分含量的计算公式为：

              (d％)＝π/4∑d_i ²/·N·S

式中d_i——夹杂物等积园直径/μm，

    S——单个视场面积/μm²，

    N——视场数(N≥60)。

上述钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法，所述钢中夹杂物当量面密度的计算公式为：

$I=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(d_i\·n_i)/(S\·N\·B)$

式中：I——单位面积上当量直径为B的夹杂物个数，单位为个/mm²，B——夹杂物的当量直径(可根据需要自行设定，如：B＝4μm)，d_i——不同尺寸级别夹杂物的平均直径，单位为μm，n_i——各尺寸级别的夹杂物个数，单位为个，S——视场面积，单位为m²，N——视场数(N≥60)。

采用这种方法，实现了钢中非金属夹杂物多国标准评定结果的相互转换，突破了钢中非金属夹杂物显微评定方法各国标准之间无可比性的技术难题，实现了国际先进的夹杂物检验标准之间方便选用和进行相互转换。有利于促进国际交流，推动企业国际化、现代化的进程。

附图说明

图1是本发明的工作流程图。

具体实施方式

根据对钢中夹杂物研究的实际需求，本发明要解决的技术问题是：1.在分析结果中要能直接给出不同定义的夹杂物含量定量结果，同时提供丰富的夹杂物参数统计数据；2.分析软件中要包含多种国际权威夹杂物检验标准，各国标准评定结果可以相互转换。

要解决上述技术问题，首先要考虑夹杂物的定量表征，内容如下：

夹杂物对钢性能的影响是相当复杂的，试图用一个统一的定义来描述钢中夹杂物的含量，进而研究夹杂物对钢各种性能影响，是比较困难的。但在不同的应用目的和场合，夹杂物含量也有如下不同的数学描述。

①夹杂物面积百分含量：考虑夹杂物的个数和尺寸，以夹杂物的面积占总面积的百分数作为夹杂物的含量和钢的洁净度指标：

               (d％)＝π/4∑d_i ²/·N·S

式中d_i——夹杂物等积园直径/μm

    S——单个视场面积/μm²

    N——视场数(N≥60)

②夹杂物当量面密度：综合考虑夹杂物的数量、尺寸影响，以单位面积上当量直径为B(可自行设定，一般取B＝4μm)的夹杂物个数作为夹杂物指数，评价钢的洁净度；

$I=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(d_i\·n_i)/(S\·N\·B)$

式中：I——单位面积上当量直径为B的夹杂物个数，个/mm²

      B——夹杂物的当量直径(取B＝4μm)

      d_i——不同尺寸级别夹杂物的平均直径，μm

      n_i——各尺寸级别的夹杂物个数，个

      S——视场面积，mm²

      N——视场数(N≥60)

③夹杂物尺寸分布：包括夹杂物尺寸分布直方图和各视场最大夹杂物尺寸分布直方图，及夹杂物尺寸统计值(最大、最小、平均、各尺寸组分布范围所占频次百分含量)。

④夹杂物级别：依据相关标准按类型对夹杂物进行评级，给出大量视场(N≥60)统计结果作为夹杂物的含量指标；

⑤夹杂物特征指数：依据DIN50602标准，引入“有害因子”评价夹杂物含量，分别给出S化物和O化物评价指数。

分析研究发现，各国标准在夹杂物的评价体系、测量项目、所用阈值方面存在较大差异，很难找出各标准之间的内在联系，因此难以用一个统一的模型进行转换。另外，关于各国标准间的转换，也不象不同硬度表示方法之间那样有大量试验数据作支持，因此也无法通过数理统计的方法找出其对应关系。

本发明为解决钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换问题，采取了较为简便的方法——重复测量法。即每次对同一组夹杂物图像应用不同标准进行重复测量，分别得出测量结果。从理论上讲，这样所做转换误差为零，而这一工作对现代计算机比较容易实现。

采用这种方法的步骤如下：

1.将金相显微镜、自动载物台与摄像机、计算机连接，由摄像机将金相显微镜采集的试样图像送入计算机进行分析处理；

2.将不同标准的评定方法程序输入计算机；

3.由计算机根据程序对同一组夹杂物图像应用不同标准进行重复测量，分别得出测量结果；

4.采用对实际样品统计回归的方法，建立不同标准间的转换数学模型；

5.根据上述模型，编制计算机程序软件；

6.将编制好的软件装入计算机，计算机在以后的钢中夹杂物评定中可以自动在各国标准间实现转换。

在非金属夹杂物的测量中，有两个不同的方面，一个是所有夹杂物的单颗粒几何参数测量，用于进行夹杂物的总体统计；一个是根据不同的检验标准进行的特定参数测量，用于相应标准的分类评级。

对于夹杂物的个体几何参数测量，我们考虑了包括面积、等积圆直径等常用参数和一些高度专业化的参数，并将这些基本参数转化成各种夹杂物数量和分布信息，用于不同应用场合的洁净度评价。

对于与检测标准相对应的非金属夹杂物的参数测量，我们要参照相应的金相检验标准进行，对于不同的标准有不同的测量要求，要根据不同的测量要求，选择不同的测量方法，进行相应的测量。

在各种检验标准中，可选择中国GB10561、美国ASTM E45、日本JISG0555、德国DIN50602和国际标准化组织ISO4967等金相测量标准，这主要是为了适应当前的发展趋向，因为这些标准代表了当今世界夹杂物检验标准的最高水平，采用相应标准有利于提高企业的技术和产品质量水平，使产品更具有国际竞争力。同时，把这几种检验标准方法综合到一起，有利于分析比较，实现各国标准评定结果间的相互转换，解决了钢材检测中夹杂物检测项目无国际间通用方法带来的困难。当然，也可使用本发明方法进行其它标准测量结果之间的转换。

下面分别针对各不同检验标准，说明其测量内容：

1.日本标准JIS G0555，要测量的参数是面积，再求出面积百分比。前面已经说明，面积的计算就是其象素数乘以每象素代表的面积的比例系数即可，而计算面积百分比，又可把比例系数抵消，因此，只需要计算出分割对象的象素数与视场图象的总象素数比值即可。

2.国家标准GB10561，要测量每一类夹杂物的总长度、平均宽度以及每类夹杂物的个体数量，作为评级的依据。

3.美国标准ASTM E45，测量项目与国家标准相同，但其评级的参数分段有所不同。

4.国际标准ISO4967，测量项目与国家标准相同，评级的参数分段不同。

5.德国标准DIN50602，测量项目与国家标准相同，然后使用这些参数求出夹杂物的尺寸系数，用于最后计算特征值。

由上述说明中可见，除日标不同之外，其它标准的测量项目基本一致，只是最后评定的时候所使用的阈值不同，因此在进行参数测量过程中可以使用相同的算法实现。

Claims (4)

1.一种钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法，其特征在于：它采用以下步骤进行：

a.将金相显微镜、自动载物台与摄像机、计算机连接，由摄像机将金相显微镜采集的试样图像送入计算机进行分析处理；

b.将不同标准的评定方法数值化并编制成计算机程序输入计算机；

c.由计算机根据程序对同一组夹杂物图像应用不同标准进行重复测量，分别得出测量结果；

d.采用对同一组夹杂物图像分析结果统计回归的方法，建立实际样品各国标准之间的转换数学模型；

e.根据上述模型，编制计算机分析程序；

f.将编制好的程序存入计算机，计算机依据用户指令在进行钢中夹杂物评定中自动在不同标准间实现转换。

2.根据权利要求1所述之钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法，其特征在于，所述钢中夹杂物参数为夹杂物面积百分含量、夹杂物当量面密度、夹杂物尺寸分布、夹杂物级别和夹杂物特征指数。

3.根据权利要求2所述之钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法，其特征在于，所述钢中夹杂物面积百分含量的计算公式为：(d％)＝π/4∑d_i ²/·N·S

式中d_i——夹杂物等积园直径μm，S——单个视场面积/μm²，

    N——视场数(N≥60)。

4.根据权利要求2或3所述之钢中非金属夹杂物多国标准检测结果的转换方法，其特征在于，所述钢中夹杂物当量面密度的计算公式为：

$I=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}(d_i\·n_i)/(S\·N\·B).$