解读《钢的脱碳层深度测试方法》的新标准

脱碳是钢铁材料常见的一种热处理缺陷。 在热处理过程中，倘若加热温度过高，亦或者在高温下停留时间较长，钢铁材料表面往往会发生脱碳。钢铁材料表面脱碳程度可以用脱碳层深度进行表征。2019年5月，国家市场监督管理总局与中国国家标准化管理委员会共同发布了GB/T 224- 2019 《钢的脱碳层深度测定方法》，代替了GB/T 224-2008《钢的脱碳层深度测定方法》。新标准在旧标准的基础上增加了多种脱碳层深度测定方法，为了引导企业技术人员能够更好理解新标准中的技术内容，并对新标准中的多种脱碳层深度测定方法有个全面的认知,笔者对《钢的脱碳层深度测定方法》最新标准进行了解读。

1、新、 旧标准差异

新标准与旧标准之间的主要差异: 删除内容3项，修改内容1项，增加内容5项[1-2]。

1.1、删除内容

GB/T 224- 2019 中删除了旧标准中的术语一“铁素体脱碳层深度”及其定义，删除了旧标准中的“洛氏硬度测量法”及“硬度值换算”。

1.2、修改内容

CB/T 224- 2019中将 “取样”单独列为一个章节。将旧标准中的“测定方法”的“总则”中与“取样”有关的内容及“金相法”中与“取样”有关的内容、“化学分析法”中与“取样”有关的内容、“光谱分析法”中与“取样”有关的内容均列入到新标准中“取样”这一章节。“取样”内容的合并，便于读者直观理解不同脱碳层深度测定方法对取样要求的差异。

1.3、增加项目

GB/T 224- 2019 新增加内容5项，具体内容见表1。新增加的内容大部分为脱碳层深度的测定方法，结合未删减的测定方法，目前脱碳层深度测定方法有3大类，共计7种方法，具体见表2。其中金相法、显微硬度法属于间接测定法;碳含量测定法为直接测定法。

2、金相法

2.1、金相法 原理

金相法也可称为显微镜组织法。该方法利用光学显微镜观察试样从表面到基体随碳含量的变化而产生的组织变化。通常情况下，观测到的组织的差别，在亚共析钢中是以铁素体与其他组织组成物的相对量的变化来区别的;在过共析钢中是以碳化物含量相对基体的减少来区分的。对于硬化组织或者淬火回火组织，当碳含量变化引起组织显著变化时，同样可用该方法进行测量。

2.2、金相法适用范围

金相法适用于具有退火或正火(铁素体-珠光体)组织的钢铁材料,也可有条件的用于那些硬化、回火、轧制或锻造状态的钢铁制品。

2.3、金相法试样制备及要求

截取尺寸合适的试样;必要时，需进行镶嵌，或者直接依次进行研磨、抛光;最后用1.5% ~ 4%的硝酸酒精溶液对试样进行侵蚀，以便显示钢材的金相组织间。在制样的过程中，试样边缘不许存在倒圆，卷边。

2.4、金相法测定步骤

金相法脱碳层深度测定即借助光学显微镜目镜，或者利用金相图像分析系统观察和定量测量从试样表面到其组织与基体组织已无明显区别的那一点的距离。脱碳层具体的测量方法有最严重视场法和平均法。最严重视场法是对每- - 个试样，在最深的均匀脱碳区的一个显微镜视场内,随机进行几次测量(至少五次)，以这些测量值的平均值作为脱碳层深度。平均法是首先在最深均匀脱碳区测量第一点，然后从这点开始表面被等分成若干部分，如无特殊规定，至少四等份，在每一部分的结束位置测量最深处的脱碳层深度，以这些测量值(至少四个)的平均值作为试样的脱碳层深度。其中，轴承钢、工具钢、弹簧钢等对脱碳要求较高的钢种适用最严重视场法进行测定，不适用平均法进行测定。观察组织时，通常采用的放大倍数为100倍。

2.5、金相法特点

金相法具有适用范围广泛、设备投资小、制样简单、操作流程简洁等优点。但该方法对操作人员的专业素质要求较高，专业水平不高的操作人员作出的测定结果往往与真实结果之间会存在较大的差异。

3、显微硬度法

3.1、显微硬度法原理

本方法利用硬度计测量在试样横截面上沿垂直于表面方向上的显微硬度值的分布梯度，根据硬度的压头的种类，可选择维氏硬度法或者努氏硬度法。

3.2、显微硬度法适用范围

显微硬度法适用于脱碳层相当深，经过硬化处理、回火处理或热处理的亚共析钢。同时也可用于脱碳层完全在硬化区内的情况，避免淬火不完全引起的硬度波动。但本方法不适用于低碳钢。

3.3、显微硬度法试样制备及要求

截取尺寸合适的试样;必要时，需先进行镶嵌，否则直接依次进行研磨、抛光。试样是否需要腐蚀视具体情况而定，但在制样的过程中，需防止试样过热，以免影响硬度的真实测量结果。

3.4、显微硬度法测定 步骤

当使用维氏硬度测量法时，具体操作步骤可以依据GB/T 4340.1- -2009 《金属材料维氏硬度试验第1部分:试验方法》4进行。当使用努氏硬度测量法时，具体操作步骤可依据GB/T 18449.1-2009《金属材料努氏硬度试验第1部分:试验方法》(5] 进行。在实际操作过程中可以通过直线法(垂直于表面方向上)或者斜线法(倾斜于表面方向上)去测量试样横截面上的显微硬度值的分布梯度。其中，直线法适合测量大或者中等厚度的脱碳层，斜线法适合测量中等或者小厚度的脱碳层。脱碳层深度规定为从表面到已到达所要求硬度值的那一-点的距离。通常情况下，至少要在相互距离尽量远的位置进行四组测定,其测定值的平均值作为脱碳层深度。为减少测量数据的分散性，需尽可能使用大载荷，通常采用0.49 ~ 4.9N(50 ~ 200gf) 载荷。各压痕中心之间的距离应不超过0.1 mm，同时至少应为对角线长度的2.5倍。

3.5、显微硬度法特点

显微硬度法具有设备投资小、制样简单、操作流程简洁等优点。但该方法却存在适用范围比较小的缺点，主要应用在亚共析钢。

4、碳含量测定法

4.1、碳含量测定法原理

本方法利用仪器设备测定含量在垂直于试样表面方向上的分布梯度。具体测量方法有化学分析法、直读光谱分析法、电子探针分析法、辉光光谱分析法。

4.2、碳含量测定法适用 范围

化学分析法适用于具有恰当的几何形状的试样，但不适用于部分脱碳情况的测量。直读光谱分析法只适用于具有满足直读光谱仪要求的平面试样。电子探针分析法适用于含有单一组织的淬回火钢和球化退火钢。辉光光谱法适用于脱碳层深度不超过10 μm，直径在20 ~ 100 mm的圆形试样或者边长在20 ~ 100 mm的方形试样，且试样的平面尺寸需满足辉光光谱仪的要求。

4.3、碳含量测定法试样制备及要求

化学分析法与直读光谱分析法均要求使用机械加工的方法，平行于试样表面逐层剥取每层为0.1mm的样削，但在制样前，需清除表面氧化膜。电子探针分析法的试样制备与金相法的试样制备相同，但无需腐蚀。辉光光谱分析法制样需去除试样表面的油渍或者其他残留物。

4.4、碳含量测定法测定 步骤

碳含量测定法主要是测定从试样表面一-直到基体稳定处的碳含量的深度曲线。当采用化学分析法测定脱碳层的深度时，可按照GB/T20126-2006《非合金钢低碳含量的测定第2部分:感应炉( 经预加热)内燃烧后红外吸收法》(间进行。当采用直读光谱分析法测定脱碳层的深度时，可按照GB/T4336--2016《碳素钢和中低合金钢多元素含量的测定火花放电原子发射光谱法(常规法)》7]进行。当采用电子探针分析法测定脱碳层的深度时，可按照GB/T 15247- -2008 《微束分析电子探针显微分析测定钢中碳含量的校正曲线法》(81进行。当采用辉光光谱分析法测定脱碳层的深度时，可按照GB/T 22368- -2008 《低合金钢多元素含量的测定辉光放电原子发射光谱法(常规法)》网进行。

4.5、碳含量测定法特点

由于碳含量测定法包括化分析法、直读光谱分析法、电子探针分析法、辉光光谱分析法等多种测量方法，因此具有适用范围广的优点。但该方法的缺点比较多，主要体现在以下两个方面:首先，设备投资较大，其中单针对电子探针设备可能就得花费几百万;第二，制样要求较高，例如化分析法、直读光谱分析法中需在样品表面逐层剥去0.1 mm样削。

5、结束语

以GB/T 224- -2019< 钢的脱碳层深度测定方法》中的主要技术内容为基础，通过新旧标准的对比解读，以及从多个角度对比分析多种脱碳层深度测定法异同点，希望可为钢材制造企业提供参考及借鉴。