岛津EPMA超轻元素分析之九： 钢中脱碳层测试，首钢专家这么做！

钢的表面脱碳是指在热处理或热加工工艺中，钢材表面的含碳量减少的现象。表面脱碳分为全脱碳层和半脱碳层。它会降低表面硬度和强度，直接影响到表层组织和性能，严重降低服役寿命，造成工件早期失效。脱碳层深度测定是许多钢铁产品特别是中高碳工具钢、轴承钢、高速钢及弹簧钢等常规必检项目，在相关产品技术标准中都有严格的限制要求。

对于表面脱碳层的分析，传统的测试方法主要有金相法和显微硬度梯度法。金相法对金相分析人员的技术有一定的要求，也要做好区分部分脱碳、完全脱碳、有效脱碳层深度、总脱碳层深度、铁素体脱碳层深度等概念。显微硬度法也有一定的局限，只适用于脱碳层相当深但和淬火区厚度相比却又很小的亚共析钢、共析钢和过共析钢，这样脱碳层完全在硬化区，避免淬火不完全引起的硬度波动，这种方法对低碳钢不准确。

为了弥补常规测试方法的不足，首钢专家开发出使用岛津电子探针测试脱碳层的方法。不同于金相法使用微观组织细微区分、显微硬度法的硬度变化趋势来确定脱碳层，这两种方法都是间接迂回的测试方式，而电子探针测试碳含量的变化特征才是直接的从定义上反应脱碳实质，具有简单、直观和精确的特点。

下图是首钢专家使用电子探针测试获得的碳含量变化趋势线分析，可以看到典型的全脱碳层1、半脱碳层2和基体成分3，直接测量出总脱碳深度为93μm。

图1 典型的脱碳线分析

同时也对比了这三种脱碳层的测试方法，见下图：

表1 三种测试方法结果比较

可以看出，金相法的测定值偏低，电子探针法的测定值更准确！

首钢技术研究院严春莲高工使用岛津电子探针建立了《一种钢脱碳层深度的测定方法》(专利号：ZL201610538978.2)，并由鞠新华教授级高工牵头和其他单位合作，参与修定了国家标准GB/T 224-2019《钢的脱碳层深度测定法》。另外，实验室还借助岛津EPMA-1720主持制定了国家标准GB/T 37793-2019《钢坯枝晶偏析的定量分析方法》，并主持制修订国际标准ISO3887-2017和ISO/AWI 23692，把我国先进的国家标准转化为国际标准，打破贸易壁垒，为国内生产的钢材打入国际市场奠定更坚实的基础。

严春莲老师工作照

提及岛津电子探针的使用感受，严老师说，受益于岛津全聚焦分光晶体和52.5°高检出角的配置，保证了测试的灵敏度和分辨率，使超轻元素的准确测试成为可能。我们也使用岛津电子探针完成了一些方法和成果，得到了专家组高度评价，在业界有了一定的影响。将开发出来的这些方法用于指导企业的生产和工艺优化也获得了不错的经济效益。

撰稿人：赵同新、崔会杰