楊 崢，牟祖茂，王德寶，徐 輝

(馬鋼股份公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000)

DIN_50602是一個用于優(yōu)質(zhì)鋼非金屬夾雜物檢測的標(biāo)準(zhǔn)。K法是其中一個用于對非金屬夾雜物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法，以與夾雜物的含量成正比的參數(shù)值來表征非金屬夾雜物的微觀清潔度，參數(shù)值的計(jì)算與夾雜物的類型、大小、出現(xiàn)頻次有關(guān)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，需對一套6個試樣，每個試樣不小于100 mm2的檢測面進(jìn)行檢測，在規(guī)定的放大倍數(shù)下，對每個視場的夾雜物進(jìn)行分類并評級，并按照標(biāo)準(zhǔn)給出的計(jì)算方法，對所有評級結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終得出試樣的微觀清潔度指標(biāo)—硫化物(S:)和氧化物(O:)的總參數(shù)、全總參數(shù)。

由上可見，用人工檢測的方式完成一套K法試樣檢測的工作量是比較大的，基于DIN_50602標(biāo)準(zhǔn)對夾雜物評級的基礎(chǔ)是夾雜物面積，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)提取并計(jì)算夾雜物的面積大小十分方便，因此用計(jì)算機(jī)代替人工進(jìn)行DIN_50602 K法夾雜物檢測是可行的。

現(xiàn)主要討論圖像分析法在DIN50602 K法夾雜物檢驗(yàn)中的應(yīng)用，其過程是通過對圖像灰度的識別對夾雜物進(jìn)行分類和提取，并計(jì)算夾雜物的面積，最終達(dá)到確定夾雜物種類及級別的目的。

1 圖像分析法試驗(yàn)原理

根據(jù)《GBT 18876.1-2002 應(yīng)用自動圖像分析測定鋼和其它金屬中金相組織、夾雜物含量和級別的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法 第1部分：鋼和其它金屬中夾雜物或第二相組織含量的圖像分析與體視學(xué)測定》及《ASTM E 1245-2000應(yīng)用自動圖像分析測定金屬中夾雜物或第二相組織含量的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，應(yīng)用自動圖像分析法對鋼中非金屬夾雜物的基本形貌特征進(jìn)行測定時，需要對檢測的氧化物、硫化物等夾雜進(jìn)行與基體的分離，這種分離是通過使氧化物或硫化物達(dá)到特定的灰度值域并設(shè)定夾雜物灰度門檻值來實(shí)現(xiàn)的。夾雜物灰度門檻值就是某類夾雜物灰度值域的范圍，根據(jù)灰度門檻值可以對不同種類的夾雜物進(jìn)行提取以便進(jìn)行定量分析。

2 試驗(yàn)過程與結(jié)果

2.1 試樣的制備

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試樣檢測面平行于材料的主延伸方向，這樣可以準(zhǔn)確的表現(xiàn)非金屬夾雜物的長度延伸。在試樣研磨時，保證夾雜物不被斷開或改變形狀，沒有研磨或拋光劑的小顆粒被嵌入試樣表面，以免影響計(jì)算機(jī)對夾雜物的提取與判斷。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用蔡司Axio Imager M2m顯微鏡，該顯微鏡配備電動馬達(dá)臺，可X、Y方向自動掃描操作，實(shí)現(xiàn)檢測視場圖片的自動采集。AxioVision 4圖像控制分析軟件可根據(jù)設(shè)定的灰度對夾雜物進(jìn)行提取，根據(jù)夾雜物的形狀進(jìn)行分類，并分別計(jì)算各類夾雜物面積并評級。

2.3 夾雜物灰度閾值的設(shè)置

參考AAR M107-208-2017標(biāo)準(zhǔn)，在0-256灰度范圍的試樣上，設(shè)置試樣中孔洞的灰度閾值為0-39、氧化物的灰度閾值為40-87、硫化物的灰度閾值為88-179，調(diào)整顯微鏡的亮度、襯度、飽和度、曝光時間等參數(shù)，以使采集圖片上氧化物和硫化物夾雜物灰度落在該閾值范圍內(nèi)，使計(jì)算機(jī)能準(zhǔn)確對夾雜物進(jìn)行提取、分類和面積計(jì)算。

2.4 夾雜物級別的設(shè)定

DIN_50602標(biāo)準(zhǔn)評定夾雜物級別時以夾雜物的面積大小為唯一評定原則，夾雜物面積翻倍，夾雜物級別也將增大一級。因此，參考標(biāo)準(zhǔn)中對不同等級夾雜物長度與寬度以及直徑的定義，我們對圖像分析法中不同級別夾雜物對應(yīng)的面積做了規(guī)定，見表1。大于級別8的統(tǒng)一定義為9級。

表1 圖像分析法非金屬夾雜物等級評定標(biāo)準(zhǔn)

2.5 K法典型夾雜物人工檢驗(yàn)與自動化檢驗(yàn)評定結(jié)果差異性對比分析

挑選具有代表性的夾雜物視場，依照DIN50602標(biāo)準(zhǔn)要求，首先對標(biāo)準(zhǔn)視場按照DIN50602標(biāo)準(zhǔn)中評級要求進(jìn)行人工檢測評級，隨后對同一視場拍照后采用軟件檢測，軟件根據(jù)夾雜物灰度和夾雜物形狀提取并識別夾雜物類別，再對夾雜物進(jìn)行測量和級別大小的評定。通過人工檢測和圖像分析兩種方法結(jié)果的對比，以驗(yàn)證圖像分析法的準(zhǔn)確性。

通過對大量不同類別和級別夾雜物的比對試驗(yàn)來看，人工檢測評級的結(jié)果與圖像分析法評級的結(jié)果基本一致，特別是對4級及以上夾雜物的分類和評級,見圖1-圖4。由此，我們可以相信圖像分析法對夾雜物的提取、分類和評級是可以替代人工檢測的。

圖1 SS類夾雜物提取(4級)

圖2 OA類夾雜物提取(4級)

圖3 OS類夾雜物提取(4級)

圖4 OG類夾雜物提取(4級)

2.6 應(yīng)用實(shí)例

在用圖像分析法進(jìn)行大量典型夾雜物檢測、評級的基礎(chǔ)上，開展了某55Cr3彈簧鋼K3的檢測,其典型夾雜物形態(tài)見圖5。

圖5 55Cr3彈簧鋼典型夾雜物形態(tài)

通過圖像分析法和人工檢測法對一套6個試樣、共1 470 mm2檢測面積進(jìn)行自動分析后，得到如表1的檢測結(jié)果，其全總參數(shù)值為29.4，與人工檢測得到的全總參數(shù)28.5，誤差為3%。

3 結(jié)語

利用圖像分析法進(jìn)行DIN 50602 K法夾雜物檢驗(yàn)是可行的，且具有檢測速度快，效率高，檢測結(jié)果不受檢測人員能力、經(jīng)驗(yàn)等客觀因素影響的優(yōu)點(diǎn)，是一種適合在相關(guān)崗位推廣使用的檢測方法。

表2 彈簧鋼55Cr3夾雜物K法檢驗(yàn)結(jié)果