脱碳层深度
钢轨脱碳层厚度控制
钢轨脱碳层厚度控制摘要：脱碳层是热轧钢轨的订货质量指标之一，铁道部发布的43kg/m~75kg/m 热轧钢轨的质量指标规定钢轨头部脱碳层的深度不得大于0.5mm[1]，钢轨用坯料含碳量较高，在加热过程中有很明显的脱碳倾向。
本文针对邯钢大型轧钢厂型钢生产线在生产钢轨时出现的脱碳层超标问题，通过对现场生产数据收集、影响脱碳因素的分析等方式，制定并实施相关控制措施来抑制钢轨脱碳层厚度超标。
从而提升钢轨品质与成材率，增加大型轧钢厂产品在市场中的竞争力。
关键词：脱碳；影响因素；控制措施前言铁路是我国国民经济的大动脉，随着改革开放的深入和经济建设的发展，铁路运输事业也取得了长足的进步。
当今，钢铁冶金行业低迷，竞争尤为激烈，邯钢大型轧钢厂如果能够提高钢轨质量，降低产品缺陷，就握住了经济命脉。
对于钢轨来说，由于其含碳量比较高，在加热炉内加热过程中比较容易发生氧化脱碳现象，增加氧化烧损，造成品钢轨的成材率、合格率降低。
脱碳现象的产生使得钢轨出现机械性能下降、硬度降低、耐磨性差和疲劳强度降低等缺陷[2]。
包钢轨梁厂为了适应当前形式，将钢轨脱碳层作为重点攻关项目，旨在寻找降低脱碳层厚度的方法，提高产品质量。
1、影响钢坯脱碳的因素1.1、钢的脱碳原理钢坯在加热过程中表面金属因氧化造成含碳量减少甚至不含碳元素的现象称为脱碳。
碳在钢种主要以渗碳体形式存在即Fe3C，钢坯的脱碳机理是加热炉内的H2O、CO2、O2、H2等各种气氛和Fe3C发生反应的过程。
具体反应如下：2Fe3C＋O2=6Fe＋2COFe3C＋2H2= 3Fe＋CH4Fe3C＋CO2= 3Fe＋2COFe3C＋H2O=3Fe＋2CO＋H2以上氧化反应过程中碳元素不断向外扩散，脱碳介质不断向内扩散，并持续发生反应。
1.2、加热温度对钢坯脱碳的影响钢坯加热温度是高速钢脱碳层深度的直接影响因素。
从分子学理论上讲，随着加热温度的升高，钢中碳原子的活动能力增加，使得钢中的碳原子更容易扩散至钢坯表层，与加热炉内的氧原子反应而生成CO2，使钢坯表层在一定范围内的碳原子部分散失，从而导致脱碳现象的产生。
JIS G0558-1998 钢的脱碳层深度测定方法(译)
日本工业标准钢的脱碳层深度测定方法JIS G 0558：1998翻译：范海东审核：傅金明批准：祝宜明整理：开发部2004年12月日本工业标准JIS G 0558：1998钢的脱碳层深度测定方法前言：本标准1956年制定，1977年作了部分修改。
这次为推动钢铁JIS 的国际标准化，对应于ISO 3887 1976碳素钢及低合金钢的脱碳层深度的测定方法的统一化，又进行了修改。
主要修改了以下几点：a).试验方法中增加了根据碳含量的测定方法（见附录）与ISO一致。
b).为于别的JIS统一，增加了试验项目。
c).对报告的项目作了新的规定，内容上与ISO统一。
1．适用范围规定了钢的脱碳层深度的测定方法。
备注：与本标准对应的国际标准如下所示ISO 3887 1976 碳素钢及低合金钢的脱碳层深度的测定方法2．引用标准引用了下面列举标准的一部分。
这些引用标准采用最新版本（含追补）JIS G 0201 钢铁名词(热处理)JIS G 0202 钢铁名词(试验)JIS G 1211 钢和铁-碳的定量方法JIS G 1253 钢和铁-火花放电发光分光分析法JIS G 2244 维氏硬度试验方法3．定义主要名词除JIS G 0201及JIS G 0202以外，还有下例a）碳层：由于钢的热加工或热处理而使其表层碳含量减少的部分。
b）脱碳层深度：从脱碳层表面到脱碳层与基体在化学和物理性质差异不能区别位置的距离。
备注：这所说的化学性质是用显微组织或含碳量来判断，物理性质用硬度来判断。
c铁素体脱碳层深度在钢的表面由于脱碳而全部转变成铁素体部分的深度。
备注：这里铁素体脱碳层深度，用显微组织来判定。
d．特定残碳率脱碳层深度指从表面到某一定残碳率（残留碳含量与基体碳含量的比率）位置的距离。
备注：这里用组织来判断。
e）实用脱碳层深度指从表面到使用上不受影响的硬度的距离。
f）硬度推移曲线表示垂直于脱碳层表面的距离与硬度的关系曲线。
g）碳含量推移曲线表示垂直于脱碳层表面的距离与碳含量的关系曲线。
GB224—1987
2.1.2 测定 2.1.2.1 总脱碳层的测定 一般来说，观测到的组织差别，在亚共析钢中是以铁素体与其他组织组成物的相 对量的变化来区分的。 借助于测微目镜， 或直接在显微镜毛玻璃屏上测量从表面到其组织和基体组织已 无区别的那一点距离。 放大倍数的选择取决于脱碳层深度，应由各方商定，通常采用放大倍数 100 倍。 先在低放大镜倍数下进行初步观测，以查明最深均匀脱碳区。 对每一试样， 在最深的均匀脱碳区的一个显微镜视场内， 应随机进行几次测量 （至 少需 5 次） 。以这些测量值的平均值取做总脱碳层深度。轴承钢、工具钢测量最 深处的总脱碳深度。如果技术条件中没有特殊规定，在测量时试样中脱碳极端深 度的那些点要排除掉在试验记录中应注明缺陷性质。 2.1.2.2 全脱碳层的测定 全脱碳层的测定用 2.1.2.1 同样的程序。 2.2 硬度法 2.2.1 显微（维氏）硬度测量方法 此方法是测量在试样横截面上沿垂直表面方向上的显微硬度值的分布梯度。 这种方法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，共析，过 共析钢，这样可以避免由于淬火不完全所引起的硬度值波动，这种方法对低碳钢 不准确。 2.2.1.1 试样的选取和制备 试样的选取和制备与金相法（见 2.1.1）相同，但试样腐蚀与否，以正确测定压 痕尺寸为准，并应小心防止试样的过热。 2.2.1.2 测定 显微（维氏）硬度测量法根据 GB4342—84《金属显微（维氏）硬度试验方法》 测定。为减少测量数据的分散性，要尽可能用大的负荷，原则上此负荷在 0.49N 到 4.9N （50gf 到 500gf） 之间。 压痕之间的距离至少要为压痕对角线长度到.5 倍。 总脱碳层深度规定为从表面到已达到所要求硬度值的那一点的距离 （要把测量的 分散性在内） 。 原则上，至少要在相互距离尽可能远的位置进行两组测定，其测定值的平均值作 为总脱碳层深度。脱碳层深度的测量界限可以是： a． 由试样边缘测至技术条件规定的硬度值处； b．由试样边缘测至硬度值平稳处； c． 由试样边缘测至硬度值平稳处的某一百分数处。 采用何种测量界限由技术条件或双方协议规定。 2.2.2 洛氏硬度测定法 用洛氏硬度计测定时，对不允许有脱碳层的产品，直接在试样的原产品表面上测 定；对允许有脱碳层的产品，在祛除允许脱碳层的面上测定。 洛氏硬度法根据 GB230—83《金属洛氏硬度试验方法》测定洛氏硬度值 HRC， 只用于判定产品是否合格。 2.23 硬度值换算 根据 GB1172—74《黑色金属硬度及强度换算值》标准进行换算。 2.3 测定碳含量法 此方法是测定碳含量在垂直于试样表面方向上的分布梯度， 它可用于程度、显微组织、含碳量以及部件形状。 各种测定方法都有其应用范围，选择哪种方法测定，由有关技术条件或双方协议 规定，无明确规定时用金相法试样在供货状态下检验，不需进一步热处理。如经 有关各方商定，需要采取附加热处理，则要从多方面注意防止碳的分布状态的改 变，例如采用小试样，短的奥氏体化和中性气氛。 2.1 金相法 此方法是在金相显微镜下观察试样从表面到中心随着碳含量变化而产生的组织 变化。 此方法适用于具有退火（或铁素体、珠光体）组织的钢种，也可有条件地用于那 些硬化、回火、轧制或锻制状态的产品。 2.1.1 试样的选取和制备 选取的试样检验面应垂直于产品的纵轴，如产品无纵轴，试样检验面的选取应由 有关各方商定。 小试样（如直径不大于 25mm 的圆钢或边长不大于 20mm 的方钢）要检测整个 周边。对大试样（如直径大于 25mm 的圆钢或边长大于 20mm 的方钢）为保证 取样的代表性，可截取试样同一截面的几个部分，以保证总检测周长不小于 35mm，但不要选取多边形产品的棱角处或脱碳极端深度的点。取样的数目和相 应部分，应在有关产品技术条件中规定，如无规定，由有关各方商定。 试样按一般金相法进行磨制抛光，但试样边缘不得倒圆、卷边，为此试样可镶嵌 固定在夹持器内，如果需要被拉试样表面可电镀一层金属加以保护。 用硝酸酒精溶液进行腐蚀，以显示钢的组织结构。
李继康钢的脱碳层深度测定
6Fe+2CO 2
3Fe+CH
O 3Fe+CO+H
3Fe+2CO 2
不同脱碳类型的分界线如阴影带所示，阴影带宽度表示在测量过程中由于不确
150mm 直径>150mm
20mm 20mm＜边长≤80mm
150mm 边长>150mm
W>80mm
美国标准磨料粒度对照表
确按照设定的参数运行。
4.2.2 试样的选取和制备——半自动磨抛
优点：
平整性好
原位清洗
容易控制
形状不规则试样、未经镶嵌
的试样、大试样均可夹持
缺点：
同时至少夹持三块试样
必须有一个磨成平面阶段
制备表面需要定期修整
4.2.2 试样的选取和制备——半自动磨抛
优点：
一次可制备一块或多块试样
不需要进行磨成平面工序
避免了由于夹持而对试样产
生的内应力
不一定需要倒置式显微镜对
试样进行逐个工序光学检查
缺点：
失去试样整体的平面性
每道工序后要对试样逐一进
行清洗(包括试样夹持器)
试样必须适合夹持器的空间
并且是圆的，基本上均经过
镶嵌
4.2.3 测定——金相分析系统的校准 确定标尺的依据——微型刻度尺
4.2.3 测定——金相分析系统的校准
每套显微镜由于光路
系统和摄像头参数不
同，系统标尺也各不
相同。
每次更改放大倍数，
必须输入软件，确保
标尺与放大倍数实时
对应。
钢的脱碳层深度测定
钢的脱碳层深度测定术语浅解：脱碳：钢表层上碳的损失。
包含部分脱碳、完全脱碳。
完全脱碳指钢样表层碳含量水平低于碳在铁素体中最大溶解度（只在铁素体中存在)。
有效脱碳层深度：从产品表面到规定的碳含量或硬度水平的点的距离，规定的碳含量或硬度水平以不因脱碳而影响使用性能为准（如产品标准中规定的碳含量最小值）。
总脱碳层深度：从产品表面到碳含量等于基体碳含量的那一点距离，等于部分脱碳层和完全脱碳层之和。
铁素体脱碳层深度：表面完全脱碳层的深度。
（由显微组织检验确定）测定方法：---通常采用金相法、硬度法、化学法或光谱分析法。
下面简单说下金相法和硬度法。
试样在供货状态下检验，不需要进一步热处理。
如经有关各方商定，则要从多方面注意防止碳的分布状态和质量分数的变化。
如：采用小试样、短的奥氏体化时间，中性的保护气氛。
一、金相法：---此方法是在光学显微镜下观察试样从表面到基体随着碳含量的变化而产生的组织变化。
---此方法适用于具有退火或正火（铁素体-珠光体）组织的钢种，也可有条件的用于那些硬化、回火、轧制或锻造状态的产品。
试样的选取和制备：---选取的试样检验面应垂直于产品纵轴，如产品无纵轴，试样检验面的选取应由有关各方商定。
小试样(如公称直径不大于25mm的圆钢或边长不大于20mm的方钢)要检测整个周边。
对大试样（如公称直径大于25mm的圆钢或边长大于20mm的方钢），为保证取样的代表性，可截取试样同一截面的一个或几个部位，只要保证总检测周长不小于35mm即可。
但不要选取多边形产品的棱角处或脱碳极深的点。
---试样一般按金相法进行研磨抛光，但试样边缘不允许有倒圆、卷边，为此试样可以镶嵌或加持固定。
可参考《金相试样磨抛方法》。
通常用1.5%-4%的硝酸酒精溶液或2%-5%的苦味酸酒精溶液浸蚀可显示钢的组织。
总脱碳层的测定：---一般来说，观测到的组织差别，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；在共析钢中是以碳化物含量相对基体的变化来区分的。
脱碳层深度测定操作规程
3.4金相显微镜与图象分析仪的操作
3.4.1根据各分析项目所需的倍率选择合适的物镜，使放大倍率在有效的放大倍数内以保持良好的监别率。
1.1.2坚守工作岗位，不得随便离开，有事应向组长请假。
1.1.3对于本职范围内的原始记录、分析结果负责；对仪器材料的安全负责﹔对由人为因素造成的分析结果和判定结果所造成的损失负直接责任。
1.1.4对错、漏、误检负责。
1.1.5对所负责的检验范围内带有倾向性的质量问题、事故不反映、不汇报﹐致使进一步恶化，应负一定的责任。
3.7.2维护保养
3.7.2.1使用时不允许对试样加过大压力﹐以免电动机超载而导致电动机损坏。3.7.2.2电动机最高温升为70℃。
3.7.2.3抛光织物应紧贴在抛光盘上，不允许使用已破损的织物，以免在抛光时试样有飞出的危险。
3.7.2.4每月清除排污通道中的沉积物做好Байду номын сангаас洁保养工作，盖上塑料盖以利今后正常使用。
1.2.4有权拒绝其它部门的人员进入金相室，以防药品外流或干扰自己的分析测试工作。
2.主要设备参数及工装
主要设备及工装见表1。
表1 主要设备及工装
序号
名称
型号规格
1
金相显微镜
AXIOUERT 40 MAT
2
砂带磨样机
MY-200
3
金相试样预磨机
YM-2A
4
金相试样抛光机
PG-2B
碳素钢块总脱碳层深度测量不确定度评定
中图分类号： F230 文献标识码：A DOI：10.19541/ki.issn 1004-4108.2020.05.015
脱碳是钢产品在热加工及热处理时表面碳含量降低的现 象。对于某些钢种，脱碳可以作为特殊加工工艺来改善产品的 性能；但对多数钢种而言，脱碳会降低钢产品的表面硬度、耐 磨性及疲劳性能，对性能造成不利影响，如采用 42CrMoH 钢 制造的前轴，表面存在（0.10 ～ 0.15）mm 深的完全脱碳层 时严重影响工件表面质量、硬度和疲劳性能 [1,2]。因而很多工 业用钢对脱碳层深度提出了严格要求。
测定值 xi/mm 第2 组 0.24 0.22 0.24 0.23 0.24 0.23 0.24 0.24 0.25 0.23 0.25 0.24 0.24 0.22 0.23 0.23 0.24 0.24 0.23 0.25 0.23 0.23 0.25 0.24 0.23
第3 组 0.25 0.25 0.26 0.25 0.23 0.26 0.26 0.25 0.24 0.25 0.26 0.27 0.24 0.26 0.25 0.26 0.25 0.26 0.26 0.26 0.25 0.27 0.26 0.24 0.25
测定的总脱碳层深度平均值为： （ 2）
式（2）中，xi 为每组人总脱碳层深度的第 i 次测试值（mm）； 得出： =0.249 mm； =0.236 mm； =0.254 mm；
同理，计算出：s2=0.0086 mm；s3=0.0095 mm。 合并样本标准差为：
标准差 sj 的标准差为：
（ 4） （ 5）
钢块（20 mm×10 mm×3 mm）； 检测内容：总脱碳层深度； 检测设备：德国 Leica DMI3000M 金相显微镜，Profound
脱碳深度对60Si2CrVAT弹簧钢疲劳性能的影响
表 １ 铁 道 部 用 ６０Ｓｉ２ＣｒＶＡＴ弹 簧钢 性 能 要 求 与 ＧＢ／Ｔ１２２２—２００７标 准 中的 ６０Ｓｉ２ＣｒＶＡ性 能 对 比
疲劳 损伤 和疲 劳断 裂通常是 承受 交变 载荷或 随 机 变动 负荷 的 弹簧 的主要 失 效 形式 。 引起 弹 簧 疲 劳 失效 的因素很 多 ，主要受 到载荷 条 件 、环 境 、材 料 本 身缺 陷的影 响 。表 面缺 陷是影 响 高强度 钢疲 劳性 能 的主 要 因素之 一 ［４］。根据 文献 ［５］，弹 簧钢 材表 面 脱碳 ０．１ ｍｍ就 会 使疲 劳 极 限 明显 下 降 ，特别 是 弹 簧 钢材 表 面层 出现铁 素体 ，可 降低疲 劳 极 限 ５０％ ， 而 且 随着 钢材 表 面脱 碳层 深 度 的增 加 ，疲 劳 寿命 下 降 。表 面磨 光材 料 ６０Ｓｉ ＣｒＶＡ 则能 够保 证 弹簧疲 劳 寿 命 达 到 １００ 万 次 以 上 ［６］。 由 ６０Ｓｉ２ＣｒＶＡ 和 ６０Ｓｉ ＣｒＶＡＴ的 主要 技术 要求 可 见 ，６０Ｓｉ２ＣｒＶＡＴ更 适 用 于提 速用 弹簧 。本 文主要 研究 ６０Ｓｉ ＣｒＶＡＴ的脱碳 深 度对 疲劳性 能 的影 响。
（１）６０Ｓｉ ＣｒＶＡＴ弹簧 钢脱 碳 深度 随 着加 热 温度 的升高 、保温 时间 的延长 而加深 。
（２）８６０￣Ｃ和 ９６０℃碳 的 扩 散 系 数 分 别 为 Ｄ８６ｏ＝ ８ｘ１０－６ｍｍ２／ｓ和 Ｄ９５０＝２．１ｘｌ０ ｍｍ２／ｓ，相差 一个 数量级 ， 因此与 ８６０℃相 比 ，９５０℃加 热时脱 碳严 重 。
１．２ 试 验 方 法 淬火 温度 分 别 在 ８６０、９００、９５０ ， 保 温 时 问
为 ４０、８０、１６０、３２０、６４０ ｍｉｎ，油 冷 。 然 后 从 ３００ 号 砂 纸 依 次 磨 至 １２００号 ，经 机 械 抛 光 后 ，用 ４％ 硝 酸 酒 精 腐 蚀 ，用 金 相 显 微 镜 观 察 样 品 表 面 脱 碳 情 况
GBT 224-2019《钢的脱碳层深度测定法》中金相法之缺陷
GB/T 224-2019《钢的脱碳层深度测定法》中金相法之缺陷■ 曾耀莹1 隋 然2（1.西北工业大学；2.长沙海关）摘 要：本文通过对钢的脱碳层转变产物的金相组织分析，论述了金相法只适用于退火态，正火、轧制、锻造态都应有条件地适用于脱碳层深度测定；球化退火态需用定量金相显微镜或图像分析仪测定脱碳层深度；高合金钢还必须用特殊的金相法测定脱碳层深度；硬化、淬火并回火态的脱碳层深度测量，以出现非马氏体组织作为测量终点，是不严谨的。
指出了GB/T 224-2019《钢的脱碳层深度测定法》在这些方面都有缺陷，并为后续修订提出了建议。
关键词：缺陷，脱碳层深度，金相法，标准，钢DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2020.10.030Defects of Metallographic Method in GB/T 224-2019, Determinationof the depth of decarburization of steelsZENG Yao-ying1 SUI Ran2（1. Northwestern Polytechnical University; 2. Changsha Customs District P. R. China）Abstract: With the metallographic analysis of transformation products in decarburized layer of steel, this paper proves that the metallographic method can only be applied for steels in the annealed condition. For steels in the normalized, as-rolled, and as-forged condition, measurements should be conducted in specific conditions. For steels in spheroidized annealing condition, quantitative metallographic microscope or image analyzer should be used for measurement. Special treatment on specimen before observation is necessary to determine the decarburization depth for high alloy steel. For steels in hardened, quenched and tempered condition, it is inappropriate to determine the last measurement point by the existence of non-martensite. It shows that GB/T 224-2019 has these defects and gives recommendations for future revision.Keywords: defect, decarburizayion depth, metallographic method, standard, steel标准评析1 引 言国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会2019-06-04发布、2020-05-01实施的GB/T 224-2019《钢的脱碳层深度测定法》[1]较之1978、2008年发布的标准，在最常用的金相法测定规定上有了很大的改进，金相法测定的应用范围扩大了很多。
轴承钢脱碳层的标准
轴承钢脱碳层的标准1. 脱碳层深度钢的脱碳层深度是指钢经过脱碳处理后，表面至中心部位碳含量的变化程度。
在理想情况下，脱碳层深度应该与原始碳含量有关，但实际上，处理条件、热处理时间和温度等因素也会影响脱碳层深度。
一般来说，脱碳层深度不应超过原始碳含量的50%，且不应小于10%。
2. 脱碳层形状钢的脱碳层形状通常呈现出由表及里的梯度变化。
在表面，碳含量迅速降低，形成一层薄的脱碳层，而在内部，脱碳层逐渐变厚，但碳含量逐渐回升。
这种形状有助于提高钢的韧性和耐腐蚀性。
3. 表面粗糙度钢的表面粗糙度是衡量其表面质量的重要指标。
在脱碳处理过程中，由于碳含量的变化，表面粗糙度也会受到影响。
一般来说，脱碳处理后的表面粗糙度应不大于原始表面的50%，且不应出现明显的凹凸不平现象。
4. 氧化物钢在脱碳处理过程中，可能会产生氧化物。
这些氧化物不仅会降低钢的耐腐蚀性，还会影响其物理和机械性能。
因此，应尽量避免氧化物的产生。
一般来说，脱碳处理后的氧化物含量不应超过原始含量的20%。
5. 金属组织钢的金属组织是指其内部晶格结构的变化。
在脱碳处理过程中，由于碳含量的变化，金属组织也会受到影响。
一般来说，脱碳处理后的金属组织应呈现出细小、均匀的特点，有助于提高钢的物理和机械性能。
6. 硬度钢的硬度是衡量其力学性能的重要指标。
在脱碳处理过程中，由于碳含量的变化，硬度也会受到影响。
一般来说，脱碳处理后的硬度应略高于原始硬度，但不应出现明显的各向异性。
7. 韧性钢的韧性是指其承受冲击载荷的能力。
在脱碳处理过程中，由于碳含量的变化，韧性也会受到影响。
一般来说，脱碳处理后的韧性应不低于原始韧性的80%，且不应出现明显的脆性转变。
8. 耐腐蚀性钢的耐腐蚀性是指其在特定环境中的抗腐蚀能力。
在脱碳处理过程中，由于碳含量的变化，耐腐蚀性也会受到影响。
一般来说，脱碳处理后的耐腐蚀性应不低于原始耐腐蚀性的80%，且不应出现明显的锈蚀现象。
脱碳层深度测定方法
脱碳层深度测定方法
脱碳层深度测定是指针对材料表面形成的脱碳层进行测量和分析的方法。
脱碳层是指由于在高温环境中，材料中的碳与外部气体中的氧反应而形成的氧化碳化物表面层。
测定脱碳层深度的目的是为了评估材料的氧化性能和表面硬度。
下面是关于脱碳层深度测定方法的10条描述：
1. 金相显微镜方法：使用金相显微镜观察脱碳层的形貌，通过标定刻度尺来测量脱碳层的深度。
2. 超声波测量法：利用超声波探头对脱碳层进行扫描，根据超声波的传播时间计算脱碳层的深度。
4. X射线衍射（XRD）方法：利用X射线衍射仪测量脱碳层中的晶体结构，然后根据晶体结构的差异来推算脱碳层的深度。
6. 量热分析法：通过对材料进行热分解实验，测量热解反应释放的热量，从而推算脱碳层的深度。
7. 导电性测量法：利用导电性测量仪测量脱碳层与基材的电阻差异，从而间接计算脱碳层的深度。
8. 扫描电子显微镜（SEM）-能谱分析法：通过SEM观察脱碳层的形貌，然后运用能谱分析来推算脱碳层的深度。
9. 化学分析法：通过溶解脱碳层，然后根据溶解液中碳的含量来计算脱碳层的深度。
10. 激光扫描法：利用激光扫描仪扫描脱碳层的表面形貌，然后运用激光干涉原理来测量脱碳层的深度。
总结：脱碳层深度测定方法多种多样，可以通过金相显微镜、超声波测量法、电子探针显微镜、X射线衍射、原子力显微镜、量热分析、导电性测量、SEM-能谱分析、化学分析和激光扫描等方法来准确测量脱碳层的深度。
这些方法均具备一定的优缺点，具体选择合适的方法应根据测量的需求和实际条件进行综合考虑。
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脱碳层深度
Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】
《钢材质量检验》单元教学设计一、教案头
二、教学过程设计
三、讲义
1.钢的脱碳
脱碳是指钢在加热时表面碳含量降低的现象。
脱碳的实质就是钢中碳在高温下与氧和氢等发生作用生成一氧化碳和甲烷，其化学反应如下：
2Fe3C+O2 6Fe+2CO
Fe3C+2H2 3Fe+CH4
Fe3C+H2O 3Fe+CO+H2
Fe3C+CO2 3Fe+2CO
这些反应是可逆的，氧、氢、二氧化碳、水使钢脱碳，一氧化碳和甲烷可以使钢增碳。
一般情况下，钢的氧化脱碳同时进行，当钢表面氧化速度小于碳从内层向外层扩散速度时发生脱碳，反之，当氧化速度大于碳从内层向外层扩散的速度时发生氧化。
因此氧化作用相对较弱的氧化气氛中容易产生较深的脱碳层。
脱碳层由于被氧化，碳含量降低，金相组织中碳化物较少。
脱碳层包括全脱碳和部分脱碳两部分，全脱碳层显微组织特征为全部铁素体，部分脱碳层是指全脱碳层的内边界至钢含碳量正常的组织处。
总脱碳层=全脱碳层+部分脱碳层：从零件表面到碳含量等于基体碳含量的那一点的距离（渗碳轴承钢制的零件除外）
下图为60Si2MnA钢脱碳层组织(500×)
脱碳是钢材的一种表面缺陷，对于大多数工业用钢，特别是含碳较高的工具钢、铬滚珠轴承钢、弹簧钢以及某些重要用途的中碳结构钢，对脱碳层深度均严格加以限制。
各种钢的技术标准均要求检验脱碳情况，并对允许的脱碳层深度作出明确规定。
测定脱碳层深度的方法纳入GB/T224-1987的有金相法、硬度法、碳含量测定法三种，各有其独具的用途和局限性。
碳含量测定法能得到很高的测量精度，但费时且成本高，通常只用于研究工作。
硬度法是测量截面上显微硬度的变化，从试样边缘到硬度达到平稳值或技术条件规定的硬度为止的深度为脱碳层深度。
此法结果比较可靠，是常用的检验手段。
金相法设备简单，方法简便，也是常规脱碳检验中的重要手段，但测量误差较大，数值较低，为保证测量精度，操作者应在每个试样上至少进行五次以上的测量，取他们的平均值作为脱碳层深度。
下面介绍金相检验法。
脱碳层分为全脱碳层和部分脱碳层深度两种，总脱碳层为二者深度之和，即从产品表面到碳含量等于基本碳含量的那一点的距离。
基本是指钢材及零件未脱碳部位。
根据钢种技术条件的要求，有的测量总脱碳层，有的测量全脱碳层，但大多是测量总脱碳层。
无特别声明时，应测量总脱碳层。
使用金相法时，脱碳层判定的根据：
全脱碳层系指组织状态完全是铁素体这一层金属，全脱碳层容易测量，一般从表面量至出现
珠光体组织为止；
部分脱碳层指的是全脱碳层以后到钢的含碳量未减少出的深度，例如，亚共析钢是指在全脱碳层以后到铁素体相对量不在变化为止，过共析钢是指在全脱碳层之后至碳化物相对量不在变化为止；
总脱碳层从表面量至与原组织有明显差别处为止。
应指出的是，金相法只适用于具有退火组织的钢中。
对于那些经淬火、回火、轧钢或锻制的产品，由于不是平衡组织，使用金相法测量可能不够准确，甚至不能采用。
脱碳层深度的测定方法在我国国家标准GB/T224-1987《钢的脱碳层深度测定法》中已有规定。
下面就金相法测定脱碳层深度提出几点注意事项。
试样的抛光面应为横截面，并必须垂直于钢材表面。
因为只有这样才能比较充分的观察和找到脱碳层最严重的部位而加以测定，同时不至于使得的脱碳层厚度较实际偏高。
取样时要注意到容易发生脱碳的部位。
检验时应沿试样脱碳的边缘逐一观察，应尽可能的做到观察可能发生脱碳的全周边。
GB/T224-1987方法标准中规定，对每一试样，在最深均匀脱碳区的一个显微镜视场内，随机进行最少五次测量，取平均值作为总脱碳层深度。
对高碳铬轴承钢、工具钢任然将最大的总脱碳层深度作为该钢材的总脱碳层深度。
小试样（直径不大于25mm的圆钢，或边长不大于20mm的方钢）要检测整个周边；对于大试样（直径大于25mm的圆钢或边长大于20mm的方钢），为保证取样具有代表性，可截取试样同一截面的几个部分，以保证检测周长不小于35mm。
试样的腐蚀，可以较检验一般金相组织时深一些。
测定脱碳层，一般是在100倍金相显微镜下进行的，必要时也可选用其他倍数。
但要注意的是，目镜测微尺的刻度必须用武警测微计校正。
脱碳层深度单位以毫米计算。
弹簧钢、高碳铬轴承钢、工具钢的质量技术中对于脱碳层深度的要求较为严格。
对于弹簧钢，按照GB/T1222-1984标准中的基本质量技术要求规定：钢材的总脱碳层深度，没边不得大于表4-2的规定或双方协定。
冷拉圆钢表面每边总脱碳层深度不得超过公称直径的1%。
高碳铬轴承钢管脱碳层规定如下：冷轧钢管内表面和外表面每边总脱碳层深度均不大于；热轧钢管内表面和外表面每边总脱碳层深度不的大于和。
经剥皮、磨光或机械加工的钢材，表面不的有脱碳。
对于碳素工具钢，按照GB/T1298-1986标准中的基本质量技术要求规定：钢材应检验脱碳层深度，热轧和锻制钢材一边总脱碳层深度应不大于+%)mm,(D为钢材截面公称尺寸)；扁钢和截面尺寸大于100mm的钢材，总脱碳层深度由供需双方协定，扁钢的脱碳层深度在宽面上检查；冷拉钢材截面尺寸不大于16mm时，一边总脱碳层深度应不大于%D，截面尺寸大于16mm时，一边总脱碳层应不大于%D；供高频淬火用的冷拉钢材，一边总脱碳层深度应不大于1%D；银亮钢不允许有脱碳。
四、训练任务
1.任务名称：钢的布氏硬度测试
2.任务要求：①小组长明确分工，组内协助完成任务。
②工作细致认真，能熟练操作布氏硬度计。
③测试结果分析要思路清晰，任务单填写要求工整整洁。
④小组展示语言要大方得体，小组评价时要客观公正。
3.实训用具：标准硬度块3块、布氏硬度计、目测显微镜、纱布、酒精。
4.操作步骤：
（1）用棉纱布沾取少许酒精擦拭标准硬度块表面，至表面干净整洁。
（2）按标准要求选择合适的布氏硬度计的压头，将压头平整的安装在布氏硬度计的端头。
（3）在试验机的操作界面上设置压头类型、压头尺寸D、试验力F、保压时间t。
启动试验机开始硬度测试。
（4）测试完毕后，降下工作台，取下试样。
用目测显微镜测试压痕直径d，利用自动测试软件计算其布氏硬度值。
（5）按标准要求对测试结果进行修约，将修约后的结果记录在实训任务单的相应位置。
（6）各组派代表上讲台展示本组的测试结果，并简要分析数据或结果的处理过程。
（7）教师给出标准值和评分标准，学生完成组内自评、小组互评。
（8）教师对本次训练项目和知识点做总结，布置下次课的任务。
参考资料：GB/T231—1998《金属布氏硬度试验》
5.实训任务单
本次实训将学生分为三组，测试20#、45#、60#钢标准块的硬度，并简要分析钢的硬度与碳含量之间的关系。
五、教学评价
教师给出评分标准。
各小组进行小组间互评、小组内自评打分，教师做整体评价。
具体评分标。