--- title: "Czystość stali i ocena wtrąceń niemetalicznych" description: "Porównaj metody oceny czystości stali, w tym ASTM E45, ISO 4967, JIS G 0555, SEM/EDS oraz analizę zawartości tlenu całkowitego." canonical: https://steelequivalents.com/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych language: pl robots: index, follow og_type: article type: wiki-article language_alternates: en: https://steelequivalents.com/wiki/reading-a-datasheet/steel-cleanliness-and-nonmetallic-inclusion-rating.md cs: https://steelequivalents.com/cs/wiki/materiálový-list/čistota-oceli-a-hodnocení-nekovových-vměstků.md de: https://steelequivalents.com/de/wiki/werkstoffdatenblatt-lesen/stahlreinheit-und-bewertung-nichtmetallischer-einschlüsse.md es: https://steelequivalents.com/es/wiki/leer-una-ficha-técnica/limpieza-del-acero-y-clasificación-de-inclusiones-no-metálicas.md fr: https://steelequivalents.com/fr/wiki/lire-une-fiche-technique/propreté-de-l-acier-et-évaluation-des-inclusions-non-métalliques.md hu: https://steelequivalents.com/hu/wiki/anyagadatlap/az-acél-tisztasága-és-a-nemfémes-zárványok-minősítése.md it: https://steelequivalents.com/it/wiki/leggere-una-scheda-tecnica/pulizia-dell-acciaio-e-classificazione-delle-inclusioni-non-metalliche.md nl: https://steelequivalents.com/nl/wiki/materiaaldatablad/staalreinheid-en-beoordeling-van-niet-metallische-insluitsels.md pl: https://steelequivalents.com/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych.md pt: https://steelequivalents.com/pt/wiki/ler-uma-ficha-técnica/limpeza-do-aço-e-classificação-das-inclusões-não-metálicas.md ru: https://steelequivalents.com/ru/вики/характеристики-стали/чистота-стали-и-оценка-неметаллических-включений.md tr: https://steelequivalents.com/tr/wiki/teknik-veri-sayfası/çelik-temizliği-ve-metalik-olmayan-inklüzyonların-derecelendirilmesi.md zh: https://steelequivalents.com/zh/维基/如何读懂材料数据表/钢材洁净度与非金属夹杂物评级.md ja: https://steelequivalents.com/ja/ウィキ/鋼材データシートの読み方/鋼の清浄度および非金属介在物評価.md ar: https://steelequivalents.com/ar/ويكي/قراءة-ورقة-البيانات/نظافة-الفولاذ-وتصنيف-الشوائب-غير-المعدنية.md ko: https://steelequivalents.com/ko/위키/강재-물성표-읽는-법/강의-청정도-및-비금속-개재물-등급-평가.md pt-br: https://steelequivalents.com/pt-br/wiki/ler-uma-ficha-técnica/limpeza-do-aço-e-classificação-de-inclusões-não-metálicas.md hi: https://steelequivalents.com/hi/विकी/डेटाशीट-कैसे-पढ़ें/इस्पात-की-स्वच्छता-और-गैर-धात्विक-समावेशन-रेटिंग.md content_hash: sha256:c5750249a4e17cea64a65f3f4702281295226d0010d0e0c8f7668f4509af2eb0 generated: 2026-09-26 --- > **Machine-readable Markdown rendering.** This is a Markdown representation of a web page, > served for AI agents and crawlers as a token-efficient alternative to the full HTML. > Full interactive HTML version: https://steelequivalents.com/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych > Canonical URL: https://steelequivalents.com/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych > Available languages: en, cs, de, es, fr, hu, it, nl, pl, pt, ru, tr, zh, ja, ar, ko, pt-br, hi > Change detection: `content_hash` is the SHA-256 of this document's Markdown body — everything > below this block, whitespace-trimmed, excluding the front-matter. Compare it to detect a real > content change; `generated` moves on every render and is not a change signal. ![Czystość stali i ocena wtrąceń niemetalicznych](/images/uploads/4838ba8a-c10d-426e-a7ac-caef65c81206/wiki-hero-a-polished-steel-section-showing-contrasting-nonmetallic-inclusions-elongated-ma-1920x823.jpg) Jak czytać kartę materiałową # Czystość stali i ocena wtrąceń niemetalicznych Porównaj metody oceny czystości stali, w tym ASTM E45, ISO 4967, JIS G 0555, SEM/EDS oraz analizę zawartości tlenu całkowitego. ![Portret Andersa Bergströma, reportera branży stalowej](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg) **[Anders Bergström](/pl/aktualnosci/autor/anders-bergstrom "Anders Bergström")** Jak czytać kartę materiałową 47 min czytania Zaktualizowano 14 sie 2026 Zweryfikowano naukowo Na tej stronieNa tej stronie - [Co oznacza czystość stali — i czego nie oznacza ocena wtrąceń](/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych#co-oznacza-czystość-stali-i-czego-nie-oznacza-ocena-wtrąceń "Co oznacza czystość stali — i czego nie oznacza ocena wtrąceń") - [Jak powstają i zmieniają się wtrącenia niemetaliczne podczas przetwarzania stali](/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych#jak-powstają-i-zmieniają-się-wtrącenia-niemetaliczne-podczas-przetwarzania-stali "Jak powstają i zmieniają się wtrącenia niemetaliczne podczas przetwarzania stali") - [ASTM E45: Metody, Kategorie i Oceny według Tablic Referencyjnych](/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych#astm-e45-metody-kategorie-i-oceny-według-tablic-referencyjnych "ASTM E45: Metody, Kategorie i Oceny według Tablic Referencyjnych") - [ISO 4967 i DIN EN 10247: system obrazów wzorcowych do oceny mikrograficznej](/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych#iso-4967-i-din-en-10247-system-obrazów-wzorcowych-do-oceny-mikrograficznej "ISO 4967 i DIN EN 10247: system obrazów wzorcowych do oceny mikrograficznej") - [JIS G 0555 i SAE J422: podobne pytania, różne granice klasyfikacji](/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych#jis-g-0555-i-sae-j422-podobne-pytania-różne-granice-klasyfikacji "JIS G 0555 i SAE J422: podobne pytania, różne granice klasyfikacji") - [Przygotowanie Próbek, Mikroskopia i Dyscyplina Sprawozdawcza](/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych#przygotowanie-próbek-mikroskopia-i-dyscyplina-sprawozdawcza "Przygotowanie Próbek, Mikroskopia i Dyscyplina Sprawozdawcza") - [Dlaczego konwencjonalne oceny mogą nie wykrywać największego i najrzadszego wtrącenia](/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych#dlaczego-konwencjonalne-oceny-mogą-nie-wykrywać-największego-i-najrzadszego-wtrącenia "Dlaczego konwencjonalne oceny mogą nie wykrywać największego i najrzadszego wtrącenia") - [Automatyczna analiza wtrąceń: analiza obrazu, SEM i charakterystyka rentgenowska](/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych#automatyczna-analiza-wtrąceń-analiza-obrazu-sem-i-charakterystyka-rentgenowska "Automatyczna analiza wtrąceń: analiza obrazu, SEM i charakterystyka rentgenowska") - [Od danych dotyczących czystości do interpretacji inżynierskiej](/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych#od-danych-dotyczących-czystości-do-interpretacji-inżynierskiej "Od danych dotyczących czystości do interpretacji inżynierskiej") - [Jak porównywać wyniki według różnych norm bez tworzenia fałszywych odpowiedników](/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych#jak-porównywać-wyniki-według-różnych-norm-bez-tworzenia-fałszywych-odpowiedników "Jak porównywać wyniki według różnych norm bez tworzenia fałszywych odpowiedników") ## Co oznacza czystość stali — i czego nie oznacza ocena wtrąceń ### Czystość jako populacja cząstek niemetalicznych Czystość stali opisuje populację wtrąceń niemetalicznych w wyrobie stalowym, a nie jedną uniwersalną klasę jakości. Wtrącenie niemetaliczne to nierozpuszczalna cząstka zanieczyszczenia powstająca podczas wytwarzania lub odlewania stali i uwięziona w metalu w trakcie jego krzepnięcia. Do tej populacji mogą trafiać tlenki, siarczki, krzemiany, gliniany oraz złożone cząstki kuliste. Niektóre powstają w wyniku reakcji odtleniania, inne pochodzą z żużla, erozji materiału ogniotrwałego, zasypki formierskiej lub ponownego utlenienia. #### Zmienne leżące u podstaw wyniku oceny czystości Skład Co zawiera wtrącenie, na przykład siarczek manganu, tlenek glinu, glinian wapnia lub tlenek modyfikowany wapniem. Rozmiar Wymiary lub równoważna powierzchnia wtrącenia. Liczba Liczba cząstek występujących w określonej objętości lub na badanej powierzchni. Rozmieszczenie Czy cząstki są równomiernie rozproszone, skupione, ustawione w pasmach lub skoncentrowane w strefach. Położenie Miejsce występowania wtrąceń, na przykład w pobliżu powierzchni, na osi środkowej lub wzdłuż stref segregacji. Należy rozdzielić kilka zmiennych. **Skład** określa, co zawiera wtrącenie, na przykład siarczek manganu, tlenek glinu, glinian wapnia lub tlenek modyfikowany wapniem. **Rozmiar** dotyczy jego wymiarów lub równoważnego pola powierzchni. **Liczba** opisuje, ile cząstek występuje w określonej objętości lub na badanym obszarze. **Rozkład** wskazuje, czy cząstki są równomiernie rozproszone, skupione, ułożone w pasma lub skoncentrowane w określonych strefach. **Położenie** określa, gdzie występują: w pobliżu powierzchni, na osi wyrobu, wzdłuż stref segregacji, między cząstkami materiału kutego proszkowo lub w obszarze, który stanie się silnie obciążoną częścią komponentu. Zmienne te nie zmieniają się równolegle. Wytop może zawierać wiele bardzo małych tlenków, ale żadnej nietypowo dużej cząstki, podczas gdy inny może mieć małą średnią liczbę wtrąceń i jedno wtrącenie powodujące uszkodzenia. Walcowane pasmo siarczkowe i zwarty tlenek o takim samym wymiarze maksymalnym nie wywołają takiej samej koncentracji naprężeń ani nie będą identycznie reagować podczas przeróbki. ASTM B796:2020 wskazuje na podobną zależność w przypadku materiału kutego proszkowo o gęstości bliskiej pełnej: skład, rozmiar, rozkład i położenie wtrąceń silnie wpływają na właściwości otrzymanego materiału. #### Interpretuj metodę razem z wynikiem Podana ocena wtrąceń nie jest porównywalna bez informacji o postaci wyrobu, położeniu pobrania próbki, historii odkształcenia, badanej powierzchni i procedurze badania. Przeróbka zmienia wygląd wtrąceń. Lepiszcze siarczki mogą wydłużać się podczas walcowania, kruche tlenki mogą pękać, a niektóre cząstki mogą zachować kanciasty kształt lub stać się bardziej kuliste po obróbce wapniem. Obserwowana populacja odzwierciedla zatem zarówno historię wytwarzania stali, jak i historię odkształcania. Wynik oceny czystości ma znaczenie tylko w połączeniu z postacią wyrobu, położeniem miejsca pobrania próbki, historią odkształcenia, badanym obszarem i metodą badania. ### Dlaczego ocena nie jest bezpośrednią analizą chemiczną Konwencjonalna ocena wtrąceń jest obserwacją morfologii i rozległości, zdefiniowaną przez daną metodę. Nie stanowi analizy chemicznej każdej cząstki. ASTM E45-25 określa cztery metody makroskopowe i pięć metod mikroskopowych oznaczania oraz raportowania zawartości wtrąceń w stali przerobionej plastycznie. Jej znane kategorie mikroskopowe to A, B, C i D: typ A — siarczkowy, typ B — tlenku glinu, typ C — krzemianowy oraz typ D — kulistego tlenku. Oznaczenia te opisują wygląd i klasę morfologiczną zgodnie z daną metodą; nie dowodzą, że każda cząstka w danej kategorii ma jeden czysty skład chemiczny. Wzorce referencyjne ASTM E45 wykorzystują obrazy serii lekkiej i ciężkiej przy powiększeniu 100×, z polem widzenia próbki o powierzchni około 0,50 mm². Zgłoszony wynik, taki jak „B 1.5 heavy”, oznacza zatem, że obserwowane pole przypominało określony poziom wzorcowy przy zastosowaniu określonej procedury badania. Nie oznacza to, że stal zawiera zmierzone chemicznie stężenie tlenku glinu równe uniwersalnemu progowi. Nie określa również największego wtrącenia występującego w dowolnym miejscu wytopu. Ta sama populacja wtrąceń może otrzymać różne opisy, ponieważ normy określają różne kategorie, zakresy i zasady raportowania. | Norma | Klasyfikacja lub zakres | Kluczowe ograniczenie | |---|---|---| | ASTM E45-25 | Siarczek typu A, tlenek glinu typu B, krzemian typu C, tlenek kulisty typu D; metody makroskopowe i mikroskopowe | Klasy raportowania morfologicznego, a nie pełna analiza chemiczna | | JIS G 0555:2020 | Typ A: odkształcenie lepkie; typ B: ziarnisty i nieciągły; typ C: nieregularnie rozproszony | Oznaczenia literowe nie są wymienne z kategoriami ASTM | | DIN EN 10247:2017 | Badanie mikrograficzne z wykorzystaniem obrazów wzorcowych | Wynik zależy od przygotowania, wyboru pola i układu obrazów wzorcowych | | ISO 4967:2026 | Metoda mikrograficzna dla wyrobów walcowanych lub kutych ze stopniem redukcji wynoszącym co najmniej 3 | Zakres jest powiązany z wcześniejszym odkształceniem | | SAE J422:201801 | Ilościowa praktyka badań mikroskopowych | Mikrofotografie nie są przeznaczone do stali ponownie siarkowanych ani zasadniczo do wysokowęglowych stali łożyskowych klasyfikowanych zwykle według ASTM E45 | Inne normy klasyfikują tę samą mikrostrukturę w odmienny sposób. JIS G 0555:2020 stosuje typ A dla wtrąceń powstałych w wyniku lepkiego odkształcenia podczas przeróbki, typ B dla wtrąceń ziarnistych i nieciągłych oraz typ C dla wtrąceń rozmieszczonych nieregularnie, bez lepkiego odkształcenia. DIN EN 10247:2017 określa badanie mikrograficzne z wykorzystaniem obrazów wzorcowych, natomiast ISO 4967:2026 określa odpowiadającą mu metodę międzynarodową dla walcowanych lub kutych wyrobów stalowych o stopniu przerobu wynoszącym co najmniej 3. Nazw kategorii nie można przenosić między normami bez sprawdzenia definicji, przygotowania próbki, powiększenia, zasad wyboru pól i reguł raportowania. Pytanie dotyczące składu chemicznego wymaga zastosowania innego narzędzia. Skaningowa mikroskopia elektronowa z analizą rentgenowską z dyspersją energii (SEM/EDS) może charakteryzować pojedyncze cząstki i rozróżniać na przykład tlenek bogaty w tlenek glinu od glinianu wapnia lub złożonego wtrącenia zawierającego mangan. Finansowany przez DOE projekt ASCAT wykorzystywał sterowaną komputerowo skaningową mikroskopię elektronową z analizą rentgenowską do powiązania rozmiaru, składu i rozkładu poszczególnych wtrąceń z ogólną czystością stali. Automatyczna analiza obrazu może zliczać i określać rozmiary cząstek w wielu polach, jednak jej wynik nadal zależy od zasad progowania i ograniczeń kontrastu. ### Rozdzielenie czystości, tlenu całkowitego i właściwości mechanicznych Tlen całkowity i czystość pod względem wtrąceń są ze sobą powiązane, ale nie są wymiennymi pomiarami. Tlen całkowity oznacza ilość tlenu obecnego w analizowanej próbce stali, w tym tlenu związanego we wtrąceniach tlenkowych oraz, zależnie od procedury, tlenu rozpuszczonego. Nie opisuje on kształtu cząstek, rozkładu ich rozmiarów, położenia ani tego, czy tlenek jest skoncentrowany w kilku dużych wtrąceniach. Dwa wytopy o podobnej zawartości tlenu całkowitego mogą zatem mieć odmienne populacje wtrąceń i odmienne poziomy ryzyka. Sama ocena według wzorców również nie może przewidzieć trwałości komponentu. Wytrzymałość zmęczeniowa, odporność na pękanie, zmęczenie w warunkach styku tocznego, ciągliwość, skrawalność i podatność na kucie zależą nie tylko od wtrąceń, lecz także od gatunku stali, struktury osnowy, obróbki cieplnej, stanu naprężeń, stanu powierzchni, widma obciążeń i geometrii komponentu. Duże wtrącenie w silnie obciążonej strefie podpowierzchniowej może mieć większe znaczenie niż wiele małych cząstek w innych miejscach. Położenie zmienia wynik oceny. W przypadku bardzo czystych stali łożyskowych konwencjonalne oceny ASTM i JIS mogą nie rozróżniać wytopów, ponieważ badane pola zawierają niewiele cząstek lub nie zawierają ich wcale w rozdzielczości wzorców. Recenzowane badanie JIS wykazało, dlaczego maksymalny rozmiar wtrącenia wyrażony jako √area może dostarczać bardziej użytecznych informacji, gdy jest oceniany z wykorzystaniem statystyki wartości ekstremalnych. ASTM E2283-08(2019), opracowana w ramach podkomitetu ASTM E04.09 równolegle z ASTM E45-25, dotyczy tego rodzaju analizy wartości ekstremalnych. Pytanie zmienia się wówczas z „Jaka klasa wzorcowa wystąpiła w tych polach?” na „Jaki rozmiar rzadkiego wtrącenia może prawdopodobnie wystąpić w większej badanej lub wyprodukowanej objętości?”. Żaden pojedynczy wynik nie odpowiada na wszystkie pytania dotyczące czystości. Oceny według wzorców umożliwiają porównywanie morfologii w ramach określonej metody; analiza obrazu dostarcza danych o liczbie i rozkładzie rozmiarów; SEM/EDS określa skład chemiczny cząstek; tlen całkowity mierzy łączną ilość tlenu; metody wartości ekstremalnych dotyczą rzadkich, dużych wtrąceń. Traktowanie któregokolwiek z tych wyników jako uniwersalnej wartości zaliczenia lub odrzucenia oznacza pomieszanie różnych pomiarów i może prowadzić do przypisania prognozy trwałości eksploatacyjnej, której dane badanie nigdy nie miało dostarczać. ## Jak powstają i zmieniają się wtrącenia niemetaliczne podczas przetwarzania stali ![Czystość stali i ocena wtrąceń niemetalicznych](/images/uploads/89952f30-871d-4ac8-9c1e-41a54c8fd217/wiki-inline-a-continuous-casting-steel-strand-showing-nonmetallic-inclusions-moving-through-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/89952f30-871d-4ac8-9c1e-41a54c8fd217/wiki-inline-a-continuous-casting-steel-strand-showing-nonmetallic-inclusions-moving-through-1920x1094.avif "Powiększ obraz — Czystość stali i ocena wtrąceń niemetalicznych")Casting flow and the advancing solidification front determine where inclusions remain in the strand. ### Źródła podczas wytwarzania stali i odlewania National Institute of Standards and Technology (NIST) opisuje wtrącenia niemetaliczne jako nierozpuszczalne cząstki zanieczyszczeń powstające podczas wytwarzania stali i odlewania oraz uwięzione w czasie krzepnięcia. Ta definicja ma znaczenie, ponieważ wtrącenie nie jest po prostu „brudem” obecnym już we wsadzie. Jego skład i kształt mogą rozwijać się w wyniku reakcji zachodzących między ciekłą stalą, żużlem, materiałami ogniotrwałymi, dodatkami stopowymi i atmosferą. Wtrącenia tlenkowe powstają zazwyczaj wtedy, gdy rozpuszczone pierwiastki reagują z tlenem. Na przykład stal odtleniona glinem może tworzyć tlenek glinu, Al₂O₃, gdy glin usuwa rozpuszczony tlen z ciekłego metalu. Produkty odtleniania mogą zderzać się i aglomerować albo mogą zostać zmodyfikowane w wyniku obróbki wapniem do faz glinianów wapnia o odmiennych właściwościach topnienia i odkształcania. Wtrącenia krzemianowe mogą powstawać w wyniku reakcji stal–żużel, oddziaływania materiału ogniotrwałego lub złożonych reakcji tlenkowych. Wciągnięty żużel i cząstki materiału ogniotrwałego stanowią inną drogę ich powstawania, szczególnie gdy turbulencje wciągają warstwę żużla do metalu albo gdy dysza, wyłożenie kadzi lub układ zanurzonego wprowadzania strumienia uwalnia fragmenty materiału. Wtrącenia siarczkowe powstają głównie wtedy, gdy podczas chłodzenia siarka łączy się z manganem i innymi pierwiastkami. Siarczek manganu, MnS, ma szczególne znaczenie w stalach niskostopowych i automatycznych. W gatunku z podwyższoną zawartością siarki zamierzona populacja siarczków może być znacznie większa niż w stali łożyskowej o niskiej zawartości siarki, dlatego porównanie liczbowe bez uwzględnienia gatunku, postaci wyrobu i metody badania może prowadzić do błędnych wniosków. Cząstki azotków i węglikoazotków mogą również wytrącać się podczas chłodzenia lub późniejszej obróbki cieplnej, chociaż standardowe oceny wtrąceń nie zawsze identyfikują je pod względem chemicznym. Opis IMPACTS opracowany przez NIST wskazuje skład, rozmiar i liczbę wtrąceń jako parametry czystości stali. Równie istotny jest ich rozkład: kilka dużych cząstek skupionych w jednym obszarze nie stwarza takiego samego ryzyka jak ta sama liczba cząstek rozmieszczonych w całym przekroju. Zawartość tlenu całkowitego mierzy ilość tlenu związaną z populacją tlenków, ale nie ujawnia rozmiaru największego wtrącenia, jego składu chemicznego ani tego, czy cząstki występują w skupiskach. Zautomatyzowana analiza obrazu oraz skaningowa mikroskopia elektronowa z analizą rentgenowską z dyspersją energii (SEM/EDS) odpowiadają na inne pytania niż badanie zawartości tlenu całkowitego. Odlewanie decyduje o tym, dokąd trafiają te cząstki. Podczas odlewania ciągłego wtrącenia mogą wypływać do żużla, przyłączać się do pęcherzyków, być przechwytywane przez front krzepnięcia lub pozostawać zawieszone aż do momentu, gdy zostaną uwięzione. Na tę konkurencję wpływają wzorce przepływu, prędkość odlewania, przegrzanie stali, mieszanie elektromagnetyczne oraz zachowanie topnika krystalizacyjnego. Ostateczna populacja wtrąceń odzwierciedla zatem historię procesu przed rozpoczęciem walcowania. ### Uwięzienie podczas krzepnięcia Gdy pasmo, kęs lub wlewek stalowy zamarza, front krzepnięcia odrzuca część rozpuszczonych pierwiastków do pozostałej cieczy. Siarka, związki zawierające tlen i inne substancje rozpuszczone mogą koncentrować się w obszarach międzydendrytycznych, gdzie powstają nowe wtrącenia lub zostają uwięzione istniejące cząstki. Prawdopodobieństwo pochłonięcia cząstki przez front rośnie, gdy granica faz przesuwa się szybciej, niż cząstka może się od niej oddalić, choć znaczenie mają również rozmiar cząstki, energia międzyfazowa, przepływ cieczy i lokalny skład chemiczny. Powoduje to zróżnicowanie przestrzenne. Wtrącenia mogą koncentrować się w osi wyrobu, układać się zgodnie z segregacją międzydendrytyczną lub być nierównomiernie rozmieszczone w kęsie. Porowatość i jamy skurczowe mogą stanowić dodatkowe miejsca gromadzenia się tlenków. Dlatego ten sam wytop może dawać różne wyniki badań w zależności od tego, czy próbkę pobrano z osi, z ćwierci grubości, z obszaru przypowierzchniowego, z płaszczyzny wzdłużnej czy z płaszczyzny poprzecznej. Położenie zmienia również konsekwencje inżynierskie. Mały tlenek odizolowany w osnowie może mieć niewielki wpływ, podczas gdy skupisko tlenku glinu w pobliżu powierzchni krytycznej zmęczeniowo może zainicjować pęknięcie. Ryzyko często zależy od wtrącenia największego lub bliskiego największemu, a nie od średniej liczby wtrąceń. Podkomitet ASTM E04.09 wymienia ASTM E45-25 oraz ASTM E2283-08(2019), przy czym ten drugi dokument dotyczy analizy wartości ekstremalnych wtrąceń niemetalicznych w stali. W recenzowanym badaniu stali łożyskowych wykazano, że konwencjonalne oceny według ASTM i JIS mogą nie odróżniać materiałów o bardzo wysokiej czystości; wyrażenie maksymalnego rozmiaru wtrącenia jako √area i zastosowanie statystyki wartości ekstremalnych może rozdzielić populacje, które w rutynowej ocenie według tablic wyglądają identycznie. Struktura krzepnięcia decyduje również o tym, w jaki sposób późniejsza obróbka plastyczna ujawni wtrącenia. Cząstka uwięziona między dendrytami może podczas przeróbki zostać wydłużona wzdłuż osi wyrobu. Inna cząstka, znajdująca się w obszarze mniej ograniczonym, może pękać, rozpraszać się lub zachować zwarty kształt. ![Czystość stali i ocena wtrąceń niemetalicznych](/images/uploads/8b9e24c7-2452-4ca7-a38a-67eff665170c/wiki-inline-a-steel-inclusion-population-before-and-after-rolling-showing-a-manganese-sulfid-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/8b9e24c7-2452-4ca7-a38a-67eff665170c/wiki-inline-a-steel-inclusion-population-before-and-after-rolling-showing-a-manganese-sulfid-2027x2560.avif "Powiększ obraz — Czystość stali i ocena wtrąceń niemetalicznych")Working changes inclusion shape, orientation, spacing, and apparent morphology. ### Odkształcanie podczas walcowania i kucia Walcowanie i kucie nie usuwają wszystkich wtrąceń. Zmieniają ich geometrię, orientację i wzajemne odległości, a czasami również ich strukturę wewnętrzną. Ciągliwy siarczek, taki jak MnS, może odkształcać się wraz z otaczającą stalą, stając się długą, wąską wydłużką równoległą do kierunku walcowania. Tlenki, takie jak tlenek glinu, są na ogół twardsze i mniej ciągliwe niż osnowa. Mogą pękać na segmenty, obracać się, oddzielać od stali lub pozostawać stosunkowo kuliste. Niektóre krzemiany miękną w temperaturach obróbki na gorąco i mogą się wydłużać; inne zachowują się bardziej jak kruche cząstki. Odpowiedź zależy od składu chemicznego. Dlatego wydłużki siarczkowe różnią się od tlenków kulistych zarówno wyglądem, jak i oddziaływaniem. Przekrój wzdłużny walcowanej stali może ukazywać MnS jako cienkie, pozornie ciągłe linie, podczas gdy na przekroju poprzecznym mogą być widoczne krótkie punkty lub spłaszczone plamy. Skupisko tlenku glinu może wyglądać jak kilka kanciastych fragmentów w jednej płaszczyźnie, a w innej jak pojedyncza nieregularna cząstka. Liczba wtrąceń w populacji nie musiała się zmienić; zmieniło się przecięcie płaszczyzny z obiektami trójwymiarowymi. Znaczenie ma również stopień przerobu. Silnie walcowany wyrób może rozciągnąć wtrącenia na większą odległość i zmniejszyć ich pozorną grubość, natomiast kucie może rozbijać skupiska i redystrybuować cząstki w wyniku wielokrotnego ściskania. Z drugiej strony niewystarczający przerób może pozostawić skoncentrowane skupiska lub wady związane z jamami skurczowymi. ISO 4967:2026 określa metodę mikrograficzną dla walcowanych lub kutych wyrobów stalowych o stopniu przerobu wynoszącym co najmniej 3; zakres tej normy wiąże metodę obserwacji z wcześniejszym odkształceniem, zamiast traktować każdy stan po odlaniu jako równoważny. Przywołane normy reprezentują różne krajowe, regionalne i międzynarodowe ramy badania i raportowania wtrąceń. Normy w różny sposób uwzględniają te skutki morfologiczne. ASTM E45-25 określa cztery metody makroskopowe i pięć metod mikroskopowych oznaczania oraz raportowania zawartości wtrąceń w stali przerobionej plastycznie. Jej mikroskopowe kategorie A, B, C i D są klasami raportowania morfologii, a nie bezpośrednią identyfikacją chemiczną. Tablice wzorcowe ASTM E45 wiążą typ A z siarczkami, typ B z tlenkiem glinu, typ C z krzemianami, a typ D z tlenkiem kulistym; serie „thin” i „heavy” ocenia się przy powiększeniu 100× na polu próbki o powierzchni około 0,50 mm². Oznaczenia te są użytecznymi obserwacjami, lecz linia typu A nie stanowi analizy chemicznej MnS. DIN EN 10247:2017 wykorzystuje obrazy wzorcowe do badań mikrograficznych, natomiast ISO 4967 określa odpowiadającą im metodę międzynarodową. JIS G 0555:2020 definiuje natomiast typ A jako wtrącenia powstałe w wyniku lepkiego odkształcania podczas przeróbki, typ B jako wtrącenia ziarniste i nieciągłe, a typ C jako wtrącenia nieregularnie rozproszone, bez odkształcenia lepkiego. Kategorie te mają zbliżony cel, ale nie są równoważnymi klasami. W konsekwencji dwa laboratoria mogą zbadać materiał z tego samego wytopu i przedstawić różniące się populacje wtrąceń, jeśli zastosują inne płaszczyzny, powiększenia, pola widzenia, historie przerobu lub normy. Ocena według tablic opisuje to, co widzi wybrana metoda. SEM/EDS może identyfikować skład i morfologię każdej cząstki; analiza obrazu może określać ilościowo rozmiar i rozkład; zawartość tlenu całkowitego szacuje ilość składników zawierających tlen; analiza wartości ekstremalnych odnosi się do największych cząstek. Żadna z tych metod nie zastępuje pozostałych. ## ASTM E45: Metody, Kategorie i Oceny według Tablic Referencyjnych ASTM E45-25 to rodzina metod makroskopowych i mikroskopowych, a nie jedna uniwersalna klasa czystości stali. Strong evidence \[1\] \[1\] [**ASTM E45: Standard Practice for Determining the Inclusion Content of Steel**](https://store.astm.org/standards/e45). ASTM International. ASTM International standard, 2025.ASTM E45-25 nie jest pojedynczą procedurą mikroskopową i nie przypisuje stali jednej uniwersalnej klasy czystości. Jest to rodzina metod służących do określania i raportowania zawartości wtrąceń niemetalicznych w stali przerabianej plastycznie. ASTM International podaje, że wydanie z 2025 roku obejmuje cztery metody makroskopowe i pięć metod mikroskopowych. Wybór metody zmienia sposób obserwacji, badaną powierzchnię, czułość na wielkość i kształt wtrąceń oraz formę raportowanego wyniku. To rozróżnienie ma znaczenie, ponieważ wtrącenia są nierozpuszczalnymi cząstkami powstającymi podczas wytwarzania lub odlewania stali i uwięzionymi w metalu podczas jego krzepnięcia. Ocena może opisywać to, co pojawia się na przygotowanym przekroju, bez pełnej identyfikacji składu chemicznego cząstek lub przewidywania ich wpływu w każdym zastosowaniu. Prace NIST w ramach projektu IMPACTS wskazują skład, wielkość i liczbę jako ważne parametry czystości; na zachowanie wtrąceń podczas walcowania, kucia, obróbki skrawaniem, zmęczenia i pękania wpływają również ich rozmieszczenie i położenie. #### Co ujawniają grupy metod ASTM E45 - **Metody makroskopowe** Ujawniają segregację, skupiska, smugi, duże wtrącenia i inne nieciągłości większej skali na stosunkowo dużych powierzchniach. - **Metody mikroskopowe** Badają wypolerowane i wytrawione przekroje przy określonym powiększeniu, porównując je z kryteriami oceny lub zmierzonymi ilościami wtrąceń. - **Porównanie z obrazami wzorcowymi** Zapewnia ustandaryzowane porównanie wizualne, ale pozostaje wrażliwe na wybór pola i ocenę operatora. - **Automatyczna analiza obrazu** Może mierzyć długość i szerokość wtrąceń, udział powierzchniowy, średnicę równoważną, współczynnik kształtu i gęstość liczbową. ### Cztery metody makroskopowe i pięć metod mikroskopowych Metody makroskopowe obejmują stosunkowo dużą powierzchnię lub nieciągłość o większej skali w stali. Są przydatne do wykrywania segregacji, skupisk, pasm, dużych wtrąceń i innych nieciągłości, które mogą zostać pominięte w małym polu widzenia mikroskopu. W zależności od metody i wyrobu badanie może obejmować powierzchnię przełomu, powierzchnię wytrawioną makroskopowo, przekrój głęboko wytrawiony lub inny przygotowany obszar przeznaczony do ujawnienia nieciągłości o większej skali. Metody te odpowiadają na inne pytanie niż zliczanie wtrąceń na wypolerowanym przekroju: nie „ile cząstek znajduje się w tym małym polu?”, lecz „czy wyrób zawiera wyraźne lub nietypowo skoncentrowane nieciągłości na badanym obszarze?”. Metody mikroskopowe obejmują obserwację wypolerowanych i wytrawionych przekrojów przy określonym powiększeniu oraz porównanie zaobserwowanych wtrąceń ze zdefiniowanymi kryteriami oceny. ASTM E45 obejmuje oceny oparte na tablicach oraz metody oparte na zliczaniu lub pomiarze wtrąceń; dlatego pięciu metod mikroskopowych nie należy traktować jako wzajemnie zamiennych wersji tego samego badania. Jedna może koncentrować się na najgorszym polu, inna może rejestrować liczbę lub długość wtrąceń na określonej powierzchni, a jeszcze inna może wykorzystywać zautomatyzowaną analizę obrazu. Wynik zależy od orientacji przekroju, planu pobierania próbek, wyboru pól, ustawień mikroskopu, zasad ustalania progów oraz od tego, czy procedura raportuje obserwację maksymalną, czy średnią. Ocena na podstawie tablic jest szczególnie wrażliwa na wybór pola. Jeżeli operator wyszukuje i raportuje najgorsze pole, zlokalizowane pasmo wtrąceń może zadecydować o wyniku. Jeżeli pola są wybierane systematycznie i uśredniane, ta sama stal może otrzymać niższą wartość liczbową, mimo że nadal zawiera tę samą lokalną nieciągłość. Żaden z tych wyników nie jest automatycznie „prawidłowy” bez znajomości metody wymaganej przez specyfikację materiałową. Analiza zautomatyzowana umożliwia pomiary długości, szerokości, udziału powierzchniowego, średnicy zastępczej, współczynnika kształtu i gęstości liczbowej, ale automatyzacja nie eliminuje problemu wyboru metody. Rysy po polerowaniu, kontrast po trawieniu, pory, cząstki węglików i stykające się wtrącenia mogą zostać nieprawidłowo sklasyfikowane, jeżeli zasady obrazowania i weryfikacji nie są kontrolowane. Finansowany przez DOE projekt ASCAT wykazał wartość skaningowej mikroskopii elektronowej sterowanej komputerowo, połączonej z analizą rentgenowską, w określaniu zależności między wielkością i składem poszczególnych wtrąceń a ich rozmieszczeniem. Jest to charakterystyka, a nie jedynie konwencjonalne porównanie z tablicami E45. ### Kategorie morfologiczne A, B, C i D ASTM E45 porządkuje obserwacje mikroskopowe w cztery nazwane kategorie morfologiczne; wykres nie określa stężenia chemicznego ilościowo. Znane kategorie mikroskopowe ASTM E45 są klasami raportowania morfologii. Opisują one wygląd wtrącenia lub pasma wtrąceń na wypolerowanym przekroju. **Sulfid A** oznacza wydłużone, odkształcalne wtrącenia powszechnie związane z pasmami siarczkowymi. Materiał uzupełniający ASTM identyfikuje typ A jako siarczkowy. W wyrobie walcowanym wtrącenia te zazwyczaj wykazują długi wymiar równoległy do kierunku przeróbki. **Alumina B** opisuje kanciaste, często wyglądające na kruche wtrącenia lub ich skupiska, związane w tablicach referencyjnych z tlenkiem glinu. Mogą występować jako pojedyncze cząstki, grupy ułożone w jednej linii lub rozbite skupiska, a ich kształt może odzwierciedlać odkształcenie i rozdrobnienie podczas przeróbki. **Krzemian C** opisuje wydłużone, odkształcalne wtrącenia identyfikowane w materiale uzupełniającym jako krzemianowe. Podobnie jak wtrącenia A, wtrącenia C mogą tworzyć pasma, lecz ich morfologia i pozycja w tablicach odróżniają je od serii A. **Globularny tlenek D** obejmuje zasadniczo zaokrąglone lub kuliste wtrącenia tlenkowe. Tablice referencyjne ASTM identyfikują typ D jako globularny tlenek, a oceny opierają się na wielkości, liczbie i wyglądzie cząstek w obserwowanym polu. Nazw tych nie należy traktować jako pełnej identyfikacji chemicznej. Określenie „alumina B” jest na przykład oznaczeniem referencyjnym ASTM powiązanym z charakterystyczną morfologią i klasą w tablicy; nie dowodzi, że każda cząstka w tej klasie składa się z czystego Al₂O₃. Wtrącenia mogą zawierać mieszane tlenki, siarczki, krzemiany, gliniany wapnia, fazy spinelowe, uwięziony żużel lub produkty reakcji. Potwierdzenie składu chemicznego wymaga zastosowania innej techniki, najczęściej skaningowej mikroskopii elektronowej z spektroskopią rentgenowską z dyspersją energii (SEM/EDS), przy czym również w przypadku SEM/EDS należy zachować ostrożność, ponieważ na małe cząstki może wpływać otaczająca je osnowa stalowa. Inne normy stosują odmienne systemy kategorii. JIS G 0555:2020 stosuje typ A dla wtrąceń powstających w wyniku lepkiego odkształcenia podczas przeróbki, typ B dla wtrąceń ziarnistych i nieciągłych oraz typ C dla wtrąceń rozmieszczonych nieregularnie, bez lepkiego odkształcenia. Oznaczenia typu A, B i C nie są równoważne oznaczeniom A, B, C i D stosowanym w ASTM E45. ### Serie cienka i ciężka w polu referencyjnym Obrazy referencyjne ASTM E45 łączą cztery kategorie morfologiczne z seriami o małym i dużym nasileniu. | Kategoria ASTM E45 | Opis referencyjny | Seria | |---|---|---| | A | Siarczek | Cienka i gruba | | B | Tlenek glinu | Cienka i gruba | | C | Krzemian | Cienka i gruba | | D | Tlenek kulisty | Cienka i gruba | Uzupełniające tablice referencyjne ASTM E45 służą do oceny wtrąceń typu: siarczek A, alumina B, krzemian C i globularny tlenek D, w seriach cienkiej i ciężkiej. Określenia „cienka” i „ciężka” opisują ilość i wizualną intensywność populacji wtrąceń przedstawionej na obrazie referencyjnym; nie oznaczają odrębnych typów chemicznych. Porównania z tablicą dokonuje się przy powiększeniu 100×, na polu próbki o powierzchni około 0,50 mm². To stałe pole referencyjne nadaje numerowi oceny określoną skalę. Nie oznacza jednak, że cały wlewek, pręt, blacha lub odkuwka zawiera wyłącznie cząstki widoczne w jednym polu. Ocena jest wynikiem obserwacji wykonanej na pobranych przekrojach i w wybranych polach, dlatego miejsce i orientacja pobrania próbki pozostają kluczowe. Przekroje wzdłużne mogą ujawniać pasma inaczej niż przekroje poprzeczne, natomiast nieliczna populacja dużych cząstek może całkowicie umknąć badaniu obejmującemu małą powierzchnię. To ograniczenie wyjaśnia, dlaczego wyniku oceny według tablic E45 nie należy przekształcać w uniwersalne stwierdzenie o spełnieniu lub niespełnieniu wymagań bez uwzględnienia obowiązującej specyfikacji wyrobu. Na przykład stal oznaczona jako D 1.0 ma wynik powiązany z kategorią D, serią cienką lub ciężką, powiększeniem, polem referencyjnym, badanym przekrojem i wybraną procedurą oceny. Nie jest to pojedynczy procent czystości i sama w sobie nie mówi nic o maksymalnej wielkości wtrąceń poza badanymi polami. W przypadku bardzo czystych stali łożyskowych konwencjonalne oceny ASTM lub JIS mogą nie rozróżniać istotnych różnic, ponieważ w polach tablic pojawia się zbyt mało wtrąceń. Analiza wartości ekstremalnych może dotyczyć innego ryzyka: prawdopodobnej największej wielkości wtrącenia w badanej objętości. ASTM E2283-08(2019), wymieniona wraz z ASTM E45-25 w ramach Podkomitetu ASTM E04.09, dotyczy analizy wartości ekstremalnych wtrąceń niemetalicznych w stali. W japońskim badaniu wykazano, że maksymalną wielkość wtrącenia wyrażoną jako √area można oceniać za pomocą statystyki wartości ekstremalnych. ISO 4967:2026 również określa metodę mikrostrukturalną z wykorzystaniem tablic referencyjnych lub analizy obrazu dla wyrobów stalowych walcowanych lub kutych o stopniu przerobu wynoszącym co najmniej 3. Oceny według tablic E45 pozostają zatem przydatne do standaryzowanego porównywania morfologii, ale nie są analizami chemicznymi, pomiarami całkowitej zawartości tlenu ani gwarancją braku rzadkiego, dużego wtrącenia. Każda z tych metod odpowiada na węższe pytanie. ## ISO 4967 i DIN EN 10247: system obrazów wzorcowych do oceny mikrograficznej ### Zakres ISO 4967:2026 i stopień przerobu #### Ograniczenie zastosowania Nie należy automatycznie stosować interpretacji ISO 4967:2026 do staliwa ani materiału poddanego niewielkiej obróbce plastycznej. Określony zakres normy dotyczy wyrobów walcowanych lub kutych ze stopniem redukcji wynoszącym co najmniej 3. ISO 4967:2026 określa metodę mikrograficznej oceny wtrąceń niemetalicznych w wyrobach stalowych walcowanych lub kutych, których stopień przerobu wynosi co najmniej 3. To zastrzeżenie nie jest drobnym szczegółem. Walcowanie i kucie zmieniają kształt oraz rozmieszczenie uwięzionych cząstek, dlatego metoda zakłada, że wyrób został poddany wystarczającej obróbce plastycznej, aby uzyskać morfologię wtrąceń, do której odnosi się dana procedura. Odlew stalowy lub wyrób o mniejszym stopniu odkształcenia nie powinien być automatycznie interpretowany w taki sam sposób na podstawie tej normy. Metoda polega na badaniu przygotowanego i trawionego lub nietrawionego zgładu poprzez porównanie go z wzorcowymi tablicami odniesienia albo za pomocą analizy obrazu, jeżeli procedura i system raportowania to umożliwiają. Wynik jest zatem opisem tego, co pojawia się w wybranych polach mikroskopowych, a nie bezpośrednią analizą chemiczną stali. Wtrącenia niemetaliczne są nierozpuszczalnymi cząstkami powstającymi podczas wytwarzania lub odlewania stali i pozostającymi w niej podczas krzepnięcia. Ich skład, rozmiar, liczba, morfologia, rozmieszczenie i położenie mogą wpływać na właściwości użytkowe, jednak konwencjonalna ocena według tablic uwzględnia tylko niektóre z tych zmiennych. Przerób plastyczny zmienia również morfologię wtrąceń w sposób zależny od kierunku. Cząstka siarczku manganu może przekształcić się w wydłużone pasmo, podczas gdy twarde skupisko tlenku glinu może ulec rozkruszeniu, rozprzestrzenieniu albo pozostać zwartą grupą. Ocena wykonana na zgładzie wzdłużnym może zatem istotnie różnić się od oceny zgładu poprzecznego. Kierunek pobierania próbki, położenie zgładu oraz liczba pól muszą być podane razem z oceną, aby inne laboratorium mogło ją prawidłowo zinterpretować. ISO 4967:2026 nie ustanawia jednej uniwersalnej klasy czystości. Określa metodę i warunki jej stosowania. Zgłoszony wynik może rozróżniać klasy wtrąceń i ich nasilenie, lecz znaczenie tego wyniku zależy od wyrobu, gatunku stali, płaszczyzny badania i specyfikacji odbiorczej. Zawartość tlenu całkowitego może wskazywać ogólną ilość wtrąceń zawierających tlen, ale nie pozwala określić kształtu cząstek ani stwierdzić, czy występuje niewielka liczba dużych wtrąceń. Z kolei ocena mikrograficzna może ukazywać morfologię bez potwierdzania tożsamości chemicznej każdej cząstki. ### DIN EN 10247:2017 i obrazy wzorcowe DIN EN 10247:2017 jest niemiecką wersją europejskiej normy EN 10247:2017 zatytułowanej *Mikrograficzne badanie wtrąceń niemetalicznych w stalach z zastosowaniem obrazów wzorcowych*. Oznaczenie „DIN EN” wskazuje, że dokument europejski został przyjęty do niemieckiego systemu normalizacyjnego; nie jest ono jedynie nieformalnym niemieckim tłumaczeniem niezwiązanej z nim krajowej procedury. System obrazów wzorcowych jest ściśle powiązany z międzynarodowym podejściem mikrograficznym określonym w ISO 4967. Operator porównuje obserwowane pola z obrazami odniesienia przedstawiającymi wygląd i nasilenie wtrąceń. W praktyce oznacza to ocenę takich cech, jak długość, grubość, kanciastość, ciągłość, skupienie i widoczne odkształcenie. Seria obrazów zapewnia wspólny język wizualny, lecz nie przekształca wyglądu w informację o składzie chemicznym. Na przykład ciemna, wydłużona cecha może odpowiadać pasmu siarczkowemu, natomiast zwarte, kanciaste skupisko może sugerować tlenek glinu; potwierdzenie wymagałoby zastosowania takiej metody, jak skaningowa mikroskopia elektronowa z analizą rentgenowską z dyspersją energii (SEM/EDS). Znany system ASTM E45-25 ilustruje to samo ograniczenie w ramach innej rodziny norm. ASTM E45-25 określa cztery metody makroskopowe i pięć metod mikroskopowych służących do oznaczania i raportowania zawartości wtrąceń w stali przerobionej plastycznie. Kategorie mikroskopowe A, B, C i D opisują morfologię, a nie identyfikują bezpośrednio składu. Tablice uzupełniające ASTM E45 wyróżniają typy A-sulfide, B-alumina, C-silicate i D-globular-oxide, przy czym serie thin i heavy ocenia się przy powiększeniu 100× na powierzchni pola wynoszącej około 0,50 mm². Tych oznaczeń ani wartości z tablic nie wolno przenosić do DIN EN 10247:2017 lub ISO 4967 tak, jak gdyby skale te były wzajemnie wymienne. JIS G 0555:2020 pokazuje, dlaczego systemy oznaczeń wymagają ostrożności. Stosuje ona typ A dla wtrąceń powstających w wyniku lepkiego odkształcenia podczas przerobu, typ B dla wtrąceń ziarnistych i nieciągłych oraz typ C dla wtrąceń rozmieszczonych nieregularnie, bez lepkiego odkształcenia. Podobne cechy wizualne mogą otrzymywać różne nazwy, klasy lub wartości graniczne w zależności od stosowanej normy. ### Tablice odniesienia a analiza obrazu Porównywanie z obrazami wzorcowymi jest szybkie, znane i przydatne w kontroli produkcji. Zawiera jednak element oceny operatora. Dwaj badający mogą wybrać różne pola, zaklasyfikować pole graniczne do różnych klas nasilenia albo odmiennie zinterpretować skupisko. Wybór pól ma szczególne znaczenie, ponieważ wtrącenia nie są rozmieszczone równomiernie w całym pręcie lub kęsisku. Mała badana powierzchnia może całkowicie pominąć rzadko występującą dużą cząstkę. Analiza obrazu zastępuje część oceny wizualnej wielkościami mierzonymi, takimi jak udział powierzchniowy wtrąceń, średnica zastępcza, długość, szerokość, współczynnik kształtu i liczba na jednostkę powierzchni. Nie eliminuje jednak zależności od metody. Przygotowanie próbki wpływa na zarysowania, wyrwania materiału, zaokrąglenie krawędzi i relief powierzchni. Powiększenie określa najmniejszą wykrywalną cząstkę. Oświetlenie, ostrość, kalibracja kamery i zasady wyboru pól wpływają na segmentację. Ustalanie progów może powodować łączenie sąsiednich cząstek, odrzucanie słabo widocznych wtrąceń lub klasyfikowanie uszkodzeń powstałych podczas polerowania jako wtrąceń. Następnie konwencje raportowania określają, czy wynik jest przedstawiany jako liczba, udział powierzchniowy, wymiar maksymalny, rozkład wielkości czy częstość występowania klas. W związku z tym oceny według tablic ISO 4967:2026 i wyniku analizy obrazu nie należy traktować jako wzajemnie wymiennych pomiarów. Mogą one dotyczyć tej samej stali, lecz odpowiadać na różne pytania. Analiza obrazu może obejmować ilościowo wiele pól, podczas gdy metoda tablicowa może być lepiej dopasowana do specyfikacji zakupowej lub procesowej. SEM/EDS dostarcza informacji o składzie i morfologii poszczególnych cząstek; ASTM E2283-08(2019) dotyczy analizy wartości ekstremalnych, gdy przedmiotem zainteresowania jest największe wtrącenie. Recenzowane badanie JIS wykazało, że konwencjonalne oceny ASTM i JIS mogą nie rozróżniać bardzo czystych stali łożyskowych, natomiast maksymalny rozmiar wtrącenia wyrażony jako √area można oceniać za pomocą statystyki wartości ekstremalnych. Prawidłowy jest zatem ten wynik, którego metoda, próbka i konwencje raportowania odpowiadają analizowanemu mechanizmowi uszkodzenia. ## JIS G 0555 i SAE J422: podobne pytania, różne granice klasyfikacji Normy JIS G 0555:2020 i SAE J422:201801 dotyczą wtrąceń niemetalicznych w polerowanej stali, ale nie definiują czystości metalurgicznej za pomocą identycznych kategorii ani logiki raportowania. Każda z nich dostarcza obserwacji zależnej od zastosowanej metody. Wynik zależy od miejsca pobrania próbki, przygotowania powierzchni, powiększenia, badanego pola, morfologii wtrąceń oraz zasad stosowanych do przypisania klasy lub ilości. Dlatego „oceny czystości według JIS” nie można traktować jako bezpośredniego odpowiednika oceny według SAE lub ASTM bez porównania samych norm. ### Typ A, typ B i typ C według JIS Norma JIS G 0555:2020 klasyfikuje wtrącenia na podstawie ich wyglądu po obróbce plastycznej oraz sposobu ich rozmieszczenia w osnowie stalowej. Klasyfikacja ma charakter morfologiczny, a nie stanowi bezpośredniej identyfikacji chemicznej. **Wtrącenia typu A** powstają w wyniku lepkiego odkształcenia podczas obróbki plastycznej. W stali walcowanej lub kutej często występują w postaci wydłużonych cząstek lub cząstek przypominających pasma, ułożonych zgodnie z kierunkiem obróbki. Częstym przykładem wtrącenia mogącego przyjmować taki wygląd jest siarczek manganu (MnS), szczególnie w stalach o wystarczającej zawartości siarki i korzystnych właściwościach podczas obróbki na gorąco. Klasyfikacja opisuje jednak zaobserwowany wzór odkształcenia; nie potwierdza, że każde wskazanie typu A jest chemicznie MnS. **Wtrącenia typu B** są ziarniste i nieciągłe. Zamiast tworzyć długie, ciągłe pasmo, występują jako oddzielne cząstki lub krótkie grupy cząstek. Produkty odtleniania bogate w tlenek glinu mogą powodować taki wygląd, choć potwierdzenie chemiczne wymaga zastosowania metody takiej jak skaningowa mikroskopia elektronowa z rentgenowską spektroskopią dyspersji energii (SEM/EDS). Skupiska małych cząstek mogą mieć znaczenie nawet wtedy, gdy ich pojedyncze wymiary są niewielkie, ponieważ skupisko może działać jak skoncentrowane pole defektów. **Wtrącenia typu C** są rozmieszczone nieregularnie i nie wykazują lepkiego odkształcenia. Ich przypadkowy lub rozproszony wygląd odróżnia je od uporządkowanej wzdłuż kierunku obróbki populacji typu A. W tej kategorii mogą występować cząstki tlenkowe lub krzemianowe, jednak oznaczenie typu C również opiera się na morfologii i rozmieszczeniu, a nie na analizie chemicznej. Rozróżnienie to ma znaczenie, gdy kształt wtrąceń wpływa na zmęczenie lub pękanie. Cienki, wydłużony siarczek i zwarta cząstka tlenkowa mogą zajmować podobne pola projekcji, a mimo to powodować różne koncentracje naprężeń, przebiegi pęknięć i skutki dla skrawalności. JIS G 0555 rejestruje klasę wizualną ustaloną zgodnie z własną procedurą; nie sprowadza składu, rozmiaru, położenia i skutków mechanicznych do jednej uniwersalnej liczby określającej czystość metalurgiczną. ### Ilościowa praktyka mikroskopowa SAE J422 SAE J422:201801 podchodzi do tego zagadnienia jako do ilościowej praktyki mikroskopowej służącej do określania czystości metalurgicznej stali. Zamiast traktować obraz referencyjny jako pełny opis materiału, podczas badania zlicza się i mierzy wskazania wtrąceń w określonych obserwacjach mikroskopowych. Zgłoszony wynik jest zatem związany z powierzchnią próbkowania, powiększeniem, zasadami pomiaru oraz populacją wtrąceń widocznych w tych warunkach. Jest to inna granica klasyfikacji niż samo przypisanie wtrąceniom typu JIS A, B lub C. Klasa JIS przekazuje przede wszystkim informacje o charakterystyce odkształcenia i rozproszenia. SAE J422 może określać ilościowo obserwowaną populację wtrąceń, jednak wynik liczbowy nadal odnosi się wyłącznie do zbadanych przekrojów i granic wykrywalności danej praktyki. Niewielka liczba dużych wtrąceń może mieć większe znaczenie niż wiele drobnych cząstek, podczas gdy średnia liczba może ukrywać rzadką cząstkę o maksymalnym rozmiarze powodującym uszkodzenia. Metody wartości ekstremalnych dotyczą odrębnego zagadnienia; ASTM E2283-08(2019), w ramach ASTM Subcommittee E04.09, dotyczy analizy wartości ekstremalnych wtrąceń niemetalicznych w stali. SAE J422:201801 określa również bezpośrednie ograniczenie zakresu stosowania: jej mikrofotografie **„nie są przeznaczone do gatunków siarkowanych wtórnie ani stali łożyskowych wysokowęglowych, które są na ogół klasyfikowane zgodnie z ASTM E45”**. Zdanie to zapobiega częstemu niewłaściwemu zastosowaniu normy. Fotografii i praktyki ilościowej nie należy stosować tak, jak gdyby stanowiły nadrzędny system klasyfikacji dla tych grup stali. ### Wyłączenia dotyczące gatunków siarkowanych wtórnie i stali łożyskowych Gatunki siarkowane wtórnie zawierają celowo zwiększoną ilość siarki, zazwyczaj w celu poprawy skrawalności. Ich populacja siarczków manganu może znacznie różnić się pod względem ilości, współczynnika kształtu i rozmieszczenia od populacji wtrąceń w niskosiarkowych stalach o wysokiej czystości. Metoda oceny opracowana z myślą o typowej morfologii wtrąceń może zatem wykazać wysoką pozorną zawartość wtrąceń, nie odróżniając celowo zaprojektowanych siarczków od szkodliwego zanieczyszczenia tlenkami. [Stale łożyskowe](/pl/kategorie/stale-łożyskowe "Stale łożyskowe") wysokowęglowe wyznaczają kolejną granicę stosowania. Właściwości użytkowe łożyska mogą w dużym stopniu zależeć od rzadkich, bardzo dużych wtrąceń tlenkowych, a nie tylko od populacji uśrednionej dla pola obserwacji. Konwencjonalne oceny na podstawie wzorców mogą nie rozróżniać bardzo czystych stali łożyskowych, ponieważ metoda obejmuje ograniczone powierzchnie i sprowadza różne rozkłady rozmiarów do podobnych ocen porządkowych. W recenzowanym badaniu dotyczącym JIS opisano to ograniczenie oraz omówiono maksymalny rozmiar wtrącenia za pomocą parametru pierwiastka kwadratowego z pola powierzchni, √area, w połączeniu ze statystyką wartości ekstremalnych. Sama norma ASTM E45-25 określa cztery metody makroskopowe i pięć metod mikroskopowych służących do oznaczania i raportowania zawartości wtrąceń w stali przerobionej plastycznie. Jej uzupełniające wzorce referencyjne identyfikują typy A-sulfide, B-alumina, C-silicate i D-globular-oxide, wykorzystując serie „thin” i „heavy” przy powiększeniu 100× oraz w polu o powierzchni około 0,50 mm². Oznaczeń tych nie można utożsamiać z typem A, typem B i typem C według JIS, mimo wspólnych liter. Praktyczna zasada jest prosta: nie należy przeliczać ocen wyłącznie na podstawie litery, liczby ani przypuszczalnej pozycji w rankingu czystości metalurgicznej. Najpierw należy sprawdzić gatunek stali, populację wtrąceń, historię przeróbki, orientację próbki, badaną powierzchnię, powiększenie oraz klauzule dotyczące wyłączeń. Jeśli pytanie dotyczy składu chemicznego, należy zastosować SEM/EDS; jeśli dotyczy całkowitej zawartości tlenu, należy zmierzyć tlen całkowity; jeśli dotyczy największej cząstki powodującej uszkodzenia, należy zastosować odpowiednią metodę wartości ekstremalnych lub metodę √area. Każda z tych metod odpowiada na inne pytanie. ## Przygotowanie Próbek, Mikroskopia i Dyscyplina Sprawozdawcza ### Kierunek Pobierania Próbek i Przygotowanie Metallograficzne Wynik oceny wtrąceń zaczyna się od próbki, a nie od mikroskopu. Plan pobierania próbek powinien określać, czy przekrój jest wzdłużny, poprzeczny, czy wykonany w innej zdefiniowanej płaszczyźnie, ponieważ przerób zmienia zarówno kształt, jak i rozstaw wtrąceń. Siarczek po walcowaniu może wyglądać na przekroju wzdłużnym jak długie pasmo, natomiast na przekroju poprzecznym jak krótka cząstka lub niemal kropka. Oba obrazy opisują tę samą trójwymiarową cechę, obserwowaną z różnych kierunków. Znaczenie ma również postać wyrobu. ASTM E45-25 dotyczy zawartości wtrąceń w stali przerobionej plastycznie i zawiera cztery metody makroskopowe oraz pięć metod mikroskopowych służących do jej określania i raportowania. ISO 4967:2026 określa metodę mikrograficzną dla wyrobów walcowanych lub kutych o stopniu przerobu wynoszącym co najmniej 3. Wyniku uzyskanego dla silnie przerobionego pręta nie należy przedstawiać tak, jakby dotyczył wyrobu w stanie odlanym, materiału kutego z proszków lub nieokreślonej postaci stali. Wynikowi musi towarzyszyć informacja o miejscu pobrania próbki — na powierzchni, w ćwierci grubości, w środku lub w innym określonym położeniu — ponieważ wtrącenia mogą segregować lub koncentrować się w określonych obszarach. Przed przygotowaniem należy określić położenie powierzchni cięcia względem głównego kierunku przerobu. Cięcie może rozmazać miękkie składniki, wyrywać cząstki lub wprowadzać zarysowania przypominające wydłużone wtrącenia. Szlifowanie i polerowanie powinny zapewnić płaską, czystą powierzchnię, z usuniętymi w stopniu wystarczającym dla wybranej metody badania zarysowaniami i odkształceniami. Nadmierna rzeźba powierzchni wokół twardych tlenków może zniekształcać ich pozorne wymiary; uszkodzenia powstałe podczas polerowania mogą rozrywać wtrącenia lub powodować ich wypadanie; pozostałości po ściereczkach, materiałach ściernych, środkach do zatapiania lub obróbce ręcznej mogą zostać pomylone z ciałem obcym. Dlatego czyszczenie między etapami przygotowania oraz ochrona gotowej powierzchni są elementami kontroli pomiaru, nawet jeśli norma nie określa jednej uniwersalnej sekwencji przygotowania. Do trawienia należy podchodzić z podobną ostrożnością. Jeżeli celem jest ocena wtrąceń, w sprawozdaniu należy podać, czy powierzchnię badano w stanie nietrawionym, czy po zastosowaniu określonego odczynnika trawiącego, ponieważ kontrast osnowy i pozorna granica wtrącenia mogą ulec zmianie. Technicznie czytelny, lecz zanieczyszczony lub silnie porysowany przekrój nie zostanie uratowany przez większe powiększenie mikroskopu. Jakość przygotowania wyznacza granicę wiarygodności badania. ### Pola Dwuwymiarowe i Morfologia Wtrąceń Pole metallograficzne jest dwuwymiarową próbką trójwymiarowej populacji. Samo w sobie nie może określić rzeczywistej objętości, maksymalnej długości ani przestrzennego rozmieszczenia wszystkich wtrąceń w wyrobie. Wybór pól wpływa zatem na wynik. Badanie wyłącznie wizualnie czystych obszarów może zaniżyć ocenę rozproszonych wtrąceń; celowe wybranie najbardziej zanieczyszczonego pola może zawyżyć ocenę typowej czystości, choć może jednocześnie odpowiadać na odrębne pytanie dotyczące lokalizacji najgorszego przypadku. O tym, która praktyka jest właściwa, powinny decydować metoda, plan pobierania próbek oraz zasada wyboru pól. \[2\] \[2\] [**ASTM E45 Adjunct Reference Charts for Inclusion Rating**](https://store.astm.org/adje004502a.html). ASTM International. ASTM International adjunct, 2025. Powiększenie i powierzchnia pola nie są pojęciami wymiennymi. Wzorcowe tablice pomocnicze ASTM E45 wykorzystują powiększenie 100× oraz powierzchnię pola próbki wynoszącą około 0,50 mm². Wyróżniają one kategorie morfologiczne: A-sulfide, B-alumina, C-silicate oraz D-globular-oxide, a do oceny wykorzystują obrazy serii cienkiej i grubej. Oznaczenia te opisują wygląd i morfologię obserwowane w ramach danej metody; nie są bezpośrednimi analizami chemicznymi. Wtrącenie, które wygląda jak cząstka typu B, nie zostało potwierdzone chemicznie jako tlenek glinu tylko dlatego, że tablica określa tę kategorię jako „B-alumina”. Kształt, ciągłość, odkształcenie i rozproszenie dostarczają informacji metalurgicznych. JIS G 0555:2020 stosuje typ A dla wtrąceń powstałych w wyniku lepkiego odkształcenia podczas przerobu, typ B dla wtrąceń ziarnistych i nieciągłych oraz typ C dla wtrąceń rozmieszczonych nieregularnie, bez lepkiego odkształcenia. Kategorii tych nie należy bez wyjaśnienia przekształcać w klasy A, B, C lub D według ASTM E45. Oznaczenia te należą do różnych systemów klasyfikacji. Porównanie z tablicami jest użyteczne, gdy rozmiar pola, powiększenie, orientacja próbki i procedura oceny odpowiadają wybranej normie. Analiza obrazu odpowiada na inne pytanie. Binaryzacja może służyć do pomiaru udziału powierzchniowego, liczby cząstek, długości, szerokości, współczynnika kształtu lub rozkładu wielkości na większym obszarze, lecz jej wynik zależy od oświetlenia, ostrości, progów segmentacji, kalibracji oraz zasad dotyczących stykających się cząstek. Sprawozdanie powinno zachowywać informacje o tych wyborach. Zautomatyzowana skaningowa mikroskopia elektronowa z analizą rentgenowską, rozwinięta w ramach sponsorowanego przez DOE projektu ASCAT, uzupełnia pomiary wielkości i rozmieszczenia poszczególnych wtrąceń o ich skład. Zawartość tlenu całkowitego stanowi objętościowy wskaźnik związany z tlenem, a nie mapę morfologii ani lokalizacji wtrąceń. Analiza wartości ekstremalnych, w tym podejście √area omawiane w recenzowanych pracach dotyczących JIS i ujęte w ASTM E2283-08(2019), koncentruje się na nietypowo dużych cząstkach, a nie na przeciętnym polu ocenianym za pomocą tablicy. ### Co Powinno Zawierać Wiarygodne Sprawozdanie Wiarygodne sprawozdanie podaje pełne oznaczenie normy, wraz z wydaniem lub rokiem, na przykład ASTM E45-25, ISO 4967:2026, DIN EN 10247:2017 lub JIS G 0555:2020. Określa postać wyrobu oraz, w stosownych przypadkach, warunki przerobu; ISO 4967:2026 ma zastosowanie do wyrobów walcowanych lub kutych o stopniu przerobu wynoszącym co najmniej 3. W dokumencie odnotowuje się również oznaczenie wytopu lub partii, miejsce pobrania próbki, orientację przekroju względem kierunku walcowania lub kucia oraz informację, czy powierzchnia była trawiona. System oceny musi być jednoznacznie określony. Należy podać zastosowane kategorie, takie jak ASTM E45 A, B, C i D z serią cienką lub grubą albo JIS G 0555 Type A, Type B i Type C. Należy również podać powiększenie, protokół wykorzystania tablicy lub analizy obrazu, wielkość pola, jeśli jest określona, liczbę lub powierzchnię zbadanych pól oraz zasadę zastosowaną do ich wyboru. Jeżeli badano kilka próbek lub orientacji, należy przedstawić je oddzielnie, zamiast łączyć je w jedną niewyjaśnioną liczbę. Charakterystyka chemiczna wymaga odrębnego opisu. W sprawozdaniu wykorzystującym SEM/EDS należy wskazać tę metodę oraz określić, czy wyniki mają charakter jakościowy, czy ilościowy; wynik dotyczący tlenu całkowitego powinien zawierać oznaczenie metody analitycznej i podstawy, na której oparto próbkę. Jeżeli zastosowano analizę obrazu, należy odnotować kalibrację, kryteria segmentacji, definicję wielkości cząstki, sposób traktowania stykających się cząstek oraz analizowaną powierzchnię. W przypadku wyniku dotyczącego największego wtrącenia należy podać, czy wielkość wyrażono jako długość, średnicę zastępczą czy √area, a także czy zastosowano procedurę wartości ekstremalnych. Bez tych szczegółów określenie „czysta stal” stanowi wynik niepełny. Liczba może być powtarzalna w obrębie jednego laboratorium, a jednocześnie nieporównywalna z oceną według tablicy, wartością tlenu całkowitego lub oszacowaniem maksymalnej cząstki wykonanym zgodnie z inną normą. ## Dlaczego konwencjonalne oceny mogą nie wykrywać największego i najrzadszego wtrącenia Ocena czystości stali nie jest bezpośrednim stwierdzeniem, że wytop zawiera na przykład wtrącenia „klasy 1”, a zatem ma znaną maksymalną wielkość wad. Jest wynikiem zastosowania określonej metody obserwacji do określonego obszaru próbki. Zmiana powiększenia, badanego obszaru, klasy wtrąceń, zasady raportowania lub miejsca pobrania próbki może zmienić raportowaną czystość bez jakiejkolwiek zmiany samej stali. Ma to największe znaczenie w przypadku stali łożyskowych, w których uszkodzenie zmęczeniowe może rozpocząć się przy jednym wyjątkowo dużym wtrąceniu, a nie przy przeciętnej populacji cząstek. Wtrącenia niemetaliczne są nierozpuszczalnymi cząstkami powstającymi podczas wytwarzania lub odlewania stali i uwięzionymi w niej podczas krzepnięcia. Ich skład, wielkość, liczba, morfologia, rozmieszczenie i położenie wpływają na ich oddziaływanie. Zawartość tlenu całkowitego może wskazywać na ogólne obciążenie tlenkami, natomiast automatyczna analiza optyczna lub SEM/EDS może charakteryzować poszczególne cząstki; żadnego z tych wyników nie można utożsamiać z oceną na podstawie wykresu wzorcowego. ### Średni wygląd a ekstremalna wielkość wtrącenia Konwencjonalne oceny mikroskopowe dobrze opisują wygląd typowego badanego pola. Gorzej odpowiadają na inne pytanie: jakie jest prawdopodobieństwo wystąpienia największego wtrącenia w całej objętości wyrobu? ASTM E45-25 określa cztery metody makroskopowe i pięć metod mikroskopowych oznaczania oraz raportowania zawartości wtrąceń w stali przerobionej plastycznie. Mikroskopowe wykresy wzorcowe identyfikują wtrącenia typu A — siarczkowe, typu B — tlenkowe glinowe, typu C — krzemianowe oraz typu D — globularne tlenkowe. Przy powiększeniu 100× wykresy wykorzystują obrazy serii cienkiej i grubej dla pola próbki o powierzchni około 0,50 mm². Procedura ta zapewnia powtarzalne porównanie, ale jednocześnie ogranicza obserwację do niewielkiego badanego obszaru oraz do kategorii wizualnych określonych przez metodę. To samo ograniczenie występuje w normie JIS G 0555:2020, chociaż jej kategorie są zorganizowane inaczej. Typ A obejmuje wtrącenia powstałe w wyniku lepkiego odkształcenia podczas przeróbki, typ B obejmuje wtrącenia ziarniste i nieciągłe, a typ C obejmuje wtrącenia rozmieszczone nieregularnie, bez lepkiego odkształcenia. Są to klasy morfologii i rozmieszczenia, a nie pełna identyfikacja chemiczna. Ocena typu B sama w sobie nie dowodzi, że każda cząstka jest tlenkiem glinu, podobnie jak ocena ASTM D nie potwierdza obecności pojedynczego związku tlenkowego na podstawie analizy chemicznej. Konwencjonalne oceny ASTM i JIS mogą nie rozróżniać bardzo czystych stali łożyskowych różniących się największymi wtrąceniami. Limited evidence Recenzowane badanie analizujące oceny czystości według JIS dla bardzo czystych stali łożyskowych wykazało, dlaczego to rozróżnienie ma znaczenie. Konwencjonalne wyniki ASTM i JIS mogły nie różnicować stali różniących się pod względem największych wtrąceń, nawet gdy obie wyglądały na wyjątkowo czyste w rutynowych procedurach oceny. Niska średnia liczba wtrąceń lub korzystny wygląd na wykresie wzorcowym może współistnieć z jednym rzadkim wtrąceniem o poważnych konsekwencjach. Jeśli badane pola nie zawierają takiego wtrącenia, ocena rejestruje zwykły wygląd, a nie ekstremalny ogon rozkładu wielkości. Jest to problem związany z próbkowaniem, a niekoniecznie wada metody wykorzystującej wykres wzorcowy. Ocena na podstawie wykresu odpowiada na pytanie, jaka ilość wtrąceń jest widoczna w określonym polu i kategorii. Nie zapewnia oszacowania maksymalnej wielkości cząstki w pierścieniu łożyska, pręcie ani dużym wytopie produkcyjnym. Prawdopodobieństwo wykrycia rzadkiego wtrącenia rośnie wraz z badanym obszarem i objętością. Badanie obejmujące kilka milimetrów kwadratowych nie może dostarczyć takich samych informacji jak badanie, które w sposób statystyczny reprezentuje dużą objętość stali. ![Czystość stali i ocena wtrąceń niemetalicznych](/images/uploads/adf57ddd-a5c3-4f6a-aad4-187f1ac8dc52/wiki-inline-a-scanning-electron-microscope-examination-of-a-polished-steel-inclusion-with-an-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/adf57ddd-a5c3-4f6a-aad4-187f1ac8dc52/wiki-inline-a-scanning-electron-microscope-examination-of-a-polished-steel-inclusion-with-an-1920x1288.avif "Powiększ obraz — Czystość stali i ocena wtrąceń niemetalicznych")SEM/EDS links an individual particle’s morphology with its measured elemental composition. ### Koncepcja √area √area **√area** Pierwiastek kwadratowy z rzutowanej dwuwymiarowej powierzchni wtrącenia na wypolerowanym przekroju, stosowany jako praktyczny parametr rozmiaru w analizie wtrąceń metodą wartości ekstremalnych oraz w analizie wtrąceń wrażliwej na zmęczenie. W ocenie ekstremalnych wtrąceń maksymalną wielkość wtrącenia często wyraża się jako √area, zapisywane jako pierwiastek kwadratowy z pola powierzchni rzutu wtrącenia. Jeśli wtrącenie zajmuje na wypolerowanym przekroju poprzecznym pole A, jego parametr wielkości wynosi area=A. Jeśli A mierzy się w mikrometrach kwadratowych, √area podaje się w mikrometrach. W przybliżeniu okrągłe wtrącenie o polu rzutu 400 µm² ma zatem √area = 20 µm. Parametr ten nie oznacza, że wtrącenie jest kulą ani że zmierzono jego rzeczywistą trójwymiarową objętość. Jest praktycznym dwuwymiarowym opisem wady ujawnionej na wypolerowanym przekroju. Miara ta nabrała znaczenia w analizie zmęczeniowej wrażliwej na obecność wtrąceń, ponieważ inicjacja pęknięcia zależy od czegoś więcej niż tylko od liczby wtrąceń. Duży, twardy i słabo związany tlenek może powodować silną lokalną koncentrację naprężeń, szczególnie w pobliżu powierzchni lub w miejscu poddawanym działaniu dużych naprężeń cyklicznych. Nadal istotne pozostają kształt, twardość, niedopasowanie sprężyste, stan otaczającej osnowy oraz położenie. √area nie zastępuje tych zmiennych; dostarcza spójnego parametru wielkości do porównywania obserwowanych, wyjątkowo dużych cząstek. W badaniu stali łożyskowych według JIS maksymalną wartość √area zastosowano jako zmienną ekstremalną, a nie jako kolejny wskaźnik średniej czystości. Ta zmiana pytania ma decydujące znaczenie. Zamiast pytać, ile wtrąceń występuje w zwykłym polu, analityk pyta, jak zachowują się największe zaobserwowane wartości wraz ze wzrostem badanego obszaru oraz jakiej maksymalnej wielkości można oczekiwać przy określonym poziomie ryzyka. Stal może zatem zawierać ogólnie niewiele wtrąceń, a mimo to wymagać szczególnej uwagi, jeśli jej największa wartość √area jest wysoka. Z kolei stal zawierająca więcej małych siarczków może uzyskać mniej korzystną ocenę rutynowej liczby wtrąceń, a jednocześnie stwarzać mniejsze ryzyko zmęczeniowe niż stal zawierająca pojedyncze duże skupisko glinianu wapnia lub tlenku glinu. Skład chemiczny nadal ma znaczenie: SEM/EDS może rozróżniać tlenek glinu, gliniany wapnia, krzemiany, siarczki i złożone wtrącenia tlenkowe, które wykres optyczny grupuje jedynie na podstawie wyglądu. ### ASTM E2283 i analiza wartości ekstremalnych ASTM E2283-08(2019) dotyczy analizy wartości ekstremalnych wtrąceń niemetalicznych w stali. Norma ta należy do zakresu kompetencji Podkomitetu ASTM E04.09, który obejmuje również ASTM E45-25. Obie normy należą zatem do tego samego obszaru technicznego ASTM, ale odpowiadają na różne pytania pomiarowe. ASTM E45 dostarcza uznanych metod oznaczania i raportowania zawartości wtrąceń, natomiast ASTM E2283 dotyczy statystycznego opracowania danych o rzadkich, dużych wtrąceniach. Analiza wartości ekstremalnych nie ujawnia w sposób magiczny niewykrytej cząstki. Oszacowuje rozkład maksimów na podstawie zmierzonych obserwacji, dlatego wynik zależy od przygotowania próbki, badanego obszaru, planu próbkowania, progu detekcji oraz od tego, czy obserwacje są niezależne i reprezentatywne. Wypolerowany przekrój wzdłużny może ujawniać wydłużone wtrącenia inaczej niż przekrój poprzeczny. Cząstki znajdujące się blisko powierzchni mogą powodować większe uszkodzenia niż cząstki położone głęboko w przekroju, a duże skupisko może być liczone jako jedna cecha lub jako wiele cech, zależnie od zasady analizy obrazu. Z tego powodu √area i ASTM E2283 nie zastępują każdej metody oceny czystości. Oceny na podstawie wykresów wzorcowych pozostają przydatne do rutynowego porównywania morfologii. Automatyczna analiza obrazu może określać liczbę, długość, pole powierzchni i rozmieszczenie wtrąceń. SEM/EDS może identyfikować ich skład. Analiza zawartości tlenu całkowitego może służyć do monitorowania poziomu tlenu w całej objętości materiału. ASTM E2283 dodaje metodę szacowania znaczenia największych i najrzadszych obserwacji. Praktyczny cel badania należy określić przed jego rozpoczęciem: czy chodzi o porównanie średniej zawartości wtrąceń, identyfikację ich składu chemicznego, weryfikację tendencji produkcyjnej, czy oszacowanie maksymalnej wady istotnej z punktu widzenia zmęczenia? Konwencjonalna ocena może dobrze odpowiadać na pierwsze pytanie, a słabo na ostatnie. Pola wyglądające na czyste są dowodem dotyczącym tych pól. Nie stanowią dowodu, że największe wtrącenie w stali jest małe. ## Automatyczna analiza wtrąceń: analiza obrazu, SEM i charakterystyka rentgenowska ### Komputerowo wspomagane skanowanie i klasyfikacja Komputerowo wspomagana analiza wtrąceń przekształca wypolerowany przekrój stali w zmierzony obraz, a nie jedynie wrażenie wizualne. Kamera lub mikroskop skanuje określony obszar, oddziela cząstki od osnowy stalowej na podstawie kontrastu oraz rejestruje długość, szerokość, pole powierzchni, współczynnik kształtu, orientację i położenie każdej wykrytej cechy. Następnie oprogramowanie może klasyfikować cząstki według kształtu lub na podstawie reguł wyprowadzonych z normy odniesienia. Jest to bardziej powtarzalny sposób gromadzenia pomiarów niż proszenie operatora o porównanie pola widzenia z drukowaną tablicą, zwłaszcza gdy wtrąceń jest dużo, są małe lub szeroko rozmieszczone. Automatyzacja nie tworzy uniwersalnej wartości liczbowej czystości. ASTM E45-25 zawiera cztery metody makroskopowe i pięć metod mikroskopowych określania oraz raportowania zawartości wtrąceń w stali przerobionej plastycznie, a metody te odpowiadają na różne pytania. Mikroskopowe tablice odniesienia tej normy wykorzystują kategorie A-sulfide, B-alumina, C-silicate i D-globular-oxide, przy czym serie wtrąceń cienkich i grubych ocenia się przy powiększeniu 100× na polu próbki o powierzchni około 0,50 mm². Oznaczenia te są przede wszystkim morfologicznymi klasami raportowania, a nie bezpośrednią identyfikacją chemiczną. Cząstka oceniona jako wtrącenie typu B ma kształt i układ zgodny z tą klasą; ocena nie dowodzi, że każda taka cząstka jest chemicznie czystą tlenkową fazą aluminiową. Analiza obrazu może odtwarzać takie pomiary oparte na tablicach, ale może również raportować wielkości, które tablica pomija. Może zliczać tysiące cząstek, obliczać rozkład ich wielkości, odwzorowywać ich położenie w całym przekroju oraz odróżniać wydłużone pasma siarczków od w przybliżeniu globularnych tlenków. ISO 4967:2026 dopuszcza stosowanie standardowych tablic odniesienia lub analizy obrazu w przypadku wyrobów ze stali walcowanej albo kutej o współczynniku przerobu wynoszącym co najmniej 3. DIN EN 10247:2017 określa powiązane europejskie badanie mikrograficzne z wykorzystaniem obrazów standardowych, natomiast JIS G 0555:2020 przypisuje typy A, B i C na podstawie odkształcenia, ciągłości i rozproszenia, a nie składu chemicznego. Wynik nadal zależy od decyzji dotyczących przetwarzania obrazu. Próg wykrywający słabo widoczną otoczkę tlenkową może również obejmować zarysowania po polerowaniu. Próg ustawiony zbyt wysoko może eliminować małe wtrącenia. Powiększenie, oświetlenie, trawienie, ustawienie ostrości, reguły segmentacji, minimalne pole powierzchni cząstki oraz sposób traktowania stykających się cząstek — wszystkie te czynniki zmieniają raportowaną populację. Niezbędna jest kalibracja za pomocą mikrometru wzorcowego i próbek kontrolnych; zgodność wyników dwóch pakietów oprogramowania nie dowodzi, że którykolwiek z nich zidentyfikował każde wtrącenie. ![Czystość stali i ocena wtrąceń niemetalicznych](/images/uploads/09388fd1-95ac-4656-9a5e-31312350f39d/wiki-inline-a-polished-steel-inclusion-represented-as-a-two-dimensional-projected-area-with-1920x1920.jpg)[](/images/uploads/09388fd1-95ac-4656-9a5e-31312350f39d/wiki-inline-a-polished-steel-inclusion-represented-as-a-two-dimensional-projected-area-with-1920x1920.avif "Powiększ obraz — Czystość stali i ocena wtrąceń niemetalicznych")√area is a two-dimensional size descriptor used when the largest inclusion is the concern. ### SEM z analizą rentgenowską Skaningowa mikroskopia elektronowa zwiększa czułość chemiczną informacji o geometrii uzyskanej w obrazowaniu optycznym. W trybie elektronów wstecznie rozproszonych fazy o wyższej średniej liczbie atomowej na ogół wyglądają jaśniej niż stal, podczas gdy obrazowanie z wykorzystaniem elektronów wtórnych uwydatnia kształt powierzchni. Detektor z dyspersją energii promieniowania rentgenowskiego może następnie rejestrować charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie wybranej cząstki. Otrzymane widmo może wskazywać na obecność manganu i siarki w siarczku manganu, glinu i tlenu w cząstce bogatej w tlenek glinu, wapnia i tlenu w glinianie wapnia albo tytanu i azotu w azotku tytanu. Analiza może również ujawnić cząstki mieszane lub warstwowe, które wyglądają podobnie na mikrofotografii optycznej. Finansowany przez DOE projekt ASCAT jest przykładem takiego podejścia. W ramach ASCAT opracowano sterowany komputerowo system skaningowej mikroskopii elektronowej z analizą rentgenowską do charakteryzowania poszczególnych wtrąceń oraz powiązania ich wielkości, składu i rozmieszczenia z ogólną czystością stali. To rozróżnienie ma znaczenie. Ocena oparta wyłącznie na morfologii rejestruje wygląd wtrącenia po przeróbce i polerowaniu; charakterystyka w stylu ASCAT stawia pytania o to, co zawiera każda cząstka, jak jest duża oraz gdzie występują cząstki o takim składzie chemicznym. SEM/EDS nie jest doskonałą analizą chemiczną. Objętość oddziaływania może sięgać poniżej małego wtrącenia, do osnowy stalowej, dlatego analiza cząstki o średnicy zaledwie kilku mikrometrów może obejmować żelazo z otaczającego materiału. Zanieczyszczenie powierzchni, jej chropowatość, geometria detektora, napięcie przyspieszające, dobór wzorców oraz korekcje wpływu osnowy oddziałują na wyniki ilościowe. Dokładny pomiar pierwiastków lekkich może być trudny, a widmo EDS zwykle potwierdza klasę składu, a nie precyzyjny wzór stechiometryczny. Potwierdzenie obecności tlenu, węgla lub azotu może wymagać odpowiednich wzorców albo uzupełniających metod, takich jak spektroskopia z dyspersją długości fali. Analiza całkowitej zawartości tlenu mierzy zupełnie inną wielkość. Określa szacunkową całkowitą ilość tlenu zatrzymanego w próbce stali, w tym tlenu zawartego we wtrąceniach tlenkowych oraz — zależnie od procedury i stanu próbki — tlenu rozpuszczonego lub innych składników zawierających tlen. Nie identyfikuje ona poszczególnych wtrąceń, nie określa ich morfologii, nie lokalizuje ich w przekroju ani nie ujawnia, czy tlen jest skoncentrowany w kilku dużych skupiskach tlenku glinu. Z kolei automatyczne skanowanie obrazu może pomijać wtrącenia znajdujące się poniżej granicy wykrywalności, a mimo to szczegółowo opisywać populację widoczną na obrazie. Całkowita zawartość tlenu i obrazowanie wtrąceń uzupełniają się zatem wzajemnie, zamiast się zastępować. ### Powiązanie poszczególnych wtrąceń z populacją w stali Zmierzone wtrącenie nie jest automatycznie reprezentatywne dla wytopu, pasma odlewniczego, kęsa ani gotowego pręta. Wtrącenia segregują podczas krzepnięcia, układają się w kierunku walcowania i mogą tworzyć skupiska w pobliżu osi, w obszarze ćwierćgrubości, przy powierzchni lub na określonej płaszczyźnie pobierania próbki. Położenie może decydować o ryzyku uszkodzenia nawet wtedy, gdy średnia liczba wtrąceń jest mała. ASTM B796 wskazuje na tę samą zależność w odniesieniu do proszków żelaznych przeznaczonych do kucia z proszku: skład, wielkość, rozmieszczenie i położenie wtrąceń silnie wpływają na materiał o gęstości zbliżonej do pełnej. #### Minimalne wymagania kontrolne dotyczące automatycznej analizy wtrąceń 1. **Orientacja wyrobu** Określ kierunek przekroju względem kierunku walcowania lub kucia. 2. **Położenie przekroju** Zapisz, czy skan wykonano w pobliżu powierzchni, na jednej czwartej grubości, na osi środkowej czy w innym miejscu. 3. **Wypolerowana powierzchnia i powiększenie** Zdefiniuj badaną powierzchnię, liczbę pól widzenia, powiększenie i granicę wykrywalności. 4. **Zasady przetwarzania obrazu** Udokumentuj progowanie, segmentację, minimalny rozmiar cząstki oraz sposób traktowania stykających się cząstek. 5. **Raportowanie** Zachowaj pełny rozkład rozmiarów i rozmieszczenia przestrzennego, zamiast podawać wyłącznie średnią. Rzetelne badanie automatyczne określa plan pobierania próbek przed rozpoczęciem skanowania. W planie tym wskazuje się orientację wyrobu, położenie przekroju, powierzchnię polerowaną, powiększenie, granicę wykrywalności, liczbę pól oraz to, czy uwzględnia się cząstki przecinające krawędź pola. Rejestruje się również pełny rozkład, a nie tylko średnią. Stal zawierająca wiele małych wtrąceń może zachowywać się inaczej niż stal zawierająca kilka dużych cząstek o takim samym całkowitym polu powierzchni wtrąceń. Metody wartości ekstremalnych uwzględniają tę różnicę. Podkomitet ASTM E04.09 wymienia ASTM E2283-08(2019), dotyczącą analizy wartości ekstremalnych niemetalicznych wtrąceń w stali, obok ASTM E45-25. W recenzowanym badaniu JIS wykazano, że konwencjonalne oceny ASTM i JIS mogą nie odróżniać bardzo czystych stali łożyskowych, w przypadku których większe znaczenie niż średnia dla pola może mieć największe wtrącenie. Maksymalny rozmiar wtrącenia wyrażony jako √area można oceniać za pomocą statystyki wartości ekstremalnych, wiążąc zaobserwowane cząstki z oszacowanym górnym ogonem rozkładu, zamiast udawać, że ograniczone skanowanie wykryło największą możliwą wadę. Automatyzacja poprawia powtarzalność i zwiększa ilość danych. Nie eliminuje jednak błędu próbkowania, wyboru progów, wymagań dotyczących kalibracji ani potrzeby interpretacji znaczenia raportowanej populacji dla wyrobu i mechanizmu jego uszkodzenia. Użytecznym wynikiem nie jest zatem pojedyncza klasa „czystości”, lecz udokumentowany pomiar określonych cząstek wykonany określoną metodą. ## Od danych dotyczących czystości do interpretacji inżynierskiej Wynik oceny czystości nie jest uniwersalną klasą przypisaną do wytopu stali. Jest obserwacją uzyskaną dla określonej próbki, przy zastosowaniu zdefiniowanej metody przygotowania, zbadanej powierzchni, powiększenia, systemu klasyfikacji oraz zasad raportowania. ASTM E45-25 określa na przykład cztery metody makroskopowe i pięć metod mikroskopowych oznaczania oraz raportowania zawartości wtrąceń w stali przerobionej plastycznie. Metody te nie odpowiadają dokładnie na to samo pytanie. Ocena na podstawie wzorców może opisywać najbardziej niekorzystne pole zaobserwowane w ramach określonego porównania, podczas gdy automatyczna analiza obrazu może zmierzyć znacznie większą liczbę cząstek i określić ich wymiary oraz częstość występowania przestrzennego. Interpretacja inżynierska musi zatem łączyć zmierzoną populację wtrąceń z mechanizmem uszkodzenia. Stal zawierająca mniej wtrąceń nie jest automatycznie bezpieczniejsza w każdym zastosowaniu, jeżeli pozostałe cząstki są większe, bardziej kanciaste, bardziej kruche lub skoncentrowane w obszarze krytycznym. I odwrotnie, większa liczba małych, zaokrąglonych wtrąceń może oddziaływać inaczej niż mniejsza liczba wydłużonych skupisk tlenku glinu. Jedna liczba nie jest w stanie zachować wszystkich tych informacji. ### Skład, rozmiar, rozmieszczenie i lokalizacja jako odrębne zmienne Skład wtrąceń wpływa na takie właściwości, jak twardość, odporność na pękanie, odkształcalność oraz adhezja na granicy faz z osnową stalową. Siarczek manganu może odkształcać się podczas walcowania, tworząc wydłużoną populację wtrąceń typu A zgodnie z JIS G 0555:2020. Cząstki tlenku glinu są na ogół twarde i kanciaste; krzemiany mogą odkształcać się lub rozpadać podczas przeróbki, natomiast tlenki globularne wykazują odmienną reakcję kształtu. Kategorie A, B, C i D na wzorcach ASTM E45 są klasami morfologicznymi stosowanymi w raportowaniu, a nie bezpośrednimi oznaczeniami składu chemicznego. Wzorce odniesienia tej normy identyfikują typy A — siarczkowe, B — tlenku glinu, C — krzemianowe oraz D — globularnych tlenków; serie cienkie i grube ocenia się przy powiększeniu 100× w polu o powierzchni około 0,50 mm². Rozmiar ma znaczenie, ponieważ koncentracja naprężeń wzrasta, gdy wtrącenie staje się większe w stosunku do otaczającej mikrostruktury i obciążanego przekroju. Największa cząstka może decydować o zachowaniu zmęczeniowym, nawet gdy średni obraz pola wydaje się czysty. Średnia średnica lub średnia liczba wtrąceń pomija ogon rozkładu rozmiarów — niewielką frakcję zawierającą defekt krytyczny. Z tego powodu ASTM E2283-08(2019), opracowana w ramach Podkomitetu ASTM E04.09, dotyczy analizy wartości ekstremalnych. W stalach łożyskowych maksymalny rozmiar wtrącenia często wyraża się jako √area, czyli pierwiastek kwadratowy z rzutowanego pola powierzchni wtrącenia, i ocenia statystycznie, zamiast wnioskować o nim na podstawie zwykłego, średniego pola obserwacji. Rozmieszczenie jest kolejną odrębną zmienną. Cząstki mogą być równomiernie rozproszone, ustawione w pasmach walcowniczych, zgrupowane w skupiskach lub skoncentrowane w pobliżu strefy segregacji. Dwa wytopy o takim samym całkowitym polu powierzchni wtrąceń mogą stwarzać różne ryzyko inicjacji pęknięć, jeżeli w jednym występują izolowane cząstki, a w drugim wydłużone skupiska lub klastry. JIS G 0555:2020 rozróżnia wtrącenia typu A, powstałe wskutek lepkiego odkształcenia podczas przeróbki, wtrącenia typu B — ziarniste i nieciągłe — oraz wtrącenia typu C, nieregularnie rozproszone, bez lepkiego odkształcenia. Rozróżnienia te opisują zachowanie przestrzenne i odkształceniowe, a nie tylko ilość cząstek. Lokalizacja decyduje o tym, czy cząstka znajduje się w polu naprężeń powodującym uszkodzenia. Wtrącenie położone w pobliżu obszaru maksymalnego ścinania, strefy kontaktu bieżni, powierzchni obrobionej mechanicznie lub obszaru oddziaływania spawania może mieć większe znaczenie niż cząstka o takim samym rozmiarze, znajdująca się głęboko w słabo obciążonej objętości. Miejsce pobierania próbek musi zatem odzwierciedlać geometrię wyrobu i kierunek procesu. Zawartość tlenu całkowitego może wskazywać ogólny poziom obciążenia tlenkami, ale nie określa, która cząstka jest największa, gdzie się znajduje ani czy jest skupiskiem tlenku glinu, czy zaokrąglonym tlenkiem. SEM/EDS, automatyczna analiza wtrąceń oraz badanie metalograficzne dostarczają różnych części tej informacji. ### Stal łożyskowa i zastosowania wrażliwe na zmęczenie Stal łożyskowa pokazuje, dlaczego czystości nie można sprowadzać do pojedynczego rankingu. Zmęczenie przy cyklicznym kontakcie tocznym wielokrotnie poddaje niewielką objętość podpowierzchniową dużym cyklicznym naprężeniom ścinającym i ściskającym. Twarde, kanciaste wtrącenie lub skupisko może zainicjować pęknięcie, podczas gdy bardziej miękkie wtrącenie może odkształcać się i wytwarzać inne pole naprężeń. Właściwe porównanie nie polega wyłącznie na stwierdzeniu: „Wytop A zawiera mniej wtrąceń niż Wytop B”. Należy ustalić, czy oba wytopy mają porównywalny skład chemiczny, maksymalną wartość √area, częstość występowania skupisk, orientację oraz porównywalną wiarygodność pobierania próbek w silnie obciążonym materiale. Konwencjonalne oceny według ASTM E45 i JIS mogą nie rozróżniać bardzo czystych stali łożyskowych, ponieważ klasy wzorców i badane pola mogą nie ujawniać rzadkiej cząstki ekstremalnej, która decyduje o trwałości. Dlatego w recenzowanym badaniu czystości stali łożyskowej według JIS uwzględniono maksymalny rozmiar wtrąceń za pomocą statystyki wartości ekstremalnych. Podejście to szacuje prawdopodobny rozmiar największego wtrącenia w określonej objętości na podstawie zmierzonej populacji; nie zakłada, że mały, wypolerowany przekrój ujawnił każdy możliwy defekt. Twierdzenia dotyczące zastosowania muszą zachować charakter warunkowy. Jeżeli uszkodzenia powstają na dużych cząstkach tlenków, określanie rozmiaru metodą wartości ekstremalnych oraz charakteryzacja SEM/EDS mogą dostarczyć więcej informacji niż zawartość tlenu całkowitego. Jeżeli wydłużone siarczki decydują o anizotropowej ciągliwości lub skrawalności, większą wagę należy przypisać orientacji i klasie odkształcenia. Jeżeli dominuje zmęczenie inicjowane na powierzchni, niezbędne są pobieranie próbek w pobliżu powierzchni oraz kontrola z uwzględnieniem lokalizacji. Metoda powinna wynikać z podejrzewanego mechanizmu. ### Znaczenie dla kucia proszkowego według ASTM B796 ASTM B796 dotyczy wtrąceń niemetalicznych w proszkach żelaznych przeznaczonych do kucia proszkowego, w którym zagęszczanie, spiekanie i kucie prowadzą do uzyskania materiału o gęstości zbliżonej do pełnej. Jej zasadnicze znaczenie inżynierskie jest bezpośrednie: skład, rozmiar, rozmieszczenie i lokalizacja wtrąceń silnie wpływają na właściwości powstałego materiału. Wtrącenie w proszku nie jest automatycznie równoważne wtrąceniu w stali odlewanej lub przerobionej plastycznie. Może występować wewnątrz pojedynczej cząstki proszku, na granicy cząstek lub w obszarze zmienionym podczas spiekania i kucia. Skład wpływa na to, czy cząstka odkształca się, rozpada, reaguje lub pozostaje kruchą nieciągłością podczas zagęszczania. Rozmiar wpływa na skalę pozostałego poru lub pęknięcia po kuciu. Rozmieszczenie decyduje o tym, czy defekty są izolowane, czy połączone w szkodliwy łańcuch, natomiast lokalizacja określa ich odległość od porowatości resztkowej, granic wcześniejszych cząstek oraz pola naprężeń rozciągających lub zmęczeniowych w gotowym elemencie. Gęstość zbliżona do pełnej ogranicza porowatość, ale nie usuwa dużego, trudno topliwego tlenku ani skoncentrowanego skupiska wtrąceń. ASTM B796 należy zatem odczytywać jako ostrzeżenie przed bezpośrednim przenoszeniem oceny według wzorców dla stali przerobionej plastycznie na materiał kuty proszkowo. Zmierzoną populację wtrąceń w proszku należy powiązać z historią przetwarzania gotowego elementu. Odpowiednia ocena może łączyć obserwację metalograficzną z analizą obrazu i identyfikacją chemiczną, a następnie sprawdzać, czy wykryte wtrącenia pokrywają się z miejscami inicjacji pęknięć lub uszkodzeń zmęczeniowych. Wynik stanowi interpretację inżynierską, a nie uniwersalną ocenę czystości. ## Jak porównywać wyniki według różnych norm bez tworzenia fałszywych odpowiedników Ocena czystości jest obserwacją uzyskaną za pomocą określonego badania, a nie uniwersalną klasą materiału. Dwa laboratoria mogą zbadać stal z tego samego wytopu i zgłosić różne wyniki, przy czym żaden z nich nie musi być nieprawidłowy. Różnica może wynikać z serii wzorców, płaszczyzny próbki, badanego obszaru, powiększenia, definicji wtrąceń lub sposobu traktowania dużej, lecz rzadko występującej cząstki. ASTM E45-25 dobrze ilustruje ten problem. Norma ta określa cztery metody makroskopowe i pięć metod mikroskopowych oznaczania oraz raportowania zawartości wtrąceń w stali przerabianej plastycznie (ASTM International, 2025). Jej metoda mikroskopowa oparta na wzorcach przypisuje kategorie morfologiczne — A, B, C i D — odpowiednio wyglądowi siarczków, tlenku glinu, krzemianów i tlenków globularnych. Litery te nie są bezpośrednią identyfikacją chemiczną. Ocena „A” nie dowodzi, że każda cząstka jest siarczkiem manganu, podobnie jak ocena „D” nie potwierdza określonego składu chemicznego tlenku bez potwierdzenia analitycznego. ### Pytania, które należy zadać przed porównaniem ocen Przed umieszczeniem dwóch zgłoszonych wartości w tej samej tabeli należy odnotować następujące informacje: - **Norma i wydanie:** Czy wynik uzyskano zgodnie z ASTM E45-25, ISO 4967:2026, DIN EN 10247:2017, JIS G 0555:2020, SAE J422:201801 czy innym dokumentem? Zmiany wydania mogą modyfikować definicje i procedurę. - **Postać wyrobu i historia przeróbki:** Czy materiał był walcowany, kuty, miał postać pręta lub blachy, był praso-kuty z proszku czy odlany? ISO 4967:2026 ma zastosowanie do wyrobów walcowanych lub kutych o stopniu przerobu wynoszącym co najmniej 3. Wyrobu odlewanego lub poddanego niewielkiemu przerobowi nie należy traktować tak, jakby spełniał tę podstawę pobierania próbek. - **Orientacja próbki:** Czy przekrój był wzdłużny, poprzeczny czy w kierunku grubości? Przerób plastyczny wydłuża wiele wtrąceń, dlatego ta sama stal może wykazywać różne długości i rozkłady w różnych płaszczyznach. - **Powiększenie i powierzchnia pola:** Wzorce odniesienia ASTM E45 wykorzystują powiększenie 100× oraz powierzchnię pola próbki wynoszącą około 0,50 mm². Wynik oparty na innym powiększeniu lub innym badanym obszarze nie jest automatycznie równoważny. - **Seria ocen:** Czy dostępne były zarówno serie dla wtrąceń cienkich, jak i ciężkich, czy zgłoszono tylko jedną serię? Obserwacja według serii dla wtrąceń ciężkich odpowiada innemu progowi populacji niż obserwacja według serii dla wtrąceń cienkich. - **Definicje kategorii:** ASTM E45 stosuje typy wzorców A-sulfide, B-alumina, C-silicate i D-globular-oxide. Natomiast JIS G 0555:2020 definiuje typ A jako wtrącenia powstałe wskutek lepkiego odkształcenia podczas przeróbki, typ B jako wtrącenia ziarniste i nieciągłe, a typ C jako wtrącenia rozmieszczone nieregularnie, bez lepkiego odkształcenia. Wspólne litery nie mają wspólnego znaczenia. - **Ustawienia analizy obrazu:** W przypadku badań automatycznych należy odnotować progowanie, zasady segmentacji, minimalny wykrywalny rozmiar, definicję średnicy zastępczej lub powierzchni, sposób traktowania stykających się cząstek oraz informację, czy wykluczono pory lub zarysowania. - **Pomiar składu chemicznego:** Czy skład wtrąceń zmierzono metodą SEM/EDS, czy wynik oparto wyłącznie na morfologii w świetle odbitym? Tlen całkowity jest wskaźnikiem objętościowym, a nie liczbą ani identyfikacją poszczególnych wtrąceń. Znaczenie ma również lokalizacja. Rozproszona populacja małych tlenków oraz pojedyncze skupisko wtrąceń w pobliżu powierzchni krytycznej zmęczeniowo mogą powodować różne konsekwencje inżynierskie, nawet gdy ich średnia liczba jest podobna. ASTM B796:2020 wskazuje na ten sam ogólny problem w odniesieniu do proszków żelaznych przeznaczonych do kucia proszkowego, uznając skład, rozmiar, rozkład i lokalizację za istotne czynniki wpływające na materiał o gęstości zbliżonej do pełnej. ### Kiedy ocen według wzorców nie można przenosić liczbowo ASTM E45, ISO 4967, DIN EN 10247, JIS G 0555 i SAE J422 należy traktować jako określone metody, a nie tabele przeliczeniowe. ISO 4967:2026 określa procedurę mikrograficzną wykorzystującą wzorce odniesienia lub analizę obrazu; DIN EN 10247:2017 jest niemiecką i europejską normą dotyczącą badań mikrograficznych z użyciem obrazów wzorcowych. Ich wzajemna relacja nie oznacza, że ocenę ISO równą 1,0 można za pomocą działań arytmetycznych przeliczyć na ocenę DIN, ASTM lub JIS. SAE J422:201801 definiuje praktykę mikroskopową ilościowego oznaczania czystości, jednak zawarte w niej mikrofotografie nie są przeznaczone dla gatunków stali o podwyższonej zawartości siarki ani dla wysokowęglowych stali łożyskowych, które na ogół klasyfikuje się według ASTM E45. Już samo to ograniczenie uniemożliwia ustanowienie uniwersalnej reguły przeliczania. Systemy wzorców również upraszczają informacje. Kładą nacisk na to, czy obserwowane pole przypomina obraz wzorcowy, podczas gdy analiza automatyczna może mierzyć liczbę cząstek, powierzchnię, rozmiar zastępczy, współczynnik kształtu i położenie przestrzenne. Projekt ASCAT wykazał wartość skaningowej mikroskopii elektronowej sterowanej komputerowo i połączonej z analizą rentgenowską, wiążąc rozmiar i skład poszczególnych wtrąceń z ich rozkładem. Są to różne pomiary, a nie wymienne wersje jednej oceny. Bardzo czyste stale łożyskowe uwidaczniają ten problem. W recenzowanym badaniu dotyczącym JIS wykazano, że konwencjonalne oceny ASTM i JIS mogą nie odróżniać takich materiałów, ponieważ badane pola zawierają niewiele widocznych wtrąceń. W takiej sytuacji maksymalny rozmiar wtrącenia wyrażony jako √area i oceniony za pomocą statystyki wartości ekstremalnych może dostarczać więcej informacji niż średnia ocena według wzorców. ASTM E2283-08(2019), wymieniona przez Podkomitet ASTM E04.09 obok ASTM E45-25, dotyczy tego rodzaju analizy wartości ekstremalnych. Oszacowanie wartości maksymalnej nie zastępuje oceny według wzorców; odpowiada na pytanie: „Jak duże może być największe wtrącenie w większej objętości materiału?” ### Wzór raportowania danych dotyczących czystości stali Rzetelny raport powinien zachowywać informacje o metodzie przed przedstawieniem wartości liczbowej: **Materiał:** gatunek, wytop, postać wyrobu, wymiary przekroju i historia przeróbki. **Metoda:** oznaczenie normy i wydanie; metoda przygotowania; orientacja próbki; powiększenie; powierzchnia pola lub skanowany obszar; liczba i sposób wyboru pól. **Ocena:** seria wzorców lub analizy obrazu; definicje kategorii; zaobserwowana ocena według kategorii, w tym oznaczenie wtrąceń cienkich/ciężkich, jeżeli ma zastosowanie. **Skład chemiczny:** informacja, czy skład wtrąceń określono metodą SEM/EDS lub inną metodą; fazy, takie jak MnS, tlenek glinu, glinian wapnia lub krzemian, należy podawać wyłącznie wtedy, gdy zostały zmierzone. **Rozmiar i rozkład:** liczba, udział powierzchniowy, miara rozmiaru, współczynnik kształtu, skupiska i lokalizacja. **Wartość ekstremalna:** maksymalny zaobserwowany rozmiar, definicja √area, metoda wyznaczania przedziału ufności oraz objętość lub powierzchnia poddana badaniu. **Interpretacja:** należy wyraźnie stwierdzić, że wynik zależy od metody, i nie przeliczać go na inną normę bez zwalidowanego badania korelacyjnego. Taki format oddziela zaobserwowaną ocenę od składu chemicznego, rozkładu rozmiarów i ryzyka związanego z wartościami ekstremalnymi — czyli od rozróżnień niezbędnych do porównywania danych bez tworzenia pozornej równoważności. ## Źródła 1. \[1\] ASTM International. [ASTM E45: Standard Practice for Determining the Inclusion Content of Steel](https://store.astm.org/standards/e45). ASTM International standard, 2025. [](/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych#wiki-cite-ref-1) https://store.astm.org/standards/e45 2. \[2\] ASTM International. [ASTM E45 Adjunct Reference Charts for Inclusion Rating](https://store.astm.org/adje004502a.html). ASTM International adjunct, 2025. [](/pl/wiki/karta-materia%C5%82owa/czysto%C5%9B%C4%87-stali-i-ocena-wtr%C4%85ce%C5%84-niemetalicznych#wiki-cite-ref-2) https://store.astm.org/adje004502a.html **Na pierwszy rzut oka** Metody ASTM E45-25 4 makroskopowe i 5 mikroskopowych Powiększenie referencyjne ASTM 100× Referencyjna powierzchnia pola ASTM Około 0.50 mm² Zakres normy ISO 4967:2026 Wyroby walcowane lub kute ze stopniem redukcji ≥3 Kategorie mikroskopowe ASTM A, B, C i D [Powrót do Jak czytać kartę materiałową](/pl/wiki/karta-materiałowa "Jak czytać kartę materiałową — Steel Wiki")