ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (НИУ)», Челябинск, Россия:
А. Д. Дрозин, докт. техн. наук, профессор, директор Центра элитного образования, эл. почта: drozinad@susu.ru

Н. М. Япарова, канд. физ.-мат. наук, доцент, зав. кафедрой вычислительной математики и высокопроизводительных вычислений, эл. почта: iaparovanm@susu.ru

Неметаллические включения являются вредными примесями в стали. Для определения их числа и размеров из пробы металла изготавливают микрошлиф. Плоскость микрошлифа разрезает попавшие в нее включения. По данным анализа этих срезов под микроскопом проводят выбраковку металла по неметаллическим включениям. Такой подход дает искаженные результаты. Включения разных размеров могут дать срезы одинакового размера, и исследователь будет считать их одинаковыми. А включения одного размера могут давать разные срезы. Разработано много методик определения истинного числа включений в исследуемом объеме металла на основе данных об их срезах плоскостью шлифа, воссоздания трехмерной картины распределения включений на основе двумерной картины распределения их срезов. Непосредственная проверка адекватности этих методик вряд ли возможна. Метод химического растворения металла подходит не для каждого вида включений, а результат дает крайне заниженное число включений. В связи с этим разработан вероятностно-статистический метод проверки. Задается некоторое исходное объемное распределение включений: выбирается некоторый объем металла и задается таблица (размер включения — число включений в образце). С помощью датчика случайных чисел задается место расположения каждого включения. Случайным образом задается координата плоскости среза. Рассчитывается, какие включения попадают в этот срез и размеры каждого такого среза. К полученному распределению срезов неметаллических включений на шлифе применяют проверяемую методику, получают оценки распределения включений в объеме образца и сравнивают их с задаваемым (истинным распределением). Проводят большое число таких сравнений и после статистической обработки делают вывод о пригодности проверяемого метода.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации прикладных научных исследований в рамках базовой части государственного задания «Разработка, исследование и реализация алгоритмов обработки данных динамических измерений пространственно-распределенных объектов», техническое задание 8.9692.2017/8.9 от 17.02.2017.

1. Lipiński T., Wach A. Size of Non-Metallic Inclusions High-Grade Medium Carbon Steel // Archives of Foundry Engineering. 2012. Vol. 14, No. 4. P. 55–60.
2. Lambrighs K., Verpoest L. et al. Influence of Non-Metallic Inclusions on the Fatigue Properties of Heavily Cold Drawn Steel Wires // Procedia Engineering. 2010. Vol. 2. Iss. 1. P. 173–181. DOI: 10.1016/j.proeng.2010.03.019
3. Zeng D., Tian G. et al. Fatigue Strength Prediction of Drilling Materials Based on the Maximum Non-Metallic Inclusion Size // Journal of Materials Engineering and Performance. 2015. Vol. 24, Iss. 12. P. 4664–4672. DOI: 10.1007/s11665-015-1753-1
4. Рощин В. Е., Рощин А. В. Электрометаллургия и металлургия стали. — Челябинск : Издательский центр ЮУрГУ, 2013. — 571 с.
5. Казаков А. А., Ковалев П. В., Рябошук С. В. и др. Исследование термовременной природы неметаллических включений с целью повышения металлургического качества высокопрочных трубных сталей металлопродукции // Черные металлы. 2009. № 12. С. 5–11.
6. Казаков А. А., Житенев А. И., Кушнарев А. В. и др. Характер распределения неметаллических включений в непрерывнолитых сортовых заготовках для рельсов и колес // Черные металлы. 2014. № 4. С. 31–36.
7. Казаков А. А., Любочко Д. А., Рябошук С. В. и др. Исследование природы неметаллических включений в стали с помощью автоматического анализатора частиц // Черные металлы. 2014. № 4. С. 37–42.
8. Казаков А. А., Ковалев П. В., Рябошук С. В. и др. Управление процессами образования неметаллических включений при производстве конвертерной стали // Черные металлы. 2014. № 4. С. 43–48.
9. Селиванов В. Н., Филиппов А. В., Дюльдина Э. В. и др. Исследование ассимиляции шлаком кристаллизатора неметаллических включений при непрерывной разливке стали // Черные металлы. 2017. № 8. С. 38–43.
10. ГОСТ ИСО 4967:1998. Сталь. Определение содержания неметаллических включений. Металлографический метод с использованием эталонных шкал. Издание официальное. — М. : Стандартинформ, 2010. — 32 с.
11. Салтыков С. А. Стереометрическая металлография. — М. : Металлургия, 1970. — 376 с.
12. Чернявский К. С. Стереология в металловедении. — М. : Металлургия, 1977. — 280 с.
13. Chraponski J., Cwajna J. et al. Usefulness Evaluation of the Stereological Methods Applied for Grain Size Estimation // Acta Stereologica. 1999. Vol. 18, No. 1. P. 81–88.
14. Davtian A., Hahn U. et al. Estimating Number Density NV — a Comparison of an Improved Saltykov Estimator and the Disector Method // Image Analysis & Stereology. 2000. Vol. 19, No. 3. P. 209–214. DOI: 10.5566/ias.v19
15. Anderssen R., Jakeman A. Computational Methods in Stereology // Proceedings of the Fourth International Congress for Stereology. Gaithersburg, Maryland, USA. September 4–9, 1975. National Bureau of Standards. U.S. government printing office. Washington: 1976. P. 13–18.
16. Jakeman A., Anderssen R. On Optimal Forms for Stereological Data // Proceedings of the Fourth International Congress for Stereology, Gaithersburg, Maryland, USA, September 4–9, 1975. National Bureau of Standards. U.S. government printing office. Washington: 1976. P. 69–74.
17. Nicholson W. Estimation of Linear Functionals by Maximum Likelihood // Proceedings of the Fourth International Congress for Stereology, Gaithersburg, Maryland, USA, September 19–24, 1975. National Bureau of Standards. U.S. government printing office. Washington: 1976. P. 19–24.

18. Drozin A. D. Calculating of the True Sizes and the Numbers of Spherical Inclusions in Metal // Metallography, Microstructure, and Analysis. 2017. Vol. 6, Iss. 3. P. 240–246. DOI: 10.1007/s13632-017-0354-9
19. Janis D., Karasev A., Jönsson P. G. Evaluation of inclusion characteristics in low-alloyed steels by mainly using PDA/OES method // ISIJ International. 2015. Vol. 55(10). P. 2173–2181.
20. Janis D., Inoue R., Karasev A., Jönsson P. G. Application of different extraction methods for investigation of nonmetallic inclusions and clusters in steels and alloys. Advances in Materials Science and Engineering. Article ID 210486, 7 p.