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【中天鋼鐵集團有限公司，2001 年成立于中國江蘇省，生產商用車輛和工程機械用的鋼部件。這些不同的行業(yè)對使用的鋼材有著不同的要求，這就要求中天鋼鐵需要嚴格控制其煉鋼工藝。飛納電鏡助力中天鋼鐵能夠更快、更準確地識別在生產成品時發(fā)生故障的根本原因。例如，當汽車制造商拉鋼絲時，鋼絲簾線就會斷裂，當這種情況發(fā)生時，鋼被送回中天鋼鐵，由該公司的工程師分析導致斷裂的夾雜物，包括成分、尺寸和位置等。】

鋼鐵是一種可無限循環(huán)利用的堅固材料，是現代經濟的支柱。從交通系統的橋梁和交通工具，到為我們提供能源的風車和發(fā)電廠，鋼鐵對全球每個國家的日常生活都至關重要。隨著人們對輕便耐用型鋼鐵產品的需求不斷增長，如今的鋼鐵制造商正面臨著生產更高品質鋼材的壓力，這類鋼材包含了客戶需要的特定性能。能夠滿足這些日益增長的高品質鋼鐵需求的制造商將為其產品開出更高的價格，并最終提高其行業(yè)的競爭地位。

市場上對高品質鋼材的需求正在增長

隨著制造商競相生產更耐用、更輕便的產品，市場對高強度鋼材的需求也在增加。如今，每年生產的 19 億噸鋼材中，大約有一半的鋼材用于高強度應用中「1」。此外，先進的高強度鋼和鐵心硅鋼市場正在快速增長，汽車制造商開始增加使用這類鋼材以滿足新的法規(guī)，并且能源供應商也開始擴大使用可再生能源。

以汽車工業(yè)為例。為了更具競爭力，如今的汽車制造商都面臨著生產壽命更長、重量更輕的汽車的壓力，任何部件出現故障都可能會削弱制造商的競爭力。

例如，在車輪和車軸之間旋轉的鋼球軸承，需要持續(xù)至少 10 萬英里，而僅僅 50 微米的雜質都將可能導致軸承失效。在當今競爭激烈的市場中，鋼鐵制造商如果能滿足汽車制造商對持久型鋼材的需求，就能為自己的產品開出最高的價格，并最終提高自己的市場地位。

當今鋼鐵制造商面臨著生產優(yōu)質鋼材的挑戰(zhàn)

鋼種類繁多，有 3500 多個品種，每一種都有不同的延展性、強度和其他性能。這些性能的變化部分是由于在生產過程中不慎進入產品的非金屬夾雜物造成的，如果不加以控制，這些夾雜物會損害鋼材的質量，甚至擾亂整個生產過程，直接造成利潤損失和時間成本增加。

應用于不同場景的鋼材需要保持不同的清潔度。例如，在汽車部件(如結構管)中，允許最多 100 微米的雜質夾雜物，然而在生產過程中，輪胎簾線中 15 微米的雜質就足以破壞該組件。

制造出理想性能的鋼材需要嚴格控制鋼材中的非金屬夾雜物。無論是鋼材制造商在進行鋼材的制造過程中，還是后續(xù)部件制造商用來確定失效故障時，制造商都必須快速準確地了解夾雜物的數量、大小和化學成分。

在過去，研究人員使用光學顯微鏡來評估內部夾雜物的大小和數量，但是不能確定內部夾雜物的成分。因此，為了同時實現夾雜物大小、數量及成分分析，研究人員必須使用光學顯微鏡和掃描電鏡（手動尋找）兩種不同的儀器來進行觀察和研究，光學顯微鏡用于鋼制造過程中夾雜物形態(tài)的分析，掃描電鏡用于手動尋找失效部件的夾雜物并進行成分分析，這兩種方式明顯增加了使用成本和操作的復雜性。

如果沒有合適的檢測方法和儀器來控制夾雜物，想要滿足客戶對高品質鋼材的要求是非常困難的，甚至是不可實現的。為了制造下一代高強度鋼，研究人員不僅需要快速獲得更高質量的數據，還需要一個多功能且高效的檢測儀器，以準確地評估在各個生產周期中不同階段的夾雜物。

飛納全自動鋼中夾雜物分析系統 Phenom ParticleX Steel 解決了這個問題，它可以提供快速、準確和完整的數據信息，以幫助鋼鐵制造商優(yōu)化他們的生產過程，最終提高企業(yè)的利潤和競爭力。

Phenom ParticleX Steel 小到可以只放置在一臺桌面上，幾乎任何實驗室均通用，且不需要昂貴的場地改造費用。

作為 ParticleX 系列的三款產品之一，Phenom ParticleX Steel 專門為幫助鋼鐵制造商進行快速評估鋼鐵清潔度而設計，可以給鋼鐵制造商提供快速、準確、以及完整的數據信息，以幫助其進行更高質量鋼鐵的研究和開發(fā)。

此外，Phenom ParticleX Steel 是市場上專門用于夾雜物分析的六硼化鈰（CeB₆）信號源的掃描電鏡。高亮度的 CeB₆ 信號源使得其可以對亞微米級的夾雜物進行表征，還具有比大多數鎢燈絲 SEM 至少兩倍的使用壽命。與可能突然失效并污染燈絲倉的鎢燈絲 SEM 不同，CeB₆ 晶體會隨著時間的推移緩慢降解，用戶可以直觀地查看燈絲使用時長并預測燈絲可能失效的時間節(jié)點，在操作期間便可以及時更換。

1. 集成 EDS，快速準確的失效分析

Phenom ParticleX Steel 的用戶界面簡單易用，使得用戶可以快速和準確地找出部件失效的根本原因。在加載樣品后不到一分鐘的時間內便可以獲得全屏的掃描電鏡圖像。然后，在此樣品定位的基礎上，用戶可以快速放大，在高倍放大的情況下觀察感興趣的區(qū)域。

Phenom ParticleX Steel 使用戶能夠快速放大，以確定組件失效的根本原因。圖中用戶放大了一個 8.8 微米大小的夾雜物，觀察了其大小和形態(tài)，以便進一步分析。

此外，Phenom ParticleX Steel 直接集成先進的能量色散 X 射線（EDS）分析，可在不到一分鐘的時間內獲得可靠、高質量的 SEM 圖像。更重要的是，研究人員可以快速分析每個夾雜物的大小和位置，可以精確到 0.5 微米，同時還可以獲得每個顆粒的元素組成。獲取了夾雜物的大小、數量和化學成分信息，鋼鐵制造商可以針對特定應用和客戶需求來優(yōu)化其煉鋼的工藝。

當放大找到目標夾雜物顆粒后，通過集成的 EDS 能譜探測器，可以進一步得到關于顆粒的化學成分信息。只需點擊幾下鼠標，就可以看到夾雜物顆粒，獲得 EDS 能譜，并生成包含以上結果信息的數據報告。

使用 Phenom ParticleX Steel，用戶可以放大一個夾雜物到高分辨率下，結合 EDS 能譜信息，可以快速識別粒子的大小、形態(tài)和化學元素。圖中用戶進一步分析了一個 23 微米大小的夾雜物的化學組成。

2. 三元圖數據呈現，全自動化智能分析

Phenom ParticleX Steel 將鋼材加工樣品中的夾雜物分析實現全自動化，允許所有不同經驗級別的用戶在幾秒鐘內看到夾雜物的大小、形狀以及化學成分。內置的模板和自動化方案使研究人員能夠快速上手使用，隨著他們對電鏡越來越熟悉，也可以結合用戶的具體需求制作個性化的定制方案。此外，簡化的用戶界面、簡單快速的樣品加載，結合行業(yè)特制的軟件，幾乎任何人都可以立即從該儀器獲得高質量的結果，從而進行及時有效的故障分析。該儀器分析選定的區(qū)域，從所有的夾雜物顆粒中獲得 SEM 圖像和 EDS 能譜，并將數據顯示為三元圖，以便于直觀分析。

案例: 了解噴嘴堵塞的過程

鋼鐵制造商面臨的一個問題是，在鑄造過程中，由于夾雜物成分的變化，會造成連鑄機噴嘴堵塞，一旦發(fā)生堵塞，將消耗很高的成本。將鋼從鋼水包倒入澆注盤時，硫化鈣夾雜物與氧氣發(fā)生反應，形成鋁酸鈣和鋁酸鎂。因此，為了減少澆注盤的再氧化，利用掃描電鏡分析了解這些化學成分隨時間的變化，可以為鋼鐵制造商提供重要的研究方向。使用 Phenom  ParticleX Steel，鋼鐵制造商可以觀察隨著時間的推移，澆注盤再氧化的現象，以更好地了解噴嘴堵塞過程。

通過三元圖顯示的結果，冶金學家可以直觀看出夾雜物出現在不同的時間點，以進一步觀察再氧化現象，以便更好地了解噴嘴堵塞過程并優(yōu)化煉鋼工藝。

3. 結合統計模型，預測最大的夾雜物

鋼鐵制造商面臨的另一個挑戰(zhàn)是預測成品鋼的失效率，夾雜物通常是發(fā)生失效的地方，但是由于大多數制造商每天生產大批量的鋼材，因此不可能準確測量每一個夾雜物。使用 Phenom ParticleX Steel 可以測量足夠大區(qū)域內夾雜物的尺寸、形態(tài)和化學元素，然后將這些數據輸入統計模型，研究人員可以根據 ASTM E2283 標準對鋼中非金屬夾雜物進行極值分析，預測存在的最大夾雜物并進一步預測總體失效率。如此一來，鋼鐵制造商在確認證鋼鐵產品質量的同時，也獲得了優(yōu)化鋼鐵制造過程所需的重要信息。

Phenom ParticleX Steel 與統計模型相結合，鋼鐵制造商可以根據 ASTM E2283 標準中的極值分析來預測最大的夾雜物。

雙重用途

Phenom ParticleX Steel 具有雙重用途，它可以用于鋼材制造過程中的夾雜物分析，同時可以進行部件制造后的失效分析。白天，研究人員可以在產品制造完成后，手動使用該儀器來確定失效件產生失效的根本原因（下方左圖）。在夜間和周末，研究人員可以設置自動化的常規(guī)非金屬夾雜物分析（下方右圖）。總的來說，這種雙重的用途為制造商提供了研究所需的完整信息的同時，節(jié)省了寶貴的時間，以促進加速開發(fā)更高質量的鋼材。