TCNIA-铜及铜合金晶粒度与再结晶分数测定 电子背散射衍射法预审稿编制说明

《铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数的测定电子背散射衍射法》团体标准编制说明-预审稿一、工作简况1任务来源根据工业和信息化部《关于促进制造业产品和服务质量提升的实施意见（工信部科[2019]188号）》文件，深入贯彻落实《中共中央国务院关于开展质量提升行动的指导意见》，加快提升制造业产品和服务质量，推动制造业高质量发展。基于在检测分析实际需求中得到的诸多反馈，洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）在2023年11月举办的全国有色金属标准化技术委员会及重金属标委会年会上提出了对铜及铜合金平均晶粒度和再结晶分数进行标准制定的计划，目的在于规范其样品制备方法、检测流程和数据处理过程，以期获得规范、高质量的衍射花样及精准表征结果，有利于科学表征铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数，指导铜及铜合金产品的加工过程质量控制和工程应用评价。2项目编制组洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）、中铝洛阳铜加工有限公司、厦门双瑞材料研究院有限公司、国合通用（青岛）测试评价有限公司、绍兴市特种设备检测院、有研亿金新材料有限公司（简称有研亿金）、有研亿金新材料（山东）有限公司、山西北铜新材料科技有限公司、中色创新研究院（天津）有限公司、宁波江丰电子材料股份有限公司、西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司、钢铁研究总院有限公司钢研总院、河钢集团有限公司、中色正锐（山东）铜业有限公司。主编单位洛阳船舶材料研究所拥有海洋腐蚀与防护国家重点实验室等8个国家级创新平台、4个海洋环境试验站、4个国家级检测认证中心、25个省部级及6个市级创新平台;并拥有材料学和材料加工工程硕士学位授权点、材料学博士学位授权点和博士后工作站。七二五所试验测试与计量技术研究中心，是中国船级社(CCS)在认可的“船舶材料验证试验中心”，中国国家认证认可监督委员会(CMA)和中国合格证定国家认可委员会(CNAS)认可的“中国船舶工业船舶材料技术检测中心”，国防科工局认定的国防计量校准机构。并获得了美国国家航空航天及国防合同PRI(NADCAP)认证。中心承担多项技术基础研究项目，主持制修订GB及ASTM标准15项，授权专利30余项。致力于材料测试标准的制订和推广，是ASTM标准委员会成员单位，并获国际标准制订授权。3主要工作过程3.1标准立项根据中色协科字[2024]发文应该是有一个专门的符号，六角括号17号文件，计划编号2024-006-T/CNIA，正式批准了团体标准《铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数的测定电子背散射衍射法》的制定计划。计划任务正式下达后，立即成立了标准编制组，并落实起草任务，确定标准的主要起草单位并拟定该标准的工作计划（详见表1）。发文应该是有一个专门的符号，六角括号3.2任务落实及分工2024年6月在北京召开了《高纯铜铸锭》等10项有色重金属标准工作会议。会议上进行了任务分工讨论并增加了新的意向加入单位，会议落实了一验和二验单位，起草单位包括洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）、中铝洛阳铜加工有限公司、厦门双瑞材料研究院有限公司、国合通用（青岛）测试评价有限公司、西北稀有金属材料研究院、绍兴市特种设备检测院等。具体分工为：洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）总负责，试验方案确定、市场和铜及铜合金行业信息收集、资料汇总分析及执笔；中铝洛阳铜加工有限公司和西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司负责提供紫铜T1、黄铜H62、白铜B10和铍青铜QBe2.0等典型牌号的材料。厦门双瑞材料研究院有限公司负责进行数据收集整理、国合通用（青岛）测试评价有限公司、绍兴市特种设备检测院、有研亿金新材料（山东）有限公司及有研亿金北京有限公司、山西北铜新材料科技有限公司和宁波江丰电子材料股份有限公司负责材料晶粒度数据及再结晶分数数据的收集及验证。表1任务落实及分工项目名称测定范围起草单位一验单位二验单位铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数的测定电子背散射衍射法铜及铜合金平均晶粒尺寸与再结晶分数洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）国合通用（青岛）测试评价有限公司、绍兴市特种设备检测院、有研亿金新材料（山东）有限公司及有研亿金北京有限公司山西北铜新材料科技有限公司和宁波江丰电子材料股份有限公司、钢铁研究总院有限公司时间安排2024年8月，完成试验样品的准备和挑选。2025年01月，起草单位完成试验报告并验证，并向验证单位提供试验样品和试验方案。2025年02月，验证单位完成验证报告。2025年03月第一次预审。2025年06月第二次预审。2025年月审定。样品提供单位中铝洛阳铜加工有限公司和西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司3.3起草阶段根据2024年2月5日下达的标准制定计划，本项目完成周期为18个月。任务下达后，洛阳船舶材料研究所组织技术人员组成了《铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数的测定电子背散射衍射法》标准制定工作组，开展了系列产品调研，和铜及铜合金电子背散射衍射技术资料收集与归纳。显微组织中的晶粒大小和再结晶的进行程度对铜及铜合金材料的后续加工工艺选择具有重要的指导意义，直接影响终态材料的机械性能和物理性能。其中，晶粒度是评判材料级别的关键数据。再结晶分数是指加工硬化的金属及合金在不经过相变进行形核长大后等轴晶粒的比例，反映了变形铜及铜合金的变形与软化程度。目前，国内外的晶粒度测定方法主要有GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》、ASTME112-13(R2021)《测定平均晶粒度的标准试验方法》、YS/T347-2020《铜及铜合金平均晶粒度测定方法》、ISO2624-1990《铜和铜合金平均晶粒度的测定方法》、JISH0501-1986《锻造铜及铜合金平均晶粒度评估的方法》与YB/T4290-2012《金相检测面上最大晶粒尺寸级别（ALA晶粒度）测定方法》、GB/T24177-2009《双重晶粒度表征与测定方法》（等同采用ASTME1181-2002）、ASTME1181-2002(2008)《双重晶粒度表征的标准试验方法》。上述标准均采用传统的金相试验技术。其中，GB/T6394-2017和ASTME112-13(R2021)适用于测定金属材料单峰分布试样的平均晶粒度测定，YS/T347-2020和ISO2624-1990适用于单相或以单相为主的铜及铜合金，YB/T4290-2012与GB/T24177-2009、ASTME1181-2002(2008)分别适用于粗大晶粒与双重晶粒度等特殊情形。限于金相试验技术光学分辨力，部分类型的铜及铜合金的衬度偏低，无法评判其晶粒度，更无法评判再结晶分数。伴随物理学和电子学的发展，形成了具有更好电子分辨力的电子背散射衍射技术，可实现晶粒取向及分布的高精准成像和表征，并根据晶体取向划分晶粒，通过测量相邻衍射点间的取向差计算晶粒尺寸，同步实现了再结晶晶粒和变形晶粒的有效分辨。本标准编制组确定后，在标准稿起草期间，洛阳船舶材料研究所（七二五所）作为主要负责单位，首先梳理本企业试验结果、设备使用现状、检测基本流程，为本标准全面、系统、有效的制定奠定了良好的基础，随后编制小组对铜及铜合金平均晶粒度与再结晶分数检测方法进行了调研，全面准确地了解了检验需求及国内实验室的检测水平和现状。经过标准编制组及相关人员的共同努力并结合国内实验室的实际情况，经过多次讨论和广泛征求意见，编制小组于2024年5月形成了《标准草案》及其编制说明。2024年6月12日～6月15日由全国有色金属标准化技术委员会重金属委员会在北京市召开该标准的任务落实讨论会。与会专家对标准的讨论稿进行了认真的讨论，并制定了任务落实计划，编制组根据会议要求和专家意见，对标准进行认真修改，对检测数据进行了统计、分析，并于2025年02月底形成了标准预审稿。2025年03月25日~03月26日由全国有色金属标准化技术委员会主持在广东省韶关市召开该标准的预审会，对该标准进行了初次预审。编制组根据标准预审会议精神和各专家意见，对标准文本和编制说明进行修改。又补充进了中色创新研究院（天津）有限公司进行标准修改和标准完善工作、河钢集团有限公司进行金相试验补充工作及中色正锐（山东）铜业有限公司完善样品制备方法等，根据反馈意见，对标准预审稿和编制说明进行了修改和完善，于2025年05月形成了标准初审稿。3.4征求意见阶段本标准《铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数的测定电子背散射衍射法》于xxxx年xx月发送《征求意见稿》，回函并有建议或意见的单位xx个，回函无意见的单位xx个，没有回函的单位xx个；其中包括生产单位**家，科研院所**家，**单位**家,基本覆盖该领域相关的主要单位。编制组根据会议专家意见和回函意见情况，对标准稿进行修改和完善，于xxxx年xxx月初形成本标准《送审稿》及《编制说明》。3.5送审阶段3.5.1技术专家审查xxxx年xx月xx日～xx月xx日在xx省xx市，由全国有色金属标准化技术委员会主持，召开《铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数的测定电子背散射衍射法》标准审定会，共有xx个单位的xx名专家（详见有色金属标准审定会专家签名表）参加了会议。与会专家对《铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数的测定电子背散射衍射法》标准的送审稿进行了认真审定，提出了xx条修改意见，编制小组会后按照专家的修改意见进行了修改，完善了《送审稿》及《送审稿编制说明》。3.5.2委员审查xxxx年xx月xx日，全国有色金属标准化技术委员会在xxxxxx召开了全体委员会议。全国有色金属标准化技术委员会重金属分技术委员会（SAC/TC243/SC2）全体委员共计xxxx名，实际参与投票工作xxx名。会议经过认真的讨论，对《铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数的测定电子背散射衍射法》标准制修订程序、征求意见的过程以及技术内容的确定等多方面进行了仔细审查。与会xxx名委员全体投票通过，同意该标准《送审稿》及和《送审稿编制说明》通过审查，无修改意见，表决通过率为100%。3.6报批阶段标准编制组对标准文本和编制说明进行完善，形成标准报批稿报送至全国有色金属标准化技术委员会（SAC/TC243）秘书处，上报至国家标准化管理委员会审批、发布。二、标准编制原则本标准起草单位自接受修订任务后，成立了标准编制工作组负责收集整理相关资料、市场需求及试验数据等，同时结合国家发展方针政策，本着科学可持续发展的原则，以严谨、科学的态度对本标准修订进行了反复的讨论、修改，使之不断完善。为了规范铜及铜合金的生产工艺并进一步提升产品质量，制定相应的标准规范，《铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数的测定电子背散射衍射法》。本标准是根据GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》和GB/T20001.4-2015《标准编写规则第4部分：试验方法标准》的规定编写。标准编制所遵循的基本原则：1.科学性原则。标准必须符合科学、合理、先进的原则，确保标准内容科学、准确、可靠。2.公正性原则。标准编制必须遵循公正、公开、透明、公平的原则，维护各利益相关者的合法权益。3.适用性原则。标准必须符合产品实际需求，具有实用性和适用性，能够满足产品设计、生产和使用的实际需求。4.可行性原则。标准必须具有可操作性和可实施性，能够被生产者和使用者接受和实施。5.技术先进性原则。标准必须体现技术先进性，促进技术创新和技术进步，提高产品质量和安全性。6.协调性原则。标准必须符合国际和地区标准的协调性，避免相互冲突和重复，促进贸易自由化和技术交流。7.法律法规遵循原则。标准必须遵循国家法律、法规和政策，维护国家利益和公共利益。通过以上原则，制定出符合实际需求的检测方法标准。三、标准主要内容标准（草案）描述了测定铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数的方法，适用于铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数的电子背散射衍射分析。此方法根据晶体取向划分晶粒和再结晶晶粒。标准（预审稿）共9章、附录A和附图，具体如下：第1章：范围，包括文件的应用方法、使用对象和范围。第2章：规范性引用文件。第3章：术语和定义，界定了电子背散射衍射、电子背散射花样、菊池带、晶体学取向、取向差、晶内最大取向差、晶粒、取向图、再结晶晶粒、标定、步长等相关术语和定义。第4章：方法原理，描述了铜及铜合金中平均晶粒度与再结晶分数的电子背散射衍射分析的方法原理。第5章：试剂及材料。第6章：试验仪器，描述了EBSD系统及EBSD采集硬件、软件以及扫描电镜各子系统的组成和功能。第7章：试样，描述了取样的基本原则和相关要求，描述了样品制备的基本步骤，包括机械抛光、振动抛光要求，并规范看终态表面应达到的状态。第8章：试验步骤，描述了预估晶粒尺寸、装载样品、选择步长、选择视场、EBSD扫描、数据处理、计算平均晶粒面积、计算晶粒面积的标准偏差、计算非等轴晶粒的平均面积、计算非等轴晶粒的混合标准偏差、计算结果、再结晶晶粒设置、再结晶分数的计算等相关内容和要求。第9章：检验报告，描述了检验报告的基本内容与相关要求。附录A：根据平均等积圆直径计算晶粒度级别，描述了计算每个晶粒等积圆直径、计算检验面积内完整晶粒平均等积圆直径、计算晶粒等积圆直径的标准偏差、按照平均等积圆直径计算晶粒度级别、确定95%置信区间、确定相对误差等相关操作的基本步骤、公式和要求。附图：晶粒尺寸及再结晶分数统计常用图示例给出了晶粒统计柱状图、再结晶图及反极图取向衬度图等。四数据采集参考通用的试验方法方法并结合该标准的相关要求对样品进行了样品处理方法和实验数据处理方法的规定。1试样的制备为便于规范EBSD制样方法并尽量公正反映采集结果，现拟采用简单且常规的制样方法对铜及铜合金进行制样。按照目前收集到的样品有紫铜、青铜、黄铜和白铜四种类型。统一的将不同牌号样品进行金相制样，注意样品制备面为标记面。利用导电镶或者热镶进行样品的镶嵌，磨至砂纸2000目，利用二氧化硅悬浊液进行粗抛，最后利用颗粒直径小于等于50nm的二氧化硅悬浊液进行振动抛光，抛光时间6~12小时。若没有振动抛光设备，则最后利用颗粒直径小于等于50nm的二氧化硅悬浊液进行机械抛光，抛光时间约0.5小时，保证抛光布干净且样品抛光过程中受力均匀。抛光结束后用无水乙醇冲洗干净并及时吹干。最终制得表面应光亮且无划痕和水渍。对于不具备样品制备条件的单位，我们可提供制备好的样品供采集验证。2测试2.1样品放置方式制备好的样品要保证上下平行，将样品通过导电胶带固定在样品台上，并调整样品台角度使得样品与电子束方向成20°倾斜角（相较于样品台倾斜70°）。2.2电镜参数电压：20KV，束流：13~52nA，选定需要分析的区域，调整工作距离，接近软件校准的工作距离，通过聚焦和调整样品高度、像散等操作使图像至最清晰。EBSD检测通常设定的工作距离（WD）为10～20mm。采集前确保EBSD采集区域的标尺矫正准确。2.3采集参数打开EBSD测量分析软件，选定测量区域，扣除背底，选择与工作距离最近的校准数据进行校准。选择晶体单胞，推荐选择库中自带的Cu相进行标定，优化相机参数，设置扫描步长、像素等参数，开始采集。其中步长宜等于预估晶粒直径的1/10。样品扫描区域大小以及区域内晶粒的数量根据测试需求而定，所有视场采集晶粒数量不宜少于500个。每个样品至少在不同区域随机采集2个位置。测定完毕，标定率应达到85％以上，数据有效，并保存数据。对于标定率低于80％的样品，应重新进行样品处理和测试。3数据分析采用设备自带软件按照统一的分析和定义方式分析晶粒尺寸和再结晶分数。采集完毕后保存原始数据，随后进行统一处理比对。去除误标点。对单个误标点进行去除。a）降噪。降噪时一般选择5或6个临近点进行填补。标定率的提高应不超过5%。b）形成晶粒。选择晶内最大取向差形成晶粒。晶内最大取向差选择5形。c）闭合不完整晶界。选择合适的晶界偏差以闭合不完整晶界，但不允许产生新的晶粒。d）重复b～c，直至标定率不再变化。e）选择最小晶粒尺寸。如无特殊规定，只有数据点超过10（不包括10）的晶粒才纳入晶粒尺寸（度）的计算。f）将孪晶界排除在外（在铜及铜合金占主导的60°<111>取向），只考虑母体晶粒。g）规定再结晶的晶内平均取向差，再结晶晶粒：＜1°，亚结构晶粒：1°~5°，变形晶粒：＞5°。4试验结果4.1晶粒尺寸验证单位利用电子背散射衍射法（EBSD）及金相法分别对四种牌号铜及铜合金进行了晶粒尺寸统计。平均晶粒尺寸结果见表2，此处所列数值为多个区域的算术平均值。其中四个牌号的EBSD平均晶粒尺寸值与均值的相对偏差均在15%以内。因为不同验证单位所采用的EBSD采集系统不同，识别过程和处理过程也会稍有差异。目前世界上的EBSD厂家有牛津、布鲁克、EDAX和赛默飞四家，其采集原理相同，他们对数据处理的分析算法略有差异，但是分析的原理相同，对同一结果的处理偏差较小。严格控制不同厂家软件的处理条件，相对偏差会进一步缩小。金相法测试平均晶粒尺寸结果与EBSD结果有偏差。尤其是H62和Be2.0试样。对于Be2.0试样，不同家金相测试均反映其衬度较差，更换蚀刻剂种类及配比均效果不佳，且其晶粒尺寸相对较小，造成金相法测得相比EBSD法更大的结果。对于H62样品，该验证材料含有较多的小尺寸晶粒，在金相显微镜下衬度不明显，大晶粒占据更大的面积分数，造成结果偏大；而EBSD是采集晶体衍射数据，最高分辨力在30~50nm，对数据更精确的统计造成了平均晶粒尺寸数值相比金相偏低。该验证材料的再结晶分数较低，属于变形态。B10试样晶粒尺寸差异小，在金相下统计的晶粒尺寸与EBSD结果近似。其再结晶分数较大，不会造成ebsd结果与金相结果的明显差异。T1试样由于晶粒尺寸较大，在统计过程中，对晶粒的统计视场太小会影响结果的判定。在此，我们也进一步完善了标准稿，对采集视场和最低晶粒数量做了规定，更利于结果的具有统计性。综上，再结晶分数较小的变形态试会造成金相法与EBSD法平均晶粒尺寸结果偏差大；晶粒尺寸过小且衬度不佳的材料金相法判定不准确，如Be2.0晶粒尺寸较小，利用金相法已无法准确判断晶粒尺寸，这时EBSD法的优势进一步凸显，此时，建议用EBSD方法进行晶粒尺寸判定。针对以上问题，在标准稿上做了适用范围说明。各验证单位的典型试验结果见附图A。表2平均晶粒尺寸统计（um）样品牌号验证单位T1B10Be2.0H62七二五所（EBSD法）217.043.93.218.0江丰电子（EBSD法）243.744.13.821.3钢研院（EBSD法）209.040.13.017.6绍兴特检院（EBSD法）256.647.72.819.3国合青岛（EBSD法）254.040.33.819.2均值236.143.23.319.1有研亿金（山东）（金相法）22744.75.033.3山西北铜（金相法）20344.9衬度差，无结果31.0有研亿金（北京）（金相法）281.543.16.133.6河钢（金相法）308.044.95.632.8均值254.844.45.632.74.2再结晶分数验证单位利用电子背散射衍射法（EBSD）分别对四种牌号铜及铜合金进行了再结晶分数统计，结果见表3，此处所列数值为多个区域的算术平均值。其中T1、B10及Be2.0验证结果与均值的相对偏差均在10%以内，但是H62验证结果与均值的相对偏差较大，这与材料的局部不均匀及再结晶晶粒所占比例较小有关，如果晶粒再结晶退火良好则利用该标准检验材料的再结晶分数具有较好的稳定性，如果材料再结晶较不充分，则稳定性不佳，但仍能反映材料的再结晶情况。值得注意的是，再结晶分数的设置条件要保持严格一致，处理参数的细微差别会造成再结晶分数的差别。针对以上问题，在标准稿上做了适用范围说明。各验证单位的典型试验结果见附图A。表3再结晶分数统计（%）样品牌号验证单位T1B10Be2.0H62七二五所93.178.090.08.3江丰电子92.379.192.47.5钢研院88.975.593.84.3绍兴特检院90.081.288.16.1国合青岛91.584.591.53.7均值91.279.791.26.0五标准水平分析常用的铜及铜合金的晶粒度测定方法主要有GB/T6394-2017《金属平均晶粒度测定方法》、ASTME112-13(R2021)《测定平均晶粒度的标准试验方法》、YS/T347-2020《铜及铜合金平均晶粒度测定方法》、ISO2624-1990《铜和铜合金平均晶粒度的测定方法》，上述标准均采用传统的金相试验技术。限于金相试验技术光学分辨力，部分类型的铜及铜合金的衬度偏低，无法评判其晶粒度，更无法评判再结晶分数。本标准的起草，运用相对先进的EBSD技术，规范了试样制备的步骤要求，同时增加了采集处理方法，符合现阶段对铜及铜合金晶粒尺寸及再结晶分数评价要求。该标准方法采用后，能解决部分铜及铜合金材料晶粒尺寸与再结晶分数无法准确评价的难题，同时，使得铜及铜合金制品在生产加工环节的组织评价更为客观和全面，指导铜及铜合金制品的加工过程质量控制和工程应用评价。综上，本标准修定后可达到国际先进标准的水平。六、与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准的协调性本标准属于检测方法标准修订没有现行的法律、法规、规章制度等对其要求，本领域没有强制性标准，与现行法律、法规相协调、无冲突。七、重大分歧意见的处理经过和依据无。八、作为强制性国家标准的建议本标准建议不作为强制性标准，而建议作为推荐性标准。九、贯彻标准的要求和措施建议为使标准能更好地发挥作用，提高铜及铜合金生产企业的控制水平，建议针对本标准制订切实可行的贯彻措施，做好宣传培训工作，使各相关单位充分掌握标准中所规定的检测方法，并加强示范推广，让标准在铜及铜合金的生产和使用过程中得以广泛应用。同时，对标准执行情况进行跟踪调查，及时发现标准执行中的问题，不断修改完善，提升标准水平，提高标准的科学性、合理性、协调性和可操作性。十、废止现行有关标准的建议无。十一、其它应予说明的事项无。十二、预期效果通过本次标准修订，完善了国内铜及铜合金制品组织检验的方