钢中非金属夹杂物的鉴定

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1、钢中非金属夹杂物的鉴定随着现代工程技术的发展，对钢的综介性能要求也日趋严格，相应地对钢的材质要求也越來越高。非金属夹杂物作为独立相存在于钢中，破坏了钢基体的连续性，加大了钢中组织的不均匀性，严重影响了钢的各种性能。例如，非金属夹杂物导致应力集中，引起疲劳断裂[1-3]；数量多且分布不均匀的夹朵物会明显降低钢的塑性、韧性、焊接性以及耐腐蚀性；钢中呈网状存在的硫化物会造成热脆性。因此，夹杂物的数屋和分布被认定是评定钢材质量的一个重要指标，并且被列为优质钢和高级优质钢出厂的常规检测项目之一。非金属夹杂物的性质、形态、分布、尺寸及含量不同，对钢性能

2、的影响也不同。所以提高金属材料的质量，生产出洁净钢，或控制非金属夹杂物性质和要求的形态，是冶炼和铸锭过程中的一个艰巨任务。而对丁•金相分析工作者来说，如何正确判断和鉴定非金屈夹杂物也因此变得十分重耍。1钢中非金属夹杂物的来源分类1.1内生夹杂物钢徃冶炼过程中，脱氧反应会产生氧化物和硅酸盐等产物，若往钢液凝固前未浮出，将留往钢中。溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元索在降温和凝固时，由于溶解度的降低，与其他元索结合以化合物形式从液相或固溶体中析出，最后留在钢锭中，它是金属在熔炼过程中，各种物理化学反应形成的夹杂物[10-15]o内生夹杂物分布比较

3、均匀，颗粒也较小，正确的操作和合理的工艺措施可以减少其数屋和改变其成分、大小和分布情况，但一般來说是不可避免的。1.2外来夹杂物钢在冶炼和浇注过程中悬浮在钢液农面的炉渣、或由炼钢炉、出钢槽和钢包等内壁剥落的耐火材料或其他夹杂物在钢液凝固前未及时清除而留于钢中。它是金属在熔炼过程中与外界物质接触发生作用产生的夹杂物[10-15]o如炉料表面的砂土和炉衬等与金属液作用，形成熔渣而滞田在金属小，其中也包括加入的熔剂。这类夹杂物一般的特征是外形不规则，尺寸比较人，分布也没有规律，又称为粗夹杂。这类夹杂物通过正确的操作是可以避免的。2钢中非金属夹杂物

4、按化学成分分类钢中非金属夹杂物按化学成分详细分类见图1,主耍分为三大类。图1钢屮非金属夹杂按照化学成分分类图1.1氧化物系夹杂简单氧化物有FeO,FeO,MnO,Si02,AlA,MgO和CgO等。在铸钢中,当用硅铁或铝进行脱氧时,SiCh和A1Q夹杂比较常见。ALOs在钢中常常以球形聚集呈颗粒状成串分布。复杂氧化物，包括尖品石类夹杂物和各种钙的铝酸盐等，以及钙的铝酸盐。硅酸盐夹杂也属于复杂氧化物夹杂，这类夹杂物［2］有2reO・Si()2(铁硅酸盐)、2MnO・SiO,(ti£硅酸盐)和CaO・SiO?(钙硅酸盐)等。这类夹杂物在钢的凝I

5、占I过程中，由丁-冷却速度较快，某些液态的硅酸盐来不及结晶，其全部或部分以玻璃态的形式保存丁-钢中。2.2硫化物系夹杂主要是FeS,MnS和C“S等。由于低熔点的FeS易形成热脆，所以一般均要求钢中要含冇一定暈的猛，使硫与猛形成熔点较高的HnS而消除FeS的危害。因此钢屮硫化物夹杂主要是MnSo铸态钢中硫化物夹杂的形态通常分为三类：①形态为球形，这种夹杂物通常出现在用硅饮脱氧或脱氧不完全的钢中；②在光学显微镜下观察呈链状的极细的针状夹杂；③呈块状，外形不规则，在过量铝脱氧时出现。2.3氮化物夹杂当钢中加入与氮亲和力较大的元素时形成AIN,T

6、iN,Z讯和VN等氮化物。在出钢和浇铸过程中钢液与空气接触，氮化物的数量显著増加。3按夹杂物的塑性变形能力分类(1)脆性夹杂物热加工时该类夹杂物形状和尺寸都不变化，但可能沿加工方向成串排列或呈点链状，屈于这类夹杂物的有AlXh和CrAo(2)塑性夹杂物热变形时该类夹杂物具冇良好范性，沿变形方向延伸成条带状。属于这类的冇硫化物及SiOz含量较低(40%〜60%)的铁钮硅酸盐。(3)球状不变性夹杂物铸态呈球状，热加工后保持球状不变，如SQ及含SiO?较高(>70%)的硅酸盐等。⑷半塑性夹杂物指各种复和的铝硅酸盐夹杂。基体铝硅酸盐有塑性，热加工时

7、将产生塑性变形，但是其中包含着的析出相如氧化铝等是脆性的，加工时仍保持原状或只是拉开距离。4夹杂物的鉴定早期的工作者主要用光学显微镜配合X射线结构分析和化学成分分析，积累了宝贵的经验和丰富的资料。近年来，采用电子探针对夹杂物进行微区成分分析日益增多。目前鉴定夹朵物的大致方法有以下两种。4.1金相法与微区域成分分析相结合在金相观察中选出待定夹杂物后，用电子探针(EPMA)进行微区成分分析或者应用扫描电镜(SEM)H带能谱分析仪(EDS)进行成分分析。通常可以测定尺寸大于lun)的夹杂物的组成元索和大致成分，如果采用个别元索的面扫描还町以得到更

8、为直观的结果。4.2光学金相法在光学显微镜下利用明视场观察夹杂物的颜色、形态、大小和分布；在暗视场下观察夹杂物的固有色彩和透明度；在正交偏振光下观察夹杂物的各种光学性质，从而判断