鋼中非金屬夾雜物及其金相檢驗

李慶曉

中國中車齊齊哈爾車輛有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161000

1 鋼中非金屬夾雜物的分類

1.1 按來源分類

鋼中的非金屬夾雜物主要來源于鋼的精煉，根據(jù)來源，它們可分為內源雜質和外來雜質。外來夾雜物具有大顆粒，不規(guī)則形狀，集中分布和規(guī)則性，內源雜質相反，分布相對均勻，并且顆粒小。

（1）內生夾雜物。內生夾雜物是煉鋼過程中物理和化學反應形成的夾雜物，主要是指在冶煉過程中形成的化合物和脫氧過程中形成的脫氧產(chǎn)物，在鋼水凝固過程中氧氣固化。包括。即使溶解度降低并保留在鋼中，硫和氮等元素的雜質也不會漂浮[1]。其成分和結構非常復雜，鋼中的含量有50%左右。

（2）外來夾雜物。外來雜質是在冶煉過程中由鋼材和外來雜質接觸產(chǎn)生的夾雜物，主要是在熔煉過程中漂浮在鋼水表面上的爐渣，或煉鋼爐的內壁，熱水儲罐和鋼包。剝離的耐火材料或其他夾雜物在鋼水凝固之前不會被去除，并且來自襯里或鋼中的夾雜物，包括湯磚，中等絕緣保溫板和保護渣進入鋼水中，正確的操作可以防止外來雜質污染。

1.2 按化學成分分類

（1）氧化物系夾雜物。氧化物夾雜物有三種類型，第一種是單一氧化物，主要是FeO，F(xiàn)e2O3，MnO，SiO2，Al2O3，MgO等，一般是SiO2和Al2O3，它通常以球狀聚集并分散在顆粒中。第二種是復合氧化物，主要是2FeO·SiO2（硅酸鐵），儲存在鋼的凝固過程中，冷卻速度更快，液態(tài)硅酸鹽不是很結晶，全部或有些以玻璃的形式儲存。第三種是硅酸鹽2MnO·SiO2（硅酸錳）和CaO·SiO2（硅酸鈣）。

（2）硫化物系夾雜物。硫化物夾雜物主要指FeS和MnS，而在鋼中，低熔點FeS易引起熱脆化，一般來說，硫和錳形成高熔點MnS并除去FeS需要含有一定量的錳。因此，鋼中的硫化物夾雜物主要是MnS。鋼中的硫化物夾雜物主要是球形，非常細的鏈和針，以及不規(guī)則形狀的塊。

1.3 按形態(tài)分類

（1）脆性夾雜物。脆性夾雜物主要是指Al2O3，釩，鈦和鋯的氮化物，這些高熔點和高硬度夾雜物完全沒有可塑性，在熱加工過程中尺寸和形狀沒有變化，沿加工方向有很多條紋，它以鏈條排列或分布。

（2）塑性夾雜物。塑性夾雜物主要是指FeS，MnS等，并且低熔點夾雜物在加工鋼材變形時變形并沿著變形方向在帶中延伸。

（3）球狀（或點狀）不變形夾雜物。球形（或點狀）未變形的夾雜物主要是指SiO2，高SiO2（＞70%）硅酸鹽和高熔點硫化物，熱加工后保持球狀（或點狀）不變。

2 鋼中非金屬夾雜物的危害及其對材料性能的影響

2.1 非金屬夾雜物的危害

由于存在非金屬夾雜物，鋼的變形過程中鋼的基本連續(xù)性被破壞，鋼的機械性能，物理性能，化學性能和加工性能降低。腐蝕性介質會導致夾雜物聚集在一起。氮化物夾雜物的特征在于高硬度，低變形和團簇分布，并且當?shù)锏牧吭黾訒r，鋼的脆性顯著增加，并且?guī)缀蔚飳е落摰拇嘈跃葦嗔训拈_裂。

2.2 非金屬夾雜物對鋼性能的影響

首先，在使用條件下，鋼中的夾雜物不能轉移鋼基體中存在的應力，在夾雜物周圍產(chǎn)生應力，導致開裂和直接成核2有兩種方法。在鋼加工過程中，夾雜物會發(fā)生一定程度的變形，在界面處形成微裂紋，引起疲勞。在觀察受損部件的疲勞失效時，已發(fā)現(xiàn)最嚴重的疲勞損傷點通常具有粗糙的脆性或點狀變形。隨著夾雜物含量的增加，鋼的疲勞強度降低，夾雜物顆粒越大，不利影響越大，脆性夾雜物的含量變得大于塑性夾雜物的含量，大的非均質氧化物夾雜物物質含量增加。效果特別明顯，此外，夾雜物尺寸變化對疲勞性能的影響遠大于夾雜物含量變化的影響。

2.3 對韌性的影響

在金屬變形過程中，夾雜物的彈性和塑性與金屬完全不同，不會被金屬基體變形，并且在它們周圍產(chǎn)生越來越多的應力，它們本身就是基體它爆發(fā)了。隨著變形的進行，微裂紋生長并繼續(xù)生長到空隙中，并且空隙繼續(xù)膨脹，導致相鄰的空腔彼此連接并斷裂[2]。增加硫和硫化物的量或長度可以顯著降低鋼的韌性指數(shù)。研究表明，夾雜物的含量與斷裂韌性成反比。

3 鋼中非金屬夾雜物金相檢驗

3.1 硫化物金相檢驗

鋼中的硫化物基夾雜物主要含有MnS，F(xiàn)eS及其共晶，具有良好的韌性和可塑性，與鋼的伸長方向一致，呈紡錘形和帶狀。兩種硫化物夾雜物在鋼中的形狀和分布相似，當含量高時，它們以晶界的網(wǎng)狀形式存在。如果含量小，則在任意位置處存在點狀形狀并且容易變形。明場FeS呈淡黃色，長時間暴露在空氣中會變成棕色。當MnS很小時，它是淺黃色，當它很大時，它是藍色的。

3.2 氧化物金相檢驗

鋼中的氧化物夾雜物主要是Al2O3，F(xiàn)eO，MnO，Cr2O3，其中Al2O3在鋼中更細，并且串聯(lián)分布。明場為深灰色或深灰色，暗場為清晰黃白色，偏振光為各向異性。FeO夾雜物為球形，在明視場中呈淺灰色，在暗場中不透明，沿邊緣呈現(xiàn)細小的光色，并且偏振是各向異性的[3]。明暗場分別是灰色和祖母綠，并且在偏振光下是各向同性的。Cr2O3夾雜物的形狀和分布是不規(guī)則的，在明暗場中呈現(xiàn)灰紫色，在薄區(qū)域呈現(xiàn)綠色，在偏振光中呈現(xiàn)各向異性。

4 結語

通常情況下，鋼中的夾雜物種類很多，但是含量非常少，尤其是非金屬夾雜物。含量少但是對鋼的性能影響非常大。正確認識夾雜物成分和形態(tài)、分布和微觀性質的原理對于控制或降低鋼中的夾雜物含量和提高鋼的質量非常重要。