鋼中非金屬夾雜物的金相分析與鑒定

吳敏

摘? 要：非金屬夾雜物作為獨立相存在于鋼中，破壞了鋼基本的連續(xù)性，使鋼組織的不均勻性增大。因此鋼中非金屬夾雜物的存在，對鋼的性能產(chǎn)生強烈影響?，F(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展對鋼的強度、韌性、加工性能等要求日趨嚴格，所以對鋼鐵材質(zhì)要求也越來越高。本文通過分析鋼中非金屬夾雜物的來源，分布及對鋼的質(zhì)量的影響，對鋼中非金屬雜物進行分析，以供讀者參考。

關(guān)鍵詞：非金屬;夾雜物;金相分析;顯微鑒定

一、引言

當代工程技術(shù)的發(fā)展非常迅速，并且對鋼的強度、韌性以及加工的性能要求逐漸增高，對剛才的質(zhì)量要求也逐漸增高。而非金屬雜質(zhì)作為獨立的相，存在于鋼材中，非金屬雜質(zhì)的存在導致鋼的連續(xù)性遭到破壞，整體鋼組織結(jié)構(gòu)的不均勻性增多了，進而對于鋼的性能產(chǎn)生了非常劇烈的影響。而不同的非金屬夾雜物的性質(zhì)、形態(tài)以及尺寸等因素都不同，對于鋼性能的影響也是不盡相同的。因此為了進一步提升金屬材料的質(zhì)量，并且生產(chǎn)非金屬雜物含量較少的潔凈鋼材，需要控制非金屬的夾雜物含量，而這是冶鑄過程中非常艱巨的任務(wù)，對金相的分析工作者而言也應(yīng)當從鑒定和分離非金屬雜質(zhì)入手，提升金屬材料質(zhì)量。

非金屬夾雜物的鑒定首先需要通過金相顯微鏡進行顏色、形態(tài)、大小和分布上的觀察與判定，并且在暗場下整體觀察夾雜物的色彩與透明度;隨后在偏振光的正交情況下觀察各種夾雜物的光學性質(zhì)，分析夾雜物的不同類型。同時可以依據(jù)夾雜物的分布情況和對應(yīng)的數(shù)量，來評定相關(guān)的級別，判別這些非金屬夾雜物對于鋼材的性能的影響。當前對于鋼中的非金屬夾雜物鑒定和處理的方法也是較多的，包括化學處理法、巖相法、金相法以及電子探針法和電子掃描法等。本文依據(jù)金相法為基礎(chǔ)，檢驗鋼中的非金屬夾雜物，對其展開深入的分析。

二、鋼中非金屬夾雜物的來源分類

（一）內(nèi)生夾雜物

所謂內(nèi)生夾雜物，是指在金屬的熔煉過程中，經(jīng)過各種物理和化學的反應(yīng)，從而形成的夾雜物，這種夾雜物的分布一般來說也都是較為均勻的，有著較小的顆粒特點。

（二）外來夾雜物

所謂外來夾雜物，是指金屬熔煉的過程和外界發(fā)生了物質(zhì)的接觸和交換，并進一步發(fā)生了相關(guān)的作用。例如爐料表面的對應(yīng)砂土以及爐襯都是可以和金術(shù)液體互相作用的，并且可以形成一定的熔渣，滯留在金屬的內(nèi)部。在這個過程中也有可能外界加入了一些熔劑，這類夾雜物的特點是外形比較不規(guī)則，且整體尺寸都是較大的。

三、鋼中非金屬夾雜物的金相分析

（一）試樣制備對鑒定夾雜物的影響

試樣的制備過程是和整體鋼質(zhì)量有密切關(guān)聯(lián)的，而如果想要運用普通的金相試樣制備方法，就很可能會導致大量的夾雜物剝落，出現(xiàn)較為嚴重的“拖尾”情況。而如果想要準確的觀察夾雜物的不同形態(tài)、大小和分布情況，就需要更為深入透徹的進行金相檢測。相當一部分試樣的表面是較為粗糙的，并且可以讓各向的異性能夾雜物不同向的效應(yīng)變?nèi)?，造成判斷上的對?yīng)錯誤。所以如果要鑒別夾雜物的不同種類，就需要精心的制備對應(yīng)的非金屬試樣，保障其表面光潔度的同時，也要讓夾雜物的相邊界輪廓較為清晰，不能存在“拖尾”的情況。需要進一步制備金相的試樣才能夠更為準確的測定出夾雜物的特性。

（二）鋼中非金屬夾雜物在顯微鏡下的特征及鑒定

1.明視場下觀察。

在明視場下可以較為清晰的觀察夾雜物的形狀以及分布情況，包括其中的雜物分布、變形情況、夾雜物數(shù)量、組織特點等，進一步可以識別夾雜物的不同種屬。

2.夾雜物的外形及分布

不同的夾雜物有著不同的幾何形狀，并且根據(jù)其中的元素有著一定的規(guī)則。根據(jù)國家現(xiàn)行的夾雜物形態(tài)與分布標準，標準圖譜分為A、B、C、D和DS這五大類。

一般來說，硫化物類是具有高延展性的單個灰色夾雜物，一般端部呈圓角;氧化鋁類為黑色或藍色的顆粒，沿軋制方向排成一行（至少3顆）;硅酸鹽類是有高延展性的單個呈黑色或深灰色夾雜物，一般端部呈銳角;球狀氧化物類是不變形，帶角或圓形，黑色或深灰色無規(guī)則分布的顆粒;單顆粒球狀類是球形或近似圓形，直徑大于等于13μm的單顆粒夾雜物。

3.夾雜物的透明度和色彩

從物理特點來看，也可以將夾雜物的透明性進行分類。透明度較高的夾雜物在暗場下有著較高的反光性，例如硅酸鹽在大部分暗場中都有較為明顯的反光特點。并且在暗場下呈現(xiàn)透明的情況。對應(yīng)的一些硫化物和氧化鐵沒有特定的反觀能力。不同的雜質(zhì)在明場和暗場中的表現(xiàn)也是不同的，呈現(xiàn)出多種色彩。

4.夾雜物的定量分析方法

對于鋼中的非金屬夾雜物，采用金相法可以有效的對其進行分析和測定。所謂金相法，就是指利用金相顯微鏡，基于長度指數(shù)法來測定鋼中的夾雜物含量。

在金相法中，采用對比的方式是因為被測樣品的夾雜物整體含量不同，應(yīng)當和標準評級的圖片進行對比，分析其中夾雜物的多少、分布以及形狀。

根據(jù)我國現(xiàn)行的夾雜物形態(tài)與分布標準，根據(jù)夾雜物的可塑性和對應(yīng)分類可以劃分為脆性的夾雜和塑性的夾雜兩種，其測定的結(jié)果包括：不同實驗樣品的夾雜物級別不夠;試驗樣品的夾雜物最高級別的算術(shù)均值;不同試樣的夾雜物最高級別綜合等。

同時要在評定的過程中注意調(diào)節(jié)視場的直徑大小，運用測微目鏡來測量十五個視場中不同夾雜物的長度與個數(shù)，以指數(shù)的方式相乘，求出不同夾雜物的總含量。

（三）非金屬夾雜物對鋼質(zhì)量的影響

雖然在大部分鋼材中，非金屬的夾雜物含量不多，但是其對于鋼材的產(chǎn)品質(zhì)量有著較大的作用。并且硫化物的存在很有可能會導致鋼材的熱脆性。在鋼材的冷態(tài)下，部分夾雜物的存在會影響鋼材的強度和延展性，同時硬的夾雜物會明顯降低鋼材的斷面收縮率。而非金屬的夾雜物對于鋼的抗拉強度也有了一定的影響，導致優(yōu)良鋼材破斷的時候塑性斷裂，鋼中存在夾雜物的偏析或者夾雜物分布的時候，往往也是從這些地方開始斷裂，導致鋼材整體的強度急劇降低。而對于較為粗大的夾雜物而言，其存在也讓鋼材的整體試樣出現(xiàn)不同的影響，從而出現(xiàn)折疊、翻折以及斷層等情況，都是由于操作不當而導致大量的夾雜物殘留在鋼材之中。

四、結(jié)語

綜上所述，雖然鋼材中的非金屬夾雜物含量較少，但對于鋼材的性能影響是較大的，因此需要對這類鋼材進行全面的檢測以及研究，并且依據(jù)夾雜物在顯微鏡中的不同特征，運用金相顯微的方式可以更全面的鑒定非金屬夾雜物的級別，根據(jù)不同的標準進行鋼材的質(zhì)量，找出對應(yīng)的規(guī)律同時，也會盡可能的降低有害的非金屬雜質(zhì)含量，提升鋼材的整體質(zhì)量。

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