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鋼中非金屬夾雜物及鑒別方法

2021-12-01 17:03:52 作者：熱處理生態(tài)圈來源：熱處理生態(tài)圈分享至：

1、前言

非金屬夾雜物主要來源于在鋼液冷凝過程中，其氧、硫、氮的化合物平衡常數(shù)相應(yīng)增大所形成的各種類型的非金屬夾雜物化合物，按化學(xué)反應(yīng)而形成的產(chǎn)物，其名稱應(yīng)為非金屬夾雜物，或簡(jiǎn)稱夾雜物。夾雜物存在于鋼鐵中的數(shù)量雖然不多，但對(duì)鋼鐵材料及其產(chǎn)品質(zhì)量有著不良的影響。隨著現(xiàn)代材料工程技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鋼材質(zhì)量要求日益嚴(yán)格，因此，深入探討和研究非金屬夾雜物，將對(duì)材質(zhì)的鑒定、產(chǎn)品斷裂分析、廢品分析、失效分析都具有重大意義。

2、鋼中非金屬夾雜物來源

夾雜物的產(chǎn)生主要由于在鋼的熔煉過程中，熔融和凝固時(shí)所發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，按其來源可分為內(nèi)生（內(nèi)在）夾雜物和外來（外在）夾雜物兩類。

2.1 內(nèi)生夾雜物

內(nèi)生夾雜物是指鋼在冶煉、澆鑄和冷凝的過程中，由于內(nèi)部各種物質(zhì)成分之間、或鋼與爐中的氣氛、容器等接觸而引起的化學(xué)反應(yīng)所生成的產(chǎn)物，或鋼液在冷凝溫度下降時(shí)，因溶解度減小等因素而析出的顆粒物質(zhì)。

2.2 外來夾雜物

外來夾雜物又稱外在夾雜物或偶然夾雜物。它是由于在冶煉、澆鑄生產(chǎn)過程中，從設(shè)備或容器上剝落下來而摻入鋼液中的雜質(zhì)。另外，有時(shí)因冶煉操作的疏忽使耐火材料磚產(chǎn)生裂紋，受熱沖擊而脫落下來與其它各類氧化物形成產(chǎn)物，成為外來夾雜物。

3、夾雜物對(duì)鋼材質(zhì)量的影響

夾雜物的危害性取決于其數(shù)量、形狀、大小、分布以及其熔點(diǎn)和物理、化學(xué)性能。當(dāng)夾雜物具有低熔點(diǎn)的性質(zhì)時(shí)，在熱加工變形過程中由于其熔融或軟化，使鋼產(chǎn)生熱脆性而導(dǎo)致開裂。當(dāng)鋼中存在鋁夾雜物或其他氮化物時(shí)，使鋼的表面硬度不均勻，造成冷加工切削和研磨困難。當(dāng)鋼中夾雜物已超標(biāo)時(shí)，給熱處理和焊接工藝帶來很大的困難，例如造成化學(xué)熱處理滲層不均勻，焊接時(shí)將會(huì)導(dǎo)致焊接件的強(qiáng)度大大降低或開裂等。

4、夾雜物的金相鑒定方法

金相鑒定法除了對(duì)夾雜物的化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)不能鑒定外，在光學(xué)金相顯微鏡下可以直接觀察和鑒別夾雜物的形態(tài)、大小、數(shù)量、分布、類型等，同時(shí)金相法還具有操作簡(jiǎn)便、容易實(shí)施的特點(diǎn)。

4.1 金相試樣的截取與制備

為了保證截取的試樣能夠具有代表鑒別非金屬夾雜物的結(jié)果、其截取的部位應(yīng)符合相應(yīng)技術(shù)條件的要求。對(duì)于鍛坯件、可從鍛坯的中心至邊緣的不同部位如在鍛坯的頭部、中部、尾部取樣；對(duì)軋制和冷拔的鋼材，要通過中心線沿縱向取樣為宜；對(duì)淬火開裂、鍛造裂紋、熱軋、沖壓、失效疲勞斷口等，都應(yīng)在開裂、斷口處截取樣品；對(duì)于特殊鋼材或產(chǎn)品零件，可按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

試樣在磨制時(shí)依次使用由粗到細(xì)的金相砂紙，下道磨制工序都要與上道磨制工序的磨痕垂直，知道磨痕消失為止。在拋光過程中，用適當(dāng)?shù)膲毫κ乖嚇拥膾伖饷嬖趻伖獗P半徑的部位來回移動(dòng)，同時(shí)試樣自身也應(yīng)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。最終要求試樣未浸蝕在100倍視場(chǎng)下，其表面無劃痕、無剝落、無水痕、無污跡、平整光亮如鏡。

4.2 夾雜物的類型和形態(tài)

硫化物具有高的延展性，有較寬范圍形態(tài)比（長(zhǎng)度/寬度）的單個(gè)灰色夾雜物，一般端部呈圓角；氧化鋁類大多數(shù)沒有變形，帶角的，形態(tài)比小（一般<3），黑色或帶藍(lán)色的顆粒，沿軋制方向排成一行（至少三個(gè)顆粒）；硅酸鹽類具有高的延展性，有較寬范圍形態(tài)比（一般≥3）的單個(gè)呈黑色或深灰色夾雜物，一般端部呈銳角；球狀氧化物類不變形，帶角或圓形的，形態(tài)比小（一般＜3），黑色或帶藍(lán)色的，無規(guī)則分布的顆粒；單顆粒球狀類形態(tài)為圓形或近似圓形，直徑≥13μm的單顆粒夾雜物。

5、結(jié)束語

鋼中的非金屬夾雜物類型很多，在常規(guī)檢驗(yàn)中，往往采用與標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)對(duì)照的方法進(jìn)行評(píng)級(jí)，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 10516-2005 鋼中非金屬夾雜物含量的測(cè)定方法，ASTM E45-2013測(cè)定鋼材夾雜物含量的試驗(yàn)方法，DIN 50602-1985 用標(biāo)準(zhǔn)圖譜評(píng)定優(yōu)質(zhì)鋼中非金屬夾雜物含量的微觀檢驗(yàn)方法。

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