钢中非金属夹杂物及鉴别方法

1 前言
非金属夹杂物主要来源于在钢液冷凝过程中，其氧、硫、氮的化合物平衡常数相应增大所形成的各种类型的非金属夹杂物化合物，按化学反应而形成的产物，其名称应为非金属夹杂物，或简称夹杂物。夹杂物存在于钢铁中的数量虽然不多，但对钢铁材料及其产品质量有着不良的影响。随着现代材料工程技术的发展，对钢材质量要求日益严格，因此，深入探讨和研究非金属夹杂物，将对材质的鉴定、产品断裂分析、废品分析、失效分析都具有重大意义。
 

2 钢中非金属夹杂物来源
夹杂物的产生主要由于在钢的熔炼过程中，熔融和凝固时所发生一系列的物理化学反应的结果，按其来源可分为内生（内在）夹杂物和外来（外在）夹杂物两类。
2.1 内生夹杂物
内生夹杂物是指钢在冶炼、浇铸和冷凝的过程中，由于内部各种物质成分之间、或钢与炉中的气氛、容器等接触而引起的化学反应所生成的产物，或钢液在冷凝温度下降时，因溶解度减小等因素而析出的颗粒物质。
2.2 外来夹杂物
外来夹杂物又称外在夹杂物或偶然夹杂物。它是由于在冶炼、浇铸生产过程中，从设备或容器上剥落下来而掺入钢液中的杂质。另外，有时因冶炼操作的疏忽使耐火材料砖产生裂纹，受热冲击而脱落下来与其它各类氧化物形成产物，成为外来夹杂物。

3 夹杂物对钢材质量的影响
夹杂物的危害性取决于其数量、形状、大小、分布以及其熔点和物理、化学性能。当夹杂物具有低熔点的性质时，在热加工变形过程中由于其熔融或软化，使钢产生热脆性而导致开裂。当钢中存在铝夹杂物或其他氮化物时，使钢的表面硬度不均匀，造成冷加工切削和研磨困难。当钢中夹杂物已超标时，给热处理和焊接工艺带来很大的困难，例如造成化学热处理渗层不均匀，焊接时将会导致焊接件的强度大大降低或开裂等。
 

4 夹杂物的金相鉴定方法
金相鉴定法除了对夹杂物的化学成分、晶体结构不能鉴定外，在光学金相显微镜下可以直接观察和鉴别夹杂物的形态、大小、数量、分布、类型等，同时金相法还具有操作简便、容易实施的特点。
4.1 金相试样的截取与制备
为了保证截取的试样能够具有代表鉴别非金属夹杂物的结果、其截取的部位应符合相应技术条件的要求。对于锻坯件、可从锻坯的中心至边缘的不同部位如在锻坯的头部、中部、尾部取样；对轧制和冷拔的钢材，要通过中心线沿纵向取样为宜；对淬火开裂、锻造裂纹、热轧、冲压、失效疲劳断口等，都应在开裂、断口处截取样品；对于特殊钢材或产品零件，可按照相应的标准进行。

试样在磨制时依次使用由粗到细的金相砂纸，下道磨制工序都要与上道磨制工序的磨痕垂直，知道磨痕消失为止。在抛光过程中，用适当的压力使试样的抛光面在抛光盘半径的部位来回移动，同时试样自身也应不断地转动。最终要求试样未浸蚀在100倍视场下，其表面无划痕、无剥落、无水痕、无污迹、平整光亮如镜。
4.2 夹杂物的类型和形态
硫化物具有高的延展性，有较宽范围形态比（长度/宽度）的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角；氧化铝类大多数没有变形，带角的，形态比小（一般<3），黑色或带蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行（至少三个颗粒）；硅酸盐类具有高的延展性，有较宽范围形态比（一般≥3）的单个呈黑色或深灰色夹杂物，一般端部呈锐角；球状氧化物类不变形，带角或圆形的，形态比小（一般＜3），黑色或带蓝色的，无规则分布的颗粒；单颗粒球状类形态为圆形或近似圆形，直径≥13μm的单颗粒夹杂物。

5 结束语
钢中的非金属夹杂物类型很多，在常规检验中，往往采用与标准等级对照的方法进行评级，相关的标准为GB/T 10516-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定方法[1]，ASTM E45-2013测定钢材夹杂物含量的试验方法[2] ，DIN 50602-1985 用标准图谱评定优质钢中非金属夹杂物含量的微观检验方法[3]。

参考文件
[1] GB/T 10516-2005 钢中非金属夹杂物含量的测定方法
[2] ASTM E45-2013   测定钢材夹杂物含量的试验方法
[3] DIN 50602-1985  用标准图谱评定优质钢中非金属夹杂物含量的微观检验方法
 

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