冶金质量分析第六次四、钢中非金属夹杂物的资料
钢中非金属夹杂物的分类
钢中非金属夹杂物的分类(一) 夹杂物的来源钢中非金属夹杂物按其形成原因可分为两类：即内生夹杂物和外来夹杂物。
内生夹杂物的来源主要有以下几个方面：(1) 脱氧剂及合金添加剂和钢中元素化学反应的产物，在钢液凝固前未浮出而残留在钢中。
(2) 出钢、浇注过程中钢水与大气接触，钢水中易氧化、氮化元素的二次氧化、氮化产物。
(3) 出钢至铸锭过程中，随钢水温度的下降，造成氧、硫、氮等元素及化合物溶解度的降低，因而产生或析出各种夹杂物。
一般的讲，内生夹杂物较为细小，合适的工艺措施可减少其含量，控制其大小和分布，但不可能完全消除。
外来夹杂物的主要来源有二个途径：(1) 冶炼、出钢及浇注过程中，钢水、炉渣及耐火材料相互作用而被卷入的耐火材料或炉渣等。
(2) 与原材料同时进入炉中的非金属夹杂物。
这类夹杂物一般较粗大，只要工艺、操作适当是可以减少和避免的。
钢中常规检验遇到的夹杂物多数是内生夹杂物。
(二) 夹杂物的分类1.按夹杂物的化学组成分类通常根据夹杂物的化学组成可分为简单氧化物(如Al2O3，SiO2)；复杂氧化物(如FeO•Al2O3，CaO•Al2O3)；硅酸盐及硅酸盐玻璃(如2FeO•SiO2)；硫化物(如MnS，FeS)；氮化物(如TiN)；复杂夹杂如硫氧化物(Ce2O2S)，氟氧化物(LaOF)，氮碳化物(TiCN)，硫碳化物(Ti4C2S2)等。
钢中实际存在的夹杂物与钢的成分、冶炼过程、脱氧方法等因素有关。
2. 按夹杂物的塑性及分布分类在生产检验中又根据夹杂物的塑性及分布特性分为脆性夹杂物、塑性夹杂物、点状不变形夹杂物。
(1) 塑性夹杂物热变形时具有良好的范性，沿变形方向延伸成条带状。
属于这类的夹杂物有硫化物及含SiO2量较低的铁锰硅酸盐等。
(2) 脆性夹杂物热加工时形状和尺寸都不变化，但可沿加工方向成串或点链状排列。
属于这类的夹杂物有Al2O3，Cr2O3等。
(3) 点状(或球状)不变形夹杂物铸态呈球状，热加工后形状保持不变，如SiO2及SiO2含量较高的硅酸盐等。
钢中非金属夹杂物分析可行性研究报告
钢中非金属夹杂物分析可行性研究报告1．概要1.1 钢中非金属夹杂物的来源钢铁冶炼是一个非常复杂的物理化学过程。
随着冶炼技术的不断进步，钢的品质得到不断提升。
但是，不管采用何种先进的冶炼技术，钢中总还是不可避免地存在或多或少的非金属夹杂物，其来源大致为以下几方面：① 脱氧、脱硫产物，特别是一些比重大的产物没有来得及排除。
② 随着钢液温度的降低，S 、O 、N 等杂质元素的溶解度下降，于是这些不溶解的杂质元素就呈非金属化合物在钢中沉淀。
③ 带入钢液中的炉渣或耐火材料。
④ 钢铁被大气氧化所形成的氧化物。
通常将前两类夹杂物称为内生夹杂物，后两类夹杂物称为外来夹杂物。
内生夹杂物的类型和组成取决于冶炼的脱氧工艺和钢的成分，尤其是与S 、O 、N 亲和力强的元素含量，如Al 、B 、Mn 、稀土、Ca 等。
而与S 、O 、N 亲和力弱的元素，如Ni 、Co 等，即使它们含量变化很大，对夹杂物也不产生明显影响。
外来夹杂物系偶然生成，通常颗粒大，呈多角形，为成分复杂的化合物，分布也没有规律。
在钢中的含量通常只占夹杂物总量的很小一部分，而且往往是难以确定的。
1.2 夹杂物对钢性能的影响钢中非金属夹杂物的存在通常被认为是有害的。
主要表现对钢的强度、延性、韧性、疲劳等诸方面的影响。
所以冶炼中应采取各种技术措施，尽可能降低其含量，并科学地调节夹杂物的类型、分布、形态等，使其对钢的性能的影响降低到最低限度。
① 夹杂物类别的影响铝镇静钢在连铸时，高熔点的Al 2O 3夹杂物易粘在中间包的水口上面影响浇铸，可通过改变脱氧工艺使钢液中固态的Al 2O 3夹杂物变为液态的铝酸钙，就可以避免夹杂物在水口上面的粘结。
② 夹杂物颗粒大小及分布的影响大而集中的夹杂物对钢的性能很有害，而分布弥散和细小颗粒的夹杂物，不仅其危害能消除，有时还有改善钢的性能的作用。
例如在室温下，Al 2O 3颗粒超过1μm 时，钢的屈服强度和抗张强度降低，但当夹杂物颗粒小于0.3μm 时，屈服强度和抗张强度都将提高。
钢中非金属夹杂实验报告
实验报告姓名：班级：冶金1401班学号： 20142019实验名称：钢中非金属夹杂物观察与分析实验实验日期： 2017.11.7实验：钢中非金属夹杂物观察与分析实验一、实验目的1.掌握钢的磨制方法。
2.了解球磨机的使用方法。
3.了解金相显微镜的原理及使用。
4.对钢中的非金属夹杂物进行分析。
二、实验原理。
A钢中夹杂物的分类分类方法很多，但常见的有以下四种：1．按来源分类，可分为两类：(1)外来夹杂物：耐火材料、熔渣或两者的反应产物混入钢中并残留在钢中的颗粒夹杂称为外来夹杂。
包括从炉衬或包衬、或从汤道砖、中包绝热板、保护渣进入钢水中的夹杂物（有人还将钢水二次氧化生成的夹杂物包括在内）。
这类夹杂颗粒较大，易于上浮，但在钢中，它们的出现带着偶然性且不规则。
(2)内生夹杂物：在冶炼、浇注和凝固过程中，钢液、固体钢内进行着各种化学反应，对于在冶炼过程中所形成的化合物、脱氧时产生的脱氧产物、或在钢水凝固过程产生的化合物，当这些化合物来不及从钢水中彻底排出而残存在钢中者，叫做内在的非金属夹杂物。
内生夹杂物形成的时间可分为四个阶段：①一次夹杂（原生夹杂）：钢液脱氧反应时生成的脱氧产物；②二次夹杂：在出钢和浇注过程中温度下降平衡移动时生成的夹杂物；③三次夹杂（再生夹杂）：凝固过程中生成的夹杂；④四次夹杂：固态相变时因溶解度变化生成的夹杂。
一般说来外来夹杂物颗粒较大，在钢中比较集中，而内生夹杂物则与此相反。
从组成来看，内生夹杂物可以是简单组成，也可以是复杂组成；可以是单相的，也可以是多相的。
在铸坯凝固以及随后的冷却过程中，夹杂物不仅与钢基体保持平衡，而且夹杂物本身也不断发生改变，例如析出新的化合物以趋于稳定状态。
在轧制或热处理时，每次加热都为夹杂物和钢基体之间趋向平衡提供了条件，在室温下所观察到的夹杂物，实际上是经过了一系列复杂变化的结果。
2．按化学成分分类，一般分三类。
(1)氧化物：如FeO, Si02 , Al2O3等，有时它们各自独立存在，有时形成尖晶石(如MnO.Al203）或固溶体 (如FeO 和MnO)。
钢中非金属夹杂物的检测
钢中非金属夹杂物的检测一.概述非金属夹杂物是钢中不可避免的杂质，它的存在使金属基体的均匀连续性受到破坏。
非金属夹杂在钢中的形态、含量和分布情况都不同程度地影响着各种性能，诸如常规力学性能、疲劳性能、加工性能等。
因此，非金属夹杂物的测定与评定引起人们的普遍重视。
夹杂物的含量和分布状况等往往被认为是评定钢的冶金质量的一个重要指标，并被列为优质钢和高级钢的常规项目之一。
钢中非金属夹杂物按其来源和大小，大体可分为两大类：1.显微夹杂物或称内在夹杂物，这类夹杂物是钢冶炼和凝固过程中，由于一系列物理和化学反应所生成。
例如，在冶炼过程中，由于加入脱氧剂而形成氧化物和硅酸盐等。
这些夹杂物来不及完全上浮进入钢渣，而残留在钢液中，即为内在夹杂。
如：Al、Fe-si等脱氧剂可以形成下列夹杂：3FeO+2Al 3Fe+ Al2O32FeO+ Si SiO2+2FenFeO+mSiO2 nFeO·mSiO2nAl2O3+mSiO2 nAl2O3·mSiO2另外，钢在凝固冷却过程中，S、N等元素，由于溶解度的降低而生成硫化物、氮化物等也将残留在钢中。
2.宏观夹杂物或称外来夹杂物，这类夹杂物是在钢的冶炼或浇铸过程中，由于耐火材料等外来物混入造成。
其特点是大而无固定形状。
就对钢而言，宏观夹杂物的危害更大。
夹杂物的检验方法也有宏观检验法和显微检验法两种。
非金属夹杂物的显微检验法是指借助于金相显微镜在规定的实验条件下，检验金相试样中非金属夹杂物的方法。
该法的主要优点是可以确定夹杂物的类型、分布、数量和大小，可以发现极细小的夹杂物。
但是，由于受试样尺寸及取样位置、数量的限制。
所以显微检验法的评定结果在很大程度上存在偶然性。
往往会过分夸大细小夹杂物的重要性而将那些试样以外或检验面以外的较大夹杂物遗漏，所以，显微检验法总是与宏观检验法相辅相成、互相补充的。
如果非金属夹杂物的宏观检验对优质钢来说是必不可少的检验项目之一，那么显微检验法则是特殊用途钢（如轴承钢、重要用途的合金结构钢等）广泛采用的检验方法。
钢中非金属夹杂物的检验技术
钢中非金属夹杂物检验技术
GB/T 10561-2005简介
夹杂物分类
A类-- 硫化物类：具有高延展性，有较宽范围形态比的单 个灰色夹杂物，一般边部呈圆角。 B类--氧化铝类：大多没有变形，带角的，形态比小（一般 ＜3）黑色或蓝色颗粒，沿轧制方向排成一行。 C类--硅酸盐类：具有高延展性，有较宽范围形态比（一般 ≥3）的单个呈黑色或深灰色夹杂，一般端部成锐角。 D类--球状氧化物：不变形，带角或圆形，形态比小（一般 ＜3）黑色或带蓝色，无规则分布。 DS类--单颗粒球状类：圆形或近似圆形，直径≥13μm。
各向异性，透明 呈玻璃状时各向 同性 各向异性，呈玻 璃状时各向同性
铁锰硅酸盐 同锰硅酸盐 mFeO·nMnO·S iO2
石英SiO2 钙硅酸盐 1,2CaO·SiO2 莫来石 3Al2O3·SiO22 球状 球状任意分 布， 三棱或针状 分布无规则
深灰色，球体中的 环圈反光而中心有 亮点，当Si、Mn量 多时呈黑色园盘
钢中非金属夹杂物检验技术
夹杂物的检验 确定夹杂物类型 测定它们的大小、数 量、形态及分布等
定性分析
定量检验
提出预防和改进措施
钢中非金属夹杂物检验技术
夹杂物显微评定
钢中非金属夹杂物的評定是衡量钢内在质量的一 种重要方法，通过该方法的检验能反映钢中非金 属夹杂物的含量以及类型，为满足产品设计要求 或改进生产工艺提供可靠的依据，尢其是非金属 夹杂物的显微检验方法，更是各国冶金学家长期 研究的课题。
各向同性
各向同性
碳氮化钒V（CN） 孤立或成群
氮化铝AlN
氮化铌NbN
晶内或晶界
晶内或晶界
紫灰色
钢中非金属夹杂对质量的影响及控制措施
1) 液体钢的脱氧产物; 2) 钢液从浇注温度冷却到凝固温度过程中，由
于温度的降低使溶液中溶质的溶解度降低，
即钢水温度的变化使反应平衡移动，重新析 出脱氧产物;
3) 钢液冷凝时发生溶质树枝形偏析所析出的脱 氧产物;
4) 固相线温度以下钢继续冷却或者由于相变的
缘故，引起的夹杂物重新析出。
1.2
1.5
按化学成分分类
FeS、MnS
A类夹杂：硫化物
B类夹杂: 氧化铝、氧化铁 Al2O3+FeO C类夹杂：硅酸盐、氮化物 2MnO.SiO2 TiN、BN、NbN等 D类夹杂：球状氧化物类 小型氧化物 FeO、MnO、TiO2等
Ds类夹杂：单个大型球状氧化物类
1.6
钢中夹杂物的形貌
25
2.2夹杂物的检测
1.钢材出厂检验：
• • • ASTM标准（A、B、C、D、Ds类夹杂物）； 用户标准（SKF、米其林、贝卡尔特等）； 分析检验手段：光学显微镜。
2.科学研究：
• • 光学显微镜； 扫描电镜（+EDS）；
•
• •
投射电镜（+EPMA、EDS）；
图像分析； PDA（Pulse Distribution Analysis）。
炼钢钢坯
氧化铝+硫化钙
氧化铝
15102486N
氧化铁 视场50X
硫化钙
氧化铝
轧钢钢板
氮化物
2、非金属夹杂物对性能影响
使用性能的影响： 1、疲劳性能↓ 2、冲击韧性↓ 塑性↓ 3、耐腐蚀性↓
对工艺性能的影响： 1 、对锻造和冷加工、淬火加热和焊接过程 易开裂。 2 、轧制后表面质量以及磨削后零件表面粗 糙度降低。
钢中非金属夹杂对质量的影响及控制措施解析
- 强化内生类夹杂物去除效果； - 严格“杜绝”二次氧化； - 对夹杂物成分、尺寸、分布、性能的控制。
2. 开发新工艺，降低成本，提高对夹杂物控制效率：
- 缩短或取消LF精炼； - 强化LF、VD、RH精炼； - 针对不同类型钢材，对夹杂物实行“重点控制”。
发生交互反应是一种普遍现象； ⑵脱氧的钢液与卷入的炉渣 (包括保护渣)或耐火材料接触时，
总会或多或少地起反应，因此仍保持原来的内生或外来夹杂 物的成分和结构是不多见的;
★
1.4 按夹杂物尺寸分类
1) 亚显微夹杂，粒径＜lμm。在纯净钢中亚显微夹杂包括氮 化物、硫化物和氧化物，总数约为1011个/cm3，其中氧化物 夹杂个数约占108/cm3。一般认为这种微小氧化物对钢质(除 硅钢片外)多半无害，对它在钢中的作用，目前研究得不够。
夹杂物对钢板冲击的影响
当夹杂物颗粒比较大（＞5０μｍ），特别是夹 杂物含量较多、尺寸较大时，明显降低钢的冲击。 且冲击功曾几何状下降，尤其冲击断口出现夹渣时， 冲击值几乎为个位数。主要原因是夹杂物阻碍了冲 击的扩展功能量的释放。
夹杂物对钢板厚拉（Z向）的影响
当厚拉断口出现夹杂物含量较多、尺寸较大时， 明显降低钢的Z向性能，性能几乎为个位数。尤其 是硫化物夹杂和氧化铝夹杂，破坏钢板基体组织的 连续性，厚度方向被该类别夹杂物穿晶破坏。
1.5 按化学成分分类
A类夹杂：硫化物 FeS、MnS B类夹杂: 氧化铝、氧化铁 Al2O3+FeO C类夹杂：硅酸盐、氮化物 2MnO.SiO2 TiN、BN、NbN等 D类夹杂：球状氧化物类 小型氧化物 FeO、MnO、TiO2等 Ds类夹杂：单个大型球状氧化物类
钢中非金属夹杂物观察和评级
钢中的非金属夹杂1. 试验目的非金属夹杂物破坏金属基体的连续性，其形态、数量、尺寸和分布影响钢的塑性、韧性、焊接性能、疲劳性能和耐蚀性等，因此，夹杂物的数量和分布被认为是评定钢材质量的一个重要指标。
2. 相关标准标准GBT 10516 2005，该标准代替GBT 10516 1989，于2005年5月13日发布，2005年10月1日实施。
夹杂物试样不经腐蚀，在明场下放大100倍，80mm 直径的视场下进行观察，选取夹杂物污染最严重的视场，与其钢种的相应标准评级图对比评定。
夹杂物分类：硫化物类，标准图谱命名为A 类。
属于塑性夹杂，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，经锻、轧后沿加工方向变形，呈纺锤形或线段形，例如FeS 、MnS 。
氧化铝类：标准图谱命名为B 类。
属于脆性夹杂，形态比（一般＜3），为黑色或带蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行（至少有3个颗粒）。
硅酸盐类：标准图谱命名为C 类。
是具有高延展性，较宽范围形态比（一般≥3）的单个呈黑色或深灰色的夹杂物，一般端部呈锐角。
例如2MnO ·SiO 2球状氧化物类：标准图谱命名为D 类。
不变形，带角或圆形的，形态比较小（一般＜3），黑色或带蓝色，表现为无规则分布的颗粒。
例如SiO 2单颗粒球状类：标准图谱命名为DS 类。
为圆形或近似圆形，直径≥13μm 的单颗粒夹杂物。
非传统类型夹杂物的评定也可以通过其形状与上述五类夹杂物进行比较，并注明其化学特征。
沉淀相类如碳化物、氮化物、硼化物的评定，也可以根据它们的形态与上述五类夹杂物进行比较，并按上述方法表示其化学特征。
钢中的非金属夹杂物测定夹杂物类别A B C D DS 总长度 总长度 总长度 数量 直径 评级图级别iμmμm μm 个 μｍ 0.5 37 17 18 1 13 1 127 77 76 4 19 1.5 261 184 176 9 27 2 436 343 320 16 38 2.5 649 555 510 25 53 898 822 746 36 76 3（＜1181）（＜1147）（＜1029）（＜49）（＜107）注：D 类夹杂物的最大尺寸定义为直径类别细系粗系最小宽度最大宽度最小宽度最大宽度μm μm μm μmA 2 4＞4 12B 2 9 ＞9 15C 2 5 ＞5 12D 3 8 ＞8 13注：D类夹杂物的最大尺寸定义为直径3. 试样制备3.1 试样尺寸夹杂物形态很大程度上取决于钢材压缩变形程度，只有在变形度相似的试样坯制备的截面上才能进行结果的比较。
钢中非金属夹杂物的鉴定
钢中非金属夹杂物的鉴定随着现代工程技术的发展，对钢的综合性能要求也日趋严格，相应地对钢的材质要求也越来越高。
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杂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，夹杂物的数量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。
而对于金相分析工作者来说，如何正确判断和鉴定非金属夹杂物也因此变得十分重要。
1 钢中非金属夹杂物的来源分类1.1 内生夹杂物钢在冶炼过程中，脱氧反应会产生氧化物和硅酸盐等产物，若在钢液凝固前未浮出，将留在钢中。
溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元素在降温和凝固时，由于溶解度的降低，与其他元素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]。
内生夹杂物分布比较均匀，颗粒也较小，正确的操作和合理的工艺措施可以减少其数量和改变其成分、大小和分布情况，但一般来说是不可避免的。
1.2 外来夹杂物钢在冶炼和浇注过程中悬浮在钢液表面的炉渣、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]。
如炉料表面的砂土和炉衬等与金属液作用，形成熔渣而滞留在金属中，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，尺寸比较大，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。
钢中的非金属夹杂物
什么是非金属夹杂？钢中非金属夹杂物，如氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等一般都呈独立相存在，主要是由炼钢中的脱氧产物和钢凝固时由于一系列物化反应所形成的各种夹杂物组成。
非金属夹杂的影响非金属夹杂物的存在，破坏了钢基体的连续性，使钢组织的不均匀性增大。
一般来说钢中非金属夹杂物，对钢的性能产生不良影响，如降低钢的塑性、韧性和疲劳性能，使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏等。
因此评定钢中夹杂物类别、级别对保证钢材质量十分重要。
分类按夹杂物的化学成分：氧化物、硫化物及氮化物。
根据夹杂物的可塑性：塑性夹杂物、脆性夹杂物、不变形夹杂物及半塑性夹杂物。
● 塑性夹杂物钢中塑性夹杂物在钢经受加工变形时具有良好塑性，沿着钢的流变方向延伸成条带状。
● 脆性夹杂物指那些不具有塑性的简单氧化物和复杂氧化物以及氮化物。
●不变形夹杂物这类夹杂物在铸态的钢中呈球状，而在钢凝固并经形变加工后，夹杂物保持球形不变。
● 半塑性夹杂物指各种多相的铝硅酸盐夹杂物。
其中作为基底的夹杂物（铝硅酸盐玻璃）一般当钢在热加工时具有塑性，但是在这基底上分布的析出相晶体（如Al2O3、尖晶石类氧化物）的塑性很差。
钢经热变形后，塑性夹杂物相（基底）随钢变形而延伸，但脆性的夹杂物相不变形，仍保持原来形状，只是彼此之间的距离被拉长。
按夹杂物的来源：内生夹杂物、外来夹杂物。
● 内生夹杂物在钢的熔炼、凝固过程中，脱氧、脱硫产物，以及随温度下降，S、O、N等杂质元素的溶解度下降，于是这些不溶解的杂质元素就形成非金属化合物在钢中沉淀析出，最后留在钢锭中。
内生夹杂物分布相对均匀，颗粒一般比较细小。
可以通过合理的熔炼工艺来控制其数量、分布和大小等，但一般来讲内生夹杂物总是存在的。
● 外来夹杂物炉衬耐火材料或炉渣等在钢的冶炼、出钢、浇铸过程中进入钢中来不及上浮而滞留在钢中称为外来夹杂物。
其特征是：外形不规则、尺寸比较大，偶尔在这里或在那里出现，正确的操作可以避免或减少钢中外来夹杂物的入侵。
钢中非金属夹杂物成分偏析
钢中非金属夹杂物成分偏析
如果结晶过程冷却速度较快，液体和固体成分来不及均匀，除晶粒细小外，固体中的成分会出现不均匀，树枝晶中成分也不均匀，产生晶内偏析（也称枝晶偏析）
首先建议你先检验下你原料，再确认你的产品是否是锻件。
在现在化炼钢设备中很少出现偏析这个问题，可能你们采购的原料是小钢厂的问题。
偏析分为三种:1.晶内偏析,该情况取决于浇铸时的冷却速度,偏析元素扩散能力和固相线倾斜度等.可以通过退火将偏析消除;2.区域性偏析:在较大范围内化学成分不均匀的现象,退火无法将该情况消除,这种偏析与浇温、浇速等有关；3.比重偏析：合金凝固时析出的初晶与余下的液体存在较大的比重差，最终导致材料出现分层、化学成分不均匀的情况。
可采用降低浇温加大冷却速度，加入微量元素形成比重适当等。
关于钢中非金属夹杂物及有害(2)
各种夹杂物的线膨胀系数（0～800℃）
夹杂物类型 钢基体 硫化物 成分 MnS CaS CaO(Al2O3)6 CaO(Al2O3)2 CaO(Al2O3) 12CaO 7(Al2O3) CaO3(Al2O3) MgO· Al2O3 MnO·Al2O3 FeO·Al2O3 Al2O3 Cr2O3 （Al2O3)2· (SiO2)2 (MnO)2· (Al2O3)2· (SiO2)2 TiN MnO MgO CaO FeO Fe2O3 热膨胀系数 泊松比 12.5 0.29 18.1 0.3 14.7 8.8 5 0.23 6.6 7.6 10.1 8.4 0.26 8 0.25 7 5 0.24 2 9.4 0.192 14.1 0.306 13.5 0.178 13.5 0.21 14.2 12.3 -
硫含量对钢断面收缩率的影响
磷对钢性能的影响
• 钢中磷可以增加钢的强度和硬度、提高抗大气腐蚀能力、改善 切削加工性能、增加钢的脆性、改善钢的流动性等作用，故在 生产低碳镀锡薄板钢、耐蚀钢、易切削钢、炮弹钢及离心铸造 用钢的时候适当增加钢中的磷含量。但是对于绝大多数钢种， 特别是特殊钢来说，磷是有害的元素。 • 磷对钢的危害主要表现为使钢产生“冷脆”现象。实验发现， 随着钢中磷含量的增加，钢的塑性和韧性降低，使钢的脆性增 加，由于低温时脆性增加更为严重，所以称为“冷脆”。 • 造成“冷脆”现象的原因是，磷能显著扩大固液相之间的两相 区，使磷在钢液凝固结晶时偏析很大，先结晶的等轴晶中磷含 量较低，而大量的磷在最后凝固的晶界处以Fe2P析出，形成高 磷脆性夹层，使钢的塑性和冲击韧性大大降低。 • 磷是“易偏析元素”，磷的存在影响钢成分的均匀性，从而影 响钢性能的均匀性。
钢中非金属夹杂物的金相分析与鉴定
钢中非金属夹杂物的金相分析与鉴定作者：吴敏来源：《科学导报·学术》2020年第27期摘要：非金属夹杂物作为独立相存在于钢中，破坏了钢基本的连续性，使钢组织的不均匀性增大。
因此钢中非金属夹杂物的存在，对钢的性能产生强烈影响。
现代工程技术的发展对钢的强度、韧性、加工性能等要求日趋严格，所以对钢铁材质要求也越来越高。
本文通过分析钢中非金属夹杂物的来源，分布及对钢的质量的影响，对钢中非金属杂物进行分析，以供读者参考。
关键词：非金属;夹杂物;金相分析;显微鉴定一、引言当代工程技术的发展非常迅速，并且对钢的强度、韧性以及加工的性能要求逐渐增高，对刚才的质量要求也逐渐增高。
而非金属杂质作为独立的相，存在于钢材中，非金属杂质的存在导致钢的连续性遭到破坏，整体钢组织结构的不均匀性增多了，进而对于钢的性能产生了非常剧烈的影响。
而不同的非金属夹杂物的性质、形态以及尺寸等因素都不同，对于钢性能的影响也是不尽相同的。
因此为了进一步提升金属材料的质量，并且生产非金属杂物含量较少的洁净钢材，需要控制非金属的夹杂物含量，而这是冶铸过程中非常艰巨的任务，对金相的分析工作者而言也应当从鉴定和分离非金属杂质入手，提升金属材料质量。
非金属夹杂物的鉴定首先需要通过金相显微镜进行颜色、形态、大小和分布上的观察与判定，并且在暗场下整体观察夹杂物的色彩与透明度;随后在偏振光的正交情况下观察各种夹杂物的光学性质，分析夹杂物的不同类型。
同时可以依据夹杂物的分布情况和对应的数量，来评定相关的级别，判别这些非金属夹杂物对于钢材的性能的影响。
当前对于钢中的非金属夹杂物鉴定和处理的方法也是较多的，包括化学处理法、岩相法、金相法以及电子探针法和电子扫描法等。
本文依据金相法为基础，检验钢中的非金属夹杂物，对其展开深入的分析。
二、钢中非金属夹杂物的来源分类（一）内生夹杂物所谓内生夹杂物，是指在金属的熔炼过程中，经过各种物理和化学的反应，从而形成的夹杂物，这种夹杂物的分布一般来说也都是较为均匀的，有着较小的颗粒特点。
金属中非金属夹杂物-正文
金属中非金属夹杂物-正文金属中非金属夹杂物正文金属材料中含有的一类具有非金属特性的组成物。
它们在金属和合金的熔炼、凝固过程中产生，并在随后的热、冷加工过程中经历一系列变化，对金属和合金的性能产生多方面的影响。
根据非金属夹杂物（以下简称夹杂物）的来源，通常把夹杂物分为外来的和内生的两大类。
混入金属中的炉衬耐火材料或炉渣颗粒（包括刚带入的、或与金属液发生化学反应而在成分和结构上已有相当大改变的）属于外来夹杂物；在熔炼、凝固过程中，熔融金属中含有的各化学元素的化学反应产物，来不及排除，仍保留在固态金属中，称为内生夹杂物。
钢中非金属夹杂物分类非金属夹杂物，既可以按化学成分划分，也可以按力学性能划分。
按夹杂物的化学成分分类①简单氧化物如FeO、MnO、Cr2O3、Al2O3、Si O2以及钛、钒、铌的氧化物等。
②复杂氧化物其中尖晶石类夹杂物用化学式A O·B2O3表示(化学式中A表示二价金属,如镁、锰、铁等；B表示三价金属，如铁、铬、铝等)。
这类化合物具有尖晶石MgO·Al2O3型结构,由此而得名。
尖晶石类夹杂物为一大类氧化物,如MnO·Al2O3、MnO·Cr2O3、MnO·Fe2 O3、FeO·Al2O3、FeO·Cr2O3(图1)、FeO·Fe2O3(Fe3O4)、MgO·Al2O3、MgO·Cr2O3、MgO·Fe2O3等。
这些化合物都有一个相当宽的成分可变范围;实际遇到的尖晶石类夹杂物往往是多成分的。
此类氧化物在工业用钢中比较常见。
钙的铝酸盐如CaO·Al2O3、CaO·2Al2O3也属于复杂氧化物(图2)。
但它们不具有尖晶石型结构,所以,不属于尖晶石型氧化物。
③硅酸盐及硅酸盐玻璃通用化学式可写成ιFe O·m nO·n Al2O3·p SiO2。
钢中非金属夹杂物的分析研究进展
3、物理化学变化
3、物理化学变化
非金属夹杂物还可以影响钢的物理化学性能。例如，某些夹杂物可以充当钢 的“活性”组分，促进材料的时效硬化和耐腐蚀性能。然而，另一些夹杂物可能 在特定的环境条件下引起局部腐蚀或应力腐蚀开裂等问题。
四、非金属夹杂物的控制与去除
1、熔炼
1、熔炼
在熔炼过程中，通过控制原材料的成分和冶金反应条件，可以有效地减少非 金属夹杂物的生成。采用纯净的原材料、降低熔炼温度和增加搅拌等措施有助于 提高钢的纯度和减少夹杂物的含量。
3、研究方法
3、研究方法
本研究采用实验设计法、数据收集法和理论分析法等多种研究方法，对SPHE 钢CSP连铸坯中的非金属夹杂物进行研究。首先，通过实验分析确定连铸坯中非 金属夹杂物的数量和形态；接着，运用数据收集法分析夹杂物的分布特征；最后， 结合理论分析法探究夹杂物的来源和影响因素。
4、研究结果
2、轧制
2、轧制
轧制过程中，通过优化工艺参数和采用适当的润滑剂，可以有效地破碎和排 出夹杂物。此外，采用连铸技术代替传统模铸技术也能够显著降低钢中非金属夹 杂物的含量。
3、退火
3、退火
退火过程中，通过控制加热速度、加热温度和保温时间等参数，可以促进夹 杂物的析出和弥散分布。合理的退火工艺能够改善钢的性能，提高材料的塑性和 韧性。
三、非金属夹杂物对材料性能的 影响
1、微观机理
1、微观机理
非金属夹杂物对钢的微观结构具有显著的影响。例如，氧化物夹杂可以引起 晶格畸变，降低材料的热导率和电导率。此外，非金属夹杂物还可以充当第二相 粒子，强化材料的基体，从而提高材料的力学性能。
2、宏观性能
2、宏观性能
非金属夹杂物对钢的宏观性能也有很大的影响。例如，氧化物夹杂可以显著 降低材料的塑性和韧性，而硫化物夹杂则可能导致热脆性。因此，控制非金属夹 杂物的含量和类型对于提高钢的性能至关重要。
谈针对钢中非金属夹杂物的有效检验
103冶金冶炼M etallurgical smelting谈针对钢中非金属夹杂物的有效检验亓成双1，都鲁平2（1.山东钢铁股份有限公司莱芜分公司，山东 济南 271104；2.山东钢铁集团烟台钢管有限公司，山东 烟台 265304）摘 要：钢中非金属夹杂物包括了外来夹杂物和内生夹杂物两大类。
其中，外来夹杂物指的是钢液凝固过程中没有及时浮出而残留夹杂在钢中的耐火材料和炉渣等。
而内生夹杂物指的是钢在冶炼过程中，因为脱氧剂的加入以及氮、硫等元素溶解度下降，会形成非金属性质的氧化物、硅酸盐以及硫化物和氮化物等。
钢材料的韧性、塑性以及疲劳性能会因非金属夹杂物的存在而降低，并且，其危害会随着钢的强度增高而增多。
因此，对钢中非金属夹杂物的检验非常有必要。
关键词：钢；非金属夹杂物；有效检验中图分类号：TG142.15 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）02-0103-2 收稿日期：2020-01作者简介：亓成双，男，生于1985年，汉族，山东莱芜人，本科，中级工程师，研究方向：钢铁冶金原辅材料的试验分析。
钢中非金属夹杂物的来源无法控制、分布不规律、数量少以及光学显微镜下特征复杂等特点决定了其检验工作难度之大。
因此，本人围绕钢中非金属夹杂物的来源、特点、分类、影响等方面展开研讨，为相关工作人员提供或加深对其的了解与认识。
1 钢中非金属夹杂物的来源钢的冶炼、浇注、凝固和结晶是一个极其复杂的过程，因此，在这一过程中极容易有非金属夹杂物的产生。
钢中的非金属夹杂物是钢材料脱氧、钢液凝固的过程中产生的非金属化合物，分为了外来夹杂物和内生夹杂物两大类。
其中，外来夹杂物是指在金属熔炼过程中和外界物质发生接触进而作用产生的夹杂物。
而内生夹杂物又可以分为两种情况，一种是在钢材熔炼过程中，钢液凝固前未及时浮出而留在钢中的脱氧反应产生的氧化物等产物；另一种则是由于在凝固和降温时溶解度的降低，钢液中溶解的杂质元素和其他元素结合并以化合物的形式从固液体、液相中析出最终留于钢锭之中[1]。
钢中非金属夹杂物 冶金工程学术语
钢中非金属夹杂物 冶金工程学术语钢中非金属夹杂物：一、定义：1、钢中非金属夹杂物，即钢中由于生产工序中所添加或引入的非金属材料，含有量小于1%且未熔融蒙皱的非金属材料。
2、根据夹杂物的外观与性质，可分为夹杂物胶质、韧性夹杂物、疲态的夹杂物，并可分为气泡、结晶等。
二、来源：1、主要来自钢坯冶炼过程中的熔法夹杂物，包括熔焊未熔化的冶金夹杂物、冷轧滚压的钢坯夹入的非金属晶体、熔炼用的除合金外的所有熔炼材料及冶炼布料溶解释放的夹杂物等。
2、熔融时引入，主要是调控钢坯成分时，所加入的金属合金元素中副产物（如小粒性铜）；3、冶炼表面夹杂物：铸造时，冶炼表面有一定厚度熔融物膜沿着熔池表面顺着操作者加入熔坑时留下；4、熔焊夹杂物：发生在焊接结构中，其原因是熔接过程尚未完全焊接的金属件或者是熔接辅助材料及设备本身的一些杂物；5、冷轧夹杂物：冷轧过程中，加工物料之间产生的一些非金属物质和其它杂物，以及工艺仓内的尘埃等物质；6、其他：还有拉伸挤压、热处理、渗碳等工艺过程中，钢件表面所带有的夹杂物。
三、对钢的影响：1、影响钢的组织：夹杂物更像一个污染物，可以影响钢材的组织，使其产生不稳定性，影响到制品的力学性能。
2、影响钢的力学性能：夹杂物可以影响到钢材的形变构件的力学性能，减少它的抗弯强度。
3、影响钢的热强度：夹杂物颗粒本身比铁素体块大，它对整个模型的形变活动会造成一定影响，减少钢材热强度。
4、影响钢的变形性能：夹杂物颗粒之间空腔增加，会影响钢材的变形性能，减少制品在变形过程中的完整性。
5、可能会引起腐蚀：气泡、结晶夹杂物会对钢中各种合金元素的变迁和释放影响，加速钢材对溶液的吸收和溶解，从而损坏钢材表面的质量和尺寸精度，引起腐蚀缺陷。
四、检测方法：1、穿透式X射线：一种比较先进的非接触式检测方法。
它利用X射线通过物体穿透，经过X射线照射，把物体直接放入X射线管中，以检测不同物质对X射线的不同穿透率，以判断物体是否存在夹杂物。
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第三章习题
电弧炉和氧气顶吹转炉在炼钢设备和操作上有何不同？ 电弧炉炼钢法有何特点？为什么电弧炉钢中的磷、硫 和夹杂物含量一般低于转炉钢？ 为什么氧气顶吹转炉炼钢速度最快？ 感应炉熔炼有何特点？产品质量如何？ 综合分析电弧炉、转炉钢的产品特点（产品范围、气 体含量、夹杂物数量及钢产量）? 不同炼钢方法的选用原则是什么？
（七）夹杂物对钢耐腐蚀性能的影响
钢中的硫化物（FeS、MnS）易于被酸溶解，并且产
生硫化氢（H2S），加速钢的腐蚀破坏。 不锈钢中的夹杂物，能破坏不锈钢表面钝化膜的严密 性，所以不锈钢的点腐蚀多与其中的夹杂物有关
（七）夹杂物对钢耐腐蚀性能的影响
在腐蚀介质中工作的承受动载荷的零部件，当表面存 在有夹杂物时，首先会在夹杂物处引起腐蚀形成缺口， 并不断向零部件内部扩展成疲劳裂纹，导致零部件产 生腐蚀疲劳破坏。
夹杂物上浮至金属熔体与熔渣界面而被熔渣吸收。
（-）夹杂物的去除
2. 渣洗去除夹杂物 电渣重熔过程能有效去除氧化物夹杂，其去除是通过 熔滴形成以及通过渣层过渡阶段的渣钢作用。
（二）钢中非金属夹杂物的控制
控制夹杂物形态主要是指对氧化物和硫化物形态进行
控制 通过向钢液中加入对氧、硫结合力较强的元素，改变 原有夹杂物的组成并使其形成为比较理想的夹杂物形 态。
（七）夹杂物对钢耐腐蚀性能的影响
在腐蚀介质中工作或表面附着有腐蚀介质的钢制零部 件，当其表面存在有大量非金属夹杂物时，由于非金 属夹杂物与钢基体的电极电位不同而构成腐蚀微电池， 将会在非金属夹杂物与钢基体的交界处发生电化学腐 蚀。
钢中的硫化物、氧化物和硅酸盐类夹杂物的电极电位 高于钢基体，成为腐蚀电池中的阴极，使钢基体在夹 杂物周围产生腐蚀。
（四）夹杂物对钢压力加工性能的影响
除在钢中晶界上存在的低熔点夹杂物使钢在热变形加 工时可能产生“热脆”破坏外，钢中的非金属夹杂物 降低钢在室温时的塑性，也必然使钢的冷变形性能变 坏。 钢在冷轧、冷拉、冷挤和冷冲压中，不仅会因表面的 非金属夹杂物过多引起表面裂纹而降低钢材（件）的 表面质量，而且高硬度的夹杂物也可以使模具损坏
（二）钢中非金属夹杂物的控制
——氧化物夹杂物形态的调整与控制(I)
①经硅钙合金和铝处理后，钢中形成的夹杂物是钙铝硅
酸盐，其熔点低而且是可变形的夹杂物，在钢材中呈 纺锤状或棒状，对钢材的强度和韧性有利。
②在易切削钢中，这种夹杂物可在刀具刃部形成保护层，
从而提高了刀具的寿命
（二）钢中非金属夹杂物的控制
（五）夹杂物对钢切削性能的影响
在易切削钢中，一般要加入S、Te、Ca等元素，使它 们在钢中形成有利于切削加工的夹杂物或金属间化合 物，提高钢的自动切削速度和程度。 钢的切削性能随脱氧元素的不同而有差别。按照Mn、
Cr、Si、Zr、V、Ti、Al的顺序下降（夹杂物硬度↑）
（六）夹杂物对钢电磁性能的影响
（八）夹杂物对热处理性能的影响
夹杂物在钢中割裂了钢基体的连续性，起着局部缺口 的作用。在淬火内应力较大时，就可能使零件以夹杂 物处为裂纹发源地而产生淬火开裂。当夹杂物处在淬 火零件的截面而突变部位或钢中有大块夹杂物时，零 件对淬火开裂尤为敏感。 钢在渗氮热处理时，夹杂物经常引起渗氮件表面“起 泡”，降低渗氮质量。
（二）钢中非金属夹杂物的控制
——氧化物夹杂物形态的调整与控制(I)
1.氧化铝夹杂物形态的调整与控制 （1）氧化铝夹杂形态的调整 在铝脱氧的镇静钢液中，夹杂物主要以簇状聚集的 Al2O3形态出现，轧制时，簇状聚集的Al2O3沿钢材变形 方向延伸成链状夹杂物。这种链状Al2O3夹杂物显著地 降低了钢材横向力学性能。 在脱氧时，进行加钙处理，钢中Al2O3数量显著减少， 而出现CaO-Al2O3或CaO-Al2O3-CaS系的氧化物和复合 硫氧化物。这种球状复合型夹杂，改善了钢材的性能， 减少了钢材的力学性能的方向性，当[Ca]/[S]的比值为 0.6~0.8时，钢材的力学性能的方向性几乎消失。
四、钢中非金属夹杂物的去除及控制形态
四、钢中非金属夹杂物的去除及控制形态
实际生产中不可能完全去除钢中的非金属夹杂物，在
这种情况下，就通过采用控制钢中非金属夹杂物的类 型、数量 、分布形态、尺寸的形式将非金属夹杂物的 危害降至最低。
（-）夹杂物的去除
1. 夹杂物浮升去除
浮升去除夹杂物的本质在于非金属夹杂物的密度比熔 炼金属液体的小，在有渣覆盖金属液熔炼时，非金属
（二）钢中非金属夹杂物的控制
——氧化物夹杂物形态的调整与控制(I)
(2) 复合氧化物形态的调整
利用CaO-Al2O3-SiO2三元系中存在 CaO· Al2O3· 2SiO2(熔点1553℃)和 2CaO· Al2O3· SiO2(熔点1593℃)两个区域，在用铝作最 终脱氧的钢中，同时加入钙和硅，可以达到改变CaOAl2O3系氧化物夹杂形态的目的
（二）钢中非金属夹杂物的控制
①非金属夹杂物是非铁磁性相，它在钢中的存在减少了 铁磁性基体的体积分数，破坏了金属基体的连续性； ②夹杂物的存在（在晶界上或晶内）使钢基体内可能产 生内应力，因而基体磁化不均匀，磁性下降。 细小分散的夹杂物要比粗大聚集的夹杂物对磁性的危 害大； 长条的针状夹杂物比球状的危害大； 多角形铝的氧化物危害最大。
——硫化物夹杂物形态的调整与控制(II)
(1) 硫化物的形态 钢中的硫化物种类主要有FeS、MnS和
(Mn，Fe)S 当Mn%＞0.1时，FeS基本
MnS在钢锭中主要以球状不变形硫化锰（对钢材性能 比较有利）、链状硫化锰、多角硫化锰形态存在 调整硫化物形态目的改变链状和多角硫化锰为球状
（九）夹杂物对钢焊接性能的影响
非金属夹杂物对钢焊接性能的影响主要是容易引起焊 接件在焊缝或焊缝热影响区产生裂纹。 ①当钢中晶界上存在大量低熔点非金属夹杂物时，在焊 接熔池液体凝固和母材冷却的热应力作用下，常会出 现沿晶界产生的裂纹。 ②非金属夹杂物处易于形成高的应力集中，故焊接件母 材由于焊接应力的作用，常沿钢中的非金属夹杂物处 形成焊接裂纹。