钢中非金属夹杂物的金相鉴定
ASTM_E45-1997钢中非金属夹杂物评定方法中文[1]
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ASTM E45-05 钢中夹杂物含量的评定方法1 范围1.1 本标准的试验方法为测定锻钢中非金属夹杂物含量的方法。
宏观试验法包括微蚀、断口、台阶和磁粉法。
显微试验法通常包括5种检测。
根据夹杂物形状而不是化学特点，显微法将夹杂物划分为不同类型。
这里主要讨论了金相照相技术，它允许形状类似的夹杂物之间略有不同。
这些方法在主要用来评定夹杂物的同时，某些方法也可以评估诸如碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物和金属间化合物的组成。
除了钢以外，其它合金在有些情况下也可以应用这些方法。
根据这些方法在钢中的应用情况，将分别给予介绍。
1.2 本标准适用于人工评定夹杂物含量。
其他ASTM标准介绍了用JK评级图的自动法（ASTM E1122 ）和图像分析法（ASTM E1245 ）。
1.3 按照钢的类型和性能要求，可以采用宏观法或显微法，也可以将二者结合起来，以得到最佳结果。
1.4 这些试验方法仅仅为推荐方法，对任何级别的钢而言，这些方法都不能作为合格与否的判据。
1.5 本标准未注明与安全相关的事项，如果有的话，也只涉及本标准的使用。
标准使用者应建立适当的安全和健康操作规程，并且在使用标准前应确定其适用性。
2 参考文献2.1 ASTM标准：A 295 高碳耐磨轴承钢技术条件A 485 强淬透性耐磨轴承钢技术条件A 534 耐磨轴承用渗碳钢技术条件A 535 特种性能的滚珠和滚柱轴承钢技术条件A 756 耐磨轴承用不锈钢技术条件A 866 耐磨轴承用中碳钢技术条件D 96 用离心法分离原油中水和沉淀物的试验方法E 3 制备金相试样指南E 7 金相显微镜术语E 381 钢棒，钢坯，钢锭和锻件的宏观试验法E 709 磁粉检测指南E 768 自动测定钢中夹杂物的试样的制备和评定操作规程E 1122 用自动图像分析法获得JK夹杂物等级的操作规程E 1245 用自动图像分析法确定金属中夹杂物或第二相含量的操作规程2.2 SAE标准：J421，磁粉法测定钢的清洁度等级J422，钢中夹杂物评定的推荐操作规程2.3 航空材料技术条件2300，高级飞行性能钢的清洁度：磁粉检测程序2301，飞行性能钢的清洁度：磁粉检测程序2303，飞行性能钢的清洁度：耐腐蚀马氏体钢磁粉检测程序2304，特种飞行性能钢的清洁度：磁粉检测程序2.4 ISO标准：ISO 3763，锻钢——非金属夹杂物的宏观评定法ISO 4967，钢——使用标准图谱的非金属夹杂物显微评定方法2.5 ASTM附加标准：钢中夹杂物评级图Ⅰ-r和评级图Ⅱ低碳钢的4张显微照片3 术语3.1 定义：3.1.1 本标准中用到的定义，见ASTM E7 。
钢中非金属夹杂物及其检测法
钢中非金属夹杂物及其检测法夹杂物的评级问题：不计较其组成成分和性能以及它们可能的来源等；只注意它们的数量、形状、大小和分布情况。
一般在明视场下放大100倍时检验即可。
现在采用的方法有：瑞典Jernkontoret（简称JK）夹杂物评级图。
美国试验及材料学会（ASTM）夹杂物评级标准亦采用JK评级图。
此外还有SAE（美国汽车工程师学会）夹杂物评级图等等。
中国冶金部YB25-59规定，夹杂物的评级有甲乙两种方法。
即：长度指数和与标准级别图对比评级法。
非金属夹杂的鉴定：（一）金相法：借助金相显微镜的明场、暗场及偏振光来观察夹杂物的形状、分布、色彩及各种特征，从而对夹杂物作出定性或半定性的结论。
但金相法不能获得夹杂物的晶体结构及精确成分的数据。
1．夹杂物的形状：鉴定夹杂物首先注意的是它们的形状，从它们的形状特点上，有时可以估计出它们属于那类夹杂物，这有利于考虑下一步应采取的鉴定方法。
如：玻璃质SiO2呈球形；TiN一般呈淡黄色的四方形。
在铸态时呈球形的夹杂物很多，但这些夹杂物有的具有一定的塑性，当钢在锻轧后，它们被压延拉长，如FeO 和2FeOSiO2共晶夹杂物，铸态时为球状，锻轧后被拉成长条状。
2．夹杂物分布：夹杂物的分布情况也有一定的特点，有的夹杂物成群，有的分散。
成群的夹杂物经锻轧后，即沿锻轧方向连续成串，Al2O3夹杂就属此类。
有的夹杂物，如FeS 及FeS-FeO共晶夹杂物等。
因其熔点低，所以钢凝固时，这类夹杂物多沿晶界分布。
3．夹杂物的色彩和透明度：观察夹杂物的色彩及透明度一般应在暗场或偏振光下进行。
可分为透明和不透明两大类。
透明的还可分为透明和半透明两种。
透明的夹杂物在暗场下显得十分明亮。
如果夹杂物是透明的并有色彩，则在暗场下将呈现它们的固有色彩。
各种夹杂物都有其固有的色彩和透明度，再结合其它特征来进行判断。
如某种夹杂物，它们的分布及外形呈有棱的细小颗粒并沿轧制方向连续成群，在明场下这些夹杂物多呈深灰略带紫色，而在暗场下则为透明发亮的黄色。
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金相检验
钢中非金属夹杂物的金相检验碳素钢和合金钢中非金属夹杂物主要有硫化物、氧化物、硅酸盐、氮化物等。
非金属夹杂物往往是工件失效的主要原因。
钢中非金属夹杂物的金相检验主要包括夹杂物类型的定性和定量评级。
夹杂物的检验评定可按照GB/T 10561-1989《钢中非金属夹杂物显微评定方法》执行。
为什么要检验钢中的非金属夹杂物？因为非金属夹杂物破坏了金属基体的连续性、均匀性，易引起应力集中，造成机械性能下降，导致材料的早期破坏，其影响程度主要取决于夹杂物的形状、大小、分布和聚集状态。
钢中夹杂物的检验一般在出厂前钢厂或者收货单位验收时检验。
钢中非金属夹杂物的来源1、内在的：包括①铁矿石②钢厂在冶炼时，用Si、Al脱氧造成。
3FeO + 2Al →3Fe + Al2O32FeO + Si →2Fe + SiO22、外来的：浇铸过程卷入的耐火材料等。
对试样的要求1、取样时沿轧制方向，磨制纵向截面观察夹杂物大小、形状、数量，横向截面观察夹杂物从边缘到中心的分布。
试样表面无划痕、无锈蚀点、无扰乱层。
2、淬火以提高试样的硬度，保留夹杂物的外形3、试样表面不浸蚀。
非金属夹杂物的分类1、氧化物：FeO、MnO、Cr2O3、Al2O3；2、硫化物：FeS、Mn S及其共晶体3、硅酸盐：2FeO·SiO2、2MnO·SiO2；4、氮化物：TiN、VN；非金属夹杂物的鉴别方法1、明场：检验夹杂物的数量、大小、形状、分布、抛光性和色彩。
不透明夹杂物呈浅灰色或其他颜色，透明的夹杂物颜色较暗。
2、暗场：检验夹杂物的透明度、色彩。
透明夹杂物发亮，不透明夹杂物呈暗黑色、有时有亮边。
3、偏光：检验夹杂物的各向同性和各向异性，色彩、黑十字现象。
具体形貌主要有硫化铁（FeS）和硫化锰（MnS），以及它们的共晶体等2、氧化物常见氧化物有氧化亚铁（FeO）、氧化亚锰（MnO）、氧化铬（Cr2O3）、氧化铝（Al2O3）等。
二氧化硅（SiO2）也是常见的氧化物。
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。
钢中夹杂物的分类与鉴定
钢中夹杂物的分类与鉴定2.河北省半钢水冶炼高洁净高品质特殊钢重点实验室河北承德 067000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了越来越高。
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;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这一。
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。
一、钢中非金属夹杂物的来源分类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形成的夹杂物。
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。
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肃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。
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。
这类夹杂物一般外形不规则，尺寸比较大等，又称为粗夹杂。
这类夹杂物通过正确的操作是可以避免的。
二、钢中非金属夹杂物按化学成分分类1、氧化物系夹杂简单氧化物有FeO、Fe2O3、MnO、SiO2、Al2O3、MgO和Cu2O等。
钢中非金属夹杂物的金相鉴定
与色彩、夹杂物的各向同性与各向异性。
球墨铸铁中，石墨球具有多晶 结构，内部有年轮状的特点，即 石墨球内部有一个核心，从核心 向外，碳原子形成年轮状堆积。 偏光照明下，石墨球的组织有明 显的各向异性效应。
球墨铸铁 石墨的多晶体特征 偏振光
球墨铸铁 石墨
氧化硅 玻璃质球状 明场 100X 黑色中心部分有亮点 呈“同心圆”特征
氧化硅 玻璃质球状 偏振光 100X 呈“黑十字”特征
硫化物 塑性夹杂物 100X
硅酸盐 100X
氮化物 100X
2、暗场照明 暗场照明时通过目镜观察的现场基
本上是黑暗的，仅在磨痕、坑洞、夹杂 物等表面不平处，因光线漫反射有部分 可以进入物镜成象，所以可以看到一些 明亮的象映衬在黑暗的视场内。在暗场 下因为没有金属表面反射光的混淆和遮 盖，我们可以辨别夹杂物的透明度以及 透明夹杂物的固有色彩。
3、偏振光照明
从物理学知道，自然光是在垂直于传播方向的平面
内各个方向的振动都相等的光，而偏振光则是仅在垂直 于传播方向的平面一个方向振动的光或以不等振幅在各 个方向振动的光。 欲得到偏振光，必须使自然光起偏。为此需要特殊的附 件。显微镜的偏光附件共有二件，一件插在入射光线 中，称为起偏镜，它的作用是使光源发出的光线变成偏 振光；一件放在目镜前的观察光程内，称检偏振镜，用 来检查偏振光，当偏振光发出的偏振光轴与检偏镜的光 轴平行时，透过检偏镜的光最强，当两个光轴垂直正交 时，由起偏镜产生的偏振光不过检偏镜而产生消光现 象，改变两偏振镜的交角，就会使视场中光线发生明暗 的变化。
实验五 钢中非金属夹杂 物的金相鉴定
一、实验目的
1、掌握钢中非金属夹杂物的金相检验方法； 2、学习使用显微镜的暗场，偏振光照明方 法； 3、熟悉常见夹杂物的金相特征。
02 金属材料热处理 实验二 钢中显微组织缺陷及非金属夹杂物的鉴定
实验钢中显微组织缺陷及非金属夹杂物的鉴定一、实验目的1、了解钢中常见的几种显微组织缺陷的特征；2、了解钢中常见非金属夹杂物的特征及金相鉴定方法。
二、实验说明（一）钢的显微组织缺陷钢的显微组织缺陷对其机械性能、工艺性能均有很大的影响。
常见的缺陷有下列几种：1、脱碳钢在加热和保温时，由于氧化作用是表层的碳全部或部分丧失的现象。
全脱碳的组织为铁素体，部分脱碳后的组织为铁素体加渗碳体。
钢的脱碳大大降低表面硬度、耐磨性和疲劳极限。
在保护气氛中加热或缩短钢材在炉中高温停留时间，均可减轻脱碳现象。
2、过热过烧热处理时，加热温度过高引起使晶粒长大现象称过烧。
它使钢的机械性能尤其是冲击韧性下降，可以通过退火予以矫正。
当晶界发生氧化或熔化现象时，即为过烧。
过烧后的工件只能报废而无法使用。
3、三次渗碳体含碳量接近0.02％的碳钢，热处理过程中，在700℃～300℃实行缓慢冷却，三次渗碳体将沿铁素体晶界析出，它的出现使钢的塑性显著降低。
在上述温度范围内快速冷却，可防止发生。
4、魏氏组织铁素体或二次渗碳体沿奥氏体晶界析出，成方向性分布即魏氏组织。
魏氏组织的存在板由晶粒粗大，使钢的机械性能下降，可通过退火或正或予以消除。
5、带状组织热加工后的低碳钢显微组织中铁素体和珠光体沿加工方向呈层状平行交替排列，称为带状组织。
带状组织使钢的性能呈各向异性，并降低塑性和韧性，硬度不均匀。
由合金元素偏析带来的带状组织可通过高温长时间加热后快冷的方法予以改善。
6、网状碳化物碳素工具钢、和经哦年工具钢、铬轴承钢等材料若热加工时温度过高、冷速过慢，碳化物就会沿晶界析出呈网状碳化物。
网状碳化物的存在削弱了金属间的结合，降低了钢的冲击韧性，增加了钢的脆性。
可通过政会予以改善和消除。
7、碳化物不均匀性高速钢、合金工具钢钢锭凝固后，由于偏析，晶热加工后组织中呈现碳化物不均匀分布，称碳化物不均匀性。
常见有粗大碳化物聚集和碳化物呈条带现象。
它可导致工具热处理后产生裂纹，降低刀具的红硬性和耐磨性。
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
夹杂物显微评定标准的发展 ISO4967-1998标准评级图是在ASTM E45-1997标 准评级图Ⅰ基础上略作修改，并增加了1套单颗粒 球状氧化物DS评级图，共有54张图片，评级图分 为A、B、C、D、DS五类，A、B、C、D类评级图 同ASTM E45，DS类评级图分6个级别(0.5、1.0、 1.5、2.0、2.5、3.0级)。
完全不透明， 各向异性，不 沿边有细亮线 透明，淡黄色 绿宝石色 薄处绿色 各向同性 各向异性 各相同性 稍透明，带绿 各向同性 薄透明，带红 各向同性
形状规则成群，灰（稍紫） 形变后成串
钢中非金属夹杂物检验技术
(3) 硅酸盐类夹杂物 硅酸盐类夹杂是由金属氧化物和二氧化硅组成的复杂 化合物，所以也属于氧化物系夹杂物。
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
亮黄色
强各向异性
各向同性
钢中非金属夹杂物检验技术
非金属夹杂物的变形规律
钢中非金属夹杂物检验技术
夹杂物对钢质量的影响
(一)非金属夹杂物对疲劳性能的影响 非金属夹杂物由于其性能与钢有很大的差异，因此它破坏了钢基体 的均匀性、连续性，还会在该处造成应力集中，而成为疲劳源。在 外力作用下，通常沿着夹杂物与其周围金属基体的界面开裂，形成 疲劳裂纹。 (二)非金属夹杂物对钢的韧性和塑性的影响 夹杂物的存在对钢的韧性和塑性危害程度主要取决于夹杂物的大小、 数量、类型、形态和分布。在轧制钢材时被拉长的夹杂物，对其横 向的韧性和塑性的危害程度较为明显。夹杂物呈网状沿晶界连续分 布或聚集分布时则危害最大。 (三)非金属夹杂物对钢的工艺性能影响 由于夹杂物的存在，特别是当夹杂物聚集分布时，对锻造、热轧、 冷变形开裂、淬火裂纹、焊接层状撕裂及零件磨削后的表面粗糙度 等都有较明显的不利影响。
物理测试小讲堂——钢中非金属夹杂物的金相检验
物理测试小讲堂——钢中非金属夹杂物的金相检验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。
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。
非金属夹杂物的光学特性正确判断和鉴定非金属夹杂物在金相法检验中十分重要，首先是在金相显微镜下进行，利用明视场观察夹杂物的颜色、形态、大小和分布；在暗视场下观察夹杂物的固有色彩和透明度；在偏振光正交下观察夹杂物的各种光学性质。
1硫化物主要有硫化铁（FeS）和硫化锰（MnS），以及它们的共晶体等。
在钢材中，硫化物常沿钢材伸长方向被拉长呈长条状或者纺锤形，塑韧性较好。
其硫化物系夹杂物的光学特性如表1：表1 硫化物分布及在光学显微镜下的特征2氧化物常见氧化物有氧化亚铁（FeO）、氧化亚锰（MnO）、氧化铬（Cr2O3）、氧化铝（Al2O3）等。
压力加工后，它们往往沿钢材延伸方向呈不规则的点状或细小碎块状聚集成带状分布。
其氧化物系夹杂物的光学特性如表2：表2 氧化物分布及在光学显微镜下的特征3硅酸盐夹杂物来源于炼钢时加入Si-Ca脱氧剂或者与耐火砖发生作用。
常见的硅酸盐夹杂物有铁橄榄石（2FeO·SiO2）、锰橄榄石（2MnO·SiO2）、复合铁锰硅酸盐（nFe·mMnO·p SiO2）以及硅酸铝（3Al2O3·2 SiO2）等。
其硅酸盐类夹杂物的光学特性如表3：表3 硅酸盐分布及在光学显微镜下的特征4氮化物主要有氮化钛（TiN）、氮化钒（VN）、氮化铝（ALN），常见为三角形、正方形、矩形、梯形等形态，其氮化物系夹杂物的光学特性如表4：表4 氮化物分布及在光学显微镜下的特征GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》1夹杂物分类该标准将夹杂物分为常见的夹杂物、非传统夹杂物以及沉淀相类三种，并将常见的夹杂物分成A、B、C、D、DS五种类型，具体情况见表5：表5 非金属夹杂物形态特征2夹杂物评级方法标准规定了A法（最恶劣视场评定）和B法（逐个视场评定）两种检验评定方法，规定在100倍放大率下进行观察，评定采用实际面积为0.5mm2的视场，实际视场直径为0.8mm的圆形视场或边长为0.71mm的正方形视场。
国外钢中非金属夹杂物检验标准解析
国外钢中非金属夹杂物检验标准解析ISO非金属夹杂物检验标准（1）ISO 4967:2013ISO 4967:2013《钢非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》，替代ISO 4967:1998，但其内容仅有极少变化，其检验方法及评级图均未改变。
该标准的1988版已被GB/T 10561-2005等同采用。
（2）ISO 9341-1996ISO 9341-1996《光学和光学仪器接触镜固定接触镜中夹杂物和表面缺陷不完备性的测定》，介绍了使用固定接触镜检测夹杂物和表面缺陷的方法和步骤，已于2006年废止，并由ISO 18369.3:2006 《光学和光学仪器接触镜第3部分：测试方法》替代。
美国非金属夹杂物检验标准（1）ASTM B796-2014ASTM B796-2014《粉末锻造件非金属夹杂物含量测试方法》，替代 ASTM B796-2007，适用于粉末锻造件中非金属夹杂物级别金相法测定，要求试样核心区域100%无孔隙检出。
如有空隙存在，则残余的孔隙很难与氧化物夹杂区分。
（2）ASTM E45-2013ASTM E45-2013《测定钢材夹杂物含量的试验方法》，是应用相当广泛的非金属夹杂物检验标准，其中的检验方法包括4种宏观检验方法和5种微观检验方法（手动和图像分析），用来描述钢中夹杂物的含量和检验结果的报告方法，其中5种微观检验方法包括：A法（最差视场法）、B法（长度法）、C法（氧化物和硅酸盐法）、D法（低夹杂物含量法）和E法（SAM评级法）；ASTM E45建立了一系列描述典型夹杂物特征（尺寸，类型和数量）的标准参考图谱（JK图谱和SAE图谱），其中SAE图谱见SAE手册上推荐的J422操作规程；A 法（最恶劣视场），D法（低夹杂物含量）和E法（SAM评级）的图谱是以JK图谱为基础开发的，而C法（氧化物和硅酸盐法）使用SAE 图谱。
（3）ASTM E1122-1996ASTM E1122-1996《应用自动图象分析测定JK夹杂物级别的标准试验方法》，已于2006年作废，相关内容融合到新修订的ASTM E45-2013中的A法和D法中。
钢中非金属夹杂物的金相鉴定实验
钢中非金属夹杂物的金相鉴定实验主讲教师:张明远一、实验目的�1.初步掌握金相显微镜的正确操作。
� 2 .初步掌握钢中非金属夹杂物的定性鉴定。
二、金相法的优缺点�1 优点�操作简便，迅速，直观。
不仅能确定夹杂物的类型，是氧化物、硫化物、硅酸盐还是复杂的固溶体，而且能直观的看到夹杂物的大小、形状、分布等等，夹杂物是球形还是有规则的外形，是弥散分布还是成群分布，是塑性夹杂还是脆性夹杂。
这将给改善工艺操作提供重要依据。
�2 缺点�只能定性的鉴定那些已知特性的夹杂物，就是表上列出的夹杂物。
因此，当遇到新的物质或复杂的固溶体时，还要配合其他的方法综合运用。
而且鉴定的准确度和熟练程度有关，即主要靠经验；不能确定夹杂物准确的化学组成，只能根据经验估计。
二、金相法的优缺点�要想确定夹杂物准确的化学组成，还需要用电子探针，打出夹杂物的成分分布：用电子：衍射或X射线衍射确定夹杂物的结构等。
�鉴定钢中非金属夹杂物的方法很多，各有优缺点。
例如：电子显微镜、X射线衍射、电解一化学�分析法等等。
若要对夹杂物进行准确和全面的鉴定往往需要综合使用这些方法。
�目前，常用的方法为：先用金相显微镜确定夹杂物有哪些类型，然后再测出不同规格夹杂物的数量，再用大样电解的方法将夹杂物分离出来，最后用电镜确定夹杂物的化学组成及成分分布。
三、钢中非金属夹杂物的来源�1 外来夹杂物。
�1) 冶炼、出钢及浇注过程中被卷入的耐火材料或炉渣等。
�2) 与原材料同时进入炉中的杂物。
�外来夹杂物一般较粗大：是可以减少和避免的。
�2 内生夹杂物。
� 1) 冶炼过程中加的脱氧剂及合金添加剂和钢中元素化学反应的产物，一部分在钢液凝�固前没有浮出而残留在钢中。
� 2) 在出钢和浇注过程中，钢水和大气接触，钢水中容易氧化和氮化的元素被氧化·氮�化的产物。
� 3) 从出钢到浇注过程中，·随钢水温度下降，造成氧、硫、氮等元素及其化台物的溶解度降低，因而产生或析出的类夹杂物。
钢中非金属夹杂物分析
钢中非金属夹杂物分析发布时间：2022-09-02T01:28:12.493Z 来源：《科学与技术》2022年4月8期（下）作者：李洪芳[导读] 非金属夹杂物在钢中含量虽少，但对材料性能影响较大，是钢材理化检验中不可缺少的一项，李洪芳内蒙古包钢钢联股份有限公司化检验中心内蒙古包头市014010摘要：非金属夹杂物在钢中含量虽少，但对材料性能影响较大，是钢材理化检验中不可缺少的一项，但由于其数量少、分布无规律、来源无法控制、光学显微镜下特征复杂等特点，给非金属夹杂物检验工作带来了一些困难。
钢中非金属夹杂物的金相鉴定工作是一项十分复杂与专业的工作，对钢中非金属夹杂物的判定十分重要，也能够对钢的质量进行反映。
在金相显微镜下，对非金属夹杂物的形态与颜色等进行判断，并对透明度等各种性质进行分析。
关键词：钢；非金属；夹杂物如今，现代工业技术的发展,对钢的质量和综合性能要求越来越高。
影响钢材性能的因素是多方面的,往往涉及到炼钢、轧钢和热处理等多道工序,而钢中非金属夹杂物的存在是影响钢材性能的一个重要因素,有时甚至是决定性因素。
钢中非金属夹杂物的研究一直是炼钢连铸生产中的重要课题,夹杂物分析是评定钢材质量的一个重要指标,并且被列为优质钢出厂常规检验项目之一。
钢中存在非金属夹杂物是不可避免的,钢中夹杂物包括内生夹杂物、外来夹杂物两大类,对于金相分析人员来说,如何正确判断和鉴定非金属夹杂物的性质是十分重要。
一、非金属夹杂物分类非金属夹杂物的分类方法也有很多种，根据非金属夹杂物的产生机理，可将其分为内生夹杂物和外来夹杂物两种，也是非金属夹杂物最常见的分类方法。
外来夹杂物主要是由耐高温材料、各类残渣或二者残留物，生成的废物。
外来夹杂物的形成是随机的，它是偶然性因素，人为不可控的，并且外来夹杂物是非规则的。
内生夹杂物是在炼钢过程中，各种物质发生反应，生成含有O、S、N等元素的废物，这些废物不能及时排出去，因而形成了内生夹杂物。
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钢中非金属夹杂物的金相鉴定
摘要论述了钢中非金属夹杂物的来源,分布及对钢的质量的影响,利用它们在金相显微镜下的不同特征进行定性定量的检测,判定钢材质量。
关键词钢夹杂物金相检验
0 引言
由于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。
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。
根据非金属夹杂物的性质、形态、分布、尺寸及含量等因素的不同,对钢性能的影响也不同。
为了提高金属材料的质量,生产非金属夹杂物少的洁净钢,或控制非金属夹杂物性质和要求的形态,这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,是十分重要的。
鉴别非金属夹杂物的工作首先是在金相显微镜下进行,利用明视场观察夹杂物的颜色、形态、大小和分布;在暗视场下观察夹杂物的固有色彩和透明度;在偏振光正交下观察夹杂物的各种光学性质,从而判断夹杂物的类型,根据夹杂物的分布情况及数量评定相应的级别,评判其对钢材性能的影响。
目前检验、研究钢中非金属夹杂物的方法很多。
有化学法、岩相法、金相法、电子探针、电子扫描法等等。
本文仅就用金相法检验钢中非金属夹杂物作一些介绍。
1 钢中非金属夹杂物的来源分类
1.1 内生夹杂物
它是金属在熔炼过程中,各种物理化学反应形成的夹杂物。
内生夹杂物一般来说分布比较均匀,颗粒也比较小。
1.2 外来夹杂物
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。
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。
2 钢中非金属夹杂物按化学成分分类
2.1 氧化物系夹杂
简单氧化物有FeO、Fe2O3、MnO、SiO2、Al2O3、MgO、Cu2O等。
在铸钢中,当用硅铁或铝进行脱氧时,SiO2和Al2O3夹杂比较党见。
Al2O3在钢中常常以球形聚集呈葡萄状。
在铝、镁合金中,夹杂主要是Al2O3和MgO。
复杂氧化物,包括尖晶石类夹杂物和各种钙的铝酸盐等,钙的铝酸盐如图1所示。
硅酸盐夹杂也属于复杂氧化物夹杂。
这类夹杂物[2]有2FeO·
SiO2(铁硅酸盐)、2MnO·SiO2(锰硅酸盐)、CaO·SiO2(钙硅酸盐)等。
这类夹杂物在钢的凝固过程中,由于冷却速度较快,某些液态的硅酸盐来不及结晶,其全部或部分以玻璃态的形式保存于钢中,如图2所示。
2.2 硫化物系夹杂
主要是在钢及铁中产生的FeS、MnS、CaS等。
由于低熔点的FeS易形成“热脆”,所以一般均要求钢中要含有一定量的Mn,使S与Mn形成熔点较高的MnS而消除FeS的危害。
因此钢中硫化物夹杂主要是MnS。
铸态钢中硫化物夹杂的形态通常分为三类:
第一类形态为球形,这种夹杂物通常出现在用硅铁脱氧或脱氧不完全的钢中。
第二类在金相下表现为排成链状的极细的针状夹杂,如图3所示。
第三类呈块状,外形不规则,呈任意状分布,在过量Al脱氧时出现。
2.3 氮化物夹杂
当钢中加入与氮亲和力较大的元素时形成AIN、TiN、ZrN、VN等氮化物。
在出钢,浇铸过程中钢流与空气接触,空气中的氮在钢中溶解使氮化物的数量显著增加。
如图4所示。
图1钙的铝酸盐夹杂图2硅酸盐夹杂
图3硫化物夹杂图4氮化物夹杂
3 非金属夹杂物对钢质量的影响
非金属夹杂物存在于钢中的数量虽然不多,但对钢及其产品的质量则起着极大的作用。
硫化物夹杂造成钢的热脆性。
在钢的冷态下,这些夹杂物影响其强度和延展性。
某些硬的角状夹杂物明显降低钢材的断面收缩率。
非金属夹杂物对钢的抗拉强度影响更大,优良的钢材破断时属塑性断裂,当钢中存在夹杂物偏析或夹杂物沿晶界分布时,其断裂往往起始于这些地方,从而使强度急剧降低。
对于外来粗大夹杂物,其影响也很大,在冷弯或抗拉试验时,试样通常出现折叠、翻皮、断口中出现大量球状颗粒白色夹杂物等缺陷,都是因操作不当导致大量夹杂物残留钢中所致。
4 试样制备对鉴定夹杂物的影响
试样制备的好坏,直接影响夹杂物的鉴别工作,如果利用普通金相试样的制备方法,可能引起大量的夹杂物剥落,或造成严重的“拖尾”现象和相界不清,对于准确地观察夹杂物的分布、大小和形状均受到很大的干扰。
试样表面粗糙,能使各向异性夹杂物的各向异性效应变弱,其至于造成判断上的错误,因此用于鉴别夹杂物观察的试样,必须精心制备,使其具有较高的表面光洁度,并且夹杂物的相界轮廓清晰,绝大多数夹杂物尚未剥落,没有“拖尾”现象存在。
只有制备出这样的金相试样,才能准确地测定夹杂物的光学性质。
5 钢中非金属夹杂物在显微镜下的特征及鉴定
5.1 明视场下观察
在明视场下是以观察夹杂物的形状、分布、变形行为、大小、数量、组织、反射本领及其色彩等项目来识别夹杂物的属类。
5.2 夹杂物的外形
夹杂物的外形有规则的几何形状,像玻璃质SiO2呈球状,TiN呈方形;不规则的形状,如FeO呈卵形,多角形铝硅酸盐玻璃呈脆性破碎粒状。
5.3 夹杂物的分布
一般的硅酸盐呈单独的孤粒形状分布,Al2O3和FeO·MnO等氧化物聚集成群呈串状分布,而FeS及FeS·FeO则沿晶界分布。
5.4 夹杂物的透明度和色彩
夹杂物的透明度可分为透明、不透明两类。
透明的夹杂物在暗场下显得十分明亮,如硅酸盐夹杂在暗场和偏光下有明显的反光能力。
在暗场下透明,并有反光的环圈,在偏光下有暗
黑十字架现象。
而硫化物、氧化铁在明场下没有反光能力。
TiN夹杂在明场下反光能力较强,呈金黄色。
MnS显灰兰色。
6 结语
总之,钢中非金属夹杂物含量虽然微小,但它对钢的性能影响极大,所以必须对它进行检测和研究。
根据夹杂物在显微镜下的特征,用金相显微方法检验可以定性定量地鉴定钢中非金属夹杂物的级别,并按有关标准判定钢的质量,进而找出规律,改进工艺,尽可能减少有害夹杂物的含量,提高产品质量。