浅议硬线钢中夹杂物及对其性能的影响
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予 以介 绍 。 ２１ 夹 杂物 与钢 的 强 度 ．
钢 中形成的非金属夹杂物 ，对钢的抗拉强度通常没有显著影 响。硫 含量 比 较少 的时候对屈服强度 和抗拉强度都没有影 响。但是如果夹杂物 的数量比较多 ， 使钢的延伸率低到很低的水平，致使试样在颈缩前破坏， 则抗拉强度也将降低。夹杂物的尺寸对钢材的强度有很大的影响，通过试 验得 出当非金属夹杂物颗粒尺寸大于 １ 时 ，屈服强度和抗拉强度均降 ｍ 低。当夹杂物的含量很低 时， 屈服强度 的降低尤其敏感。当夹杂物颗粒小 到一定尺寸 （ 小于ｎ ｍ） ３ 时，屈服强度和抗拉强度者 睁 ｐ 提高。
２４夹 杂物与钢材腐蚀性能 ． 在腐蚀介质 中工作 的钢 ，当存在大量非金属夹杂物时 ，首先在夹杂 物与基体 的交界处发生点腐蚀 ，这是 因为两者电极 电位不同而构成腐蚀 电池 ，引起化学腐蚀 。钢中的硫化物 、氧化物及硅 酸盐都是阴极 ， 它们 的存在加速钢 的腐蚀 ，并且当零件表面光洁度高时影 响显著 ，因为粗糙 表面对腐蚀的不利作用有时掩盖 了夹杂物 的影响。 钢 中的硫化物易于为酸溶解 ，并产生硫 化氢，加速钢的腐蚀。在不 锈钢中 ， 非金属夹杂物破坏氧化膜 ，产生点蚀 ， 加速钢的腐蚀。在非金 属夹杂物 聚集 区由于组织疏松 ，易于聚集大量的液体腐蚀介质 ，降低钢 的耐腐蚀性。
科 技 与 生 活
２０第０ ０年 ｌ １ 期
应 用 科 学
１ ３ ７
浅 议硬 线钢 中夹杂物及 对其性 能 的影响
陈建财 ，王 国栋 ，吕亚伟 ，李爱军
（． １ 张家 口宣龙高速线材有 限责 任公司 ，河北张家 口 ０ ５ ０ ；２ ７ ００ ． 宣钢焦 化厂 ，河北宣化 ０ ５ ０ ７ １０）
２２ 夹 杂 物 与 钢 材 塑 性 ．
究表 明，疲劳破坏的过程 就是疲劳裂纹的发生 和发展过程 ，而疲劳裂纹 的发生和发展首先是在材料局部应力集中处进行 。因此 ，引起零件应力 集 中的各种因素 （ 如零件表面质量 、形状、金属 内部的夹杂物、第二相 质点 以及微裂纹等 ） 可以导致零件的疲劳寿命 降低。 都 钢 中夹杂 物对疲劳性 能影响 的最重要 因素 之一是夹杂物 的变形能 力 。若夹杂物变形能力低 ，则 当钢加工变形 时，在钢基体和夹杂物界面 处就可能产生微裂纹，这些微裂纹便成为疲劳裂纹的发源地 ；或者零件 在工作时 ，疲劳裂纹在夹杂物处成核 ， 以脆性的和不变形 的夹杂物对 所 疲劳性能的危害比塑性较好的夹杂物要 大。膨胀系数愈小的夹杂物在钢 冷却时 （ 如淬火冷却 ） 产生的局部残余拉应力愈大 ，在使用 中将促进零 件 疲 劳裂 纹 的发 生 和发 展 。 对 同一类夹杂物来讲 ，钢的疲劳寿命随其在钢中数量的增加而降低。 在其他条件相同的情况下 ，夹杂物尺寸愈大 ，对钢疲劳寿命 的危害也愈 大， 这是因为尺寸大的夹杂物容易成为扩展裂纹而使零件过早疲劳断裂。 ２６ 夹杂物与钢材拉拔性能 ． 非金属夹杂物对硬线盘条拉拔性能的影响 ，表现如下 ： １ 在拉拔 变形时 ，破坏钢丝基体 的连续性 ， ） 造成应力集 中，一旦 受到拉应力 或切应力的作用 ，就沿夹杂物方向产生破裂 ，使得钢拉拔 时 容易断裂 。 ２ ）非金 属夹杂 物降低 钢丝力 学性能 ，尤其 是降低 钢横 向力学性 能 ，在高变形情况下易断裂 ， 曲、扭转值降低。非金属夹杂物成为钢 弯 丝疲劳断裂源，造成钢丝耐疲劳极限值低 。
２５ 夹 杂 物 与钢 材 疲 劳 性 能 ． 机器零件在多次循环交变应力作用下突然断裂 ，称为疲 劳破坏 。研
１２ 塑 性夹 杂 物 －
这类夹 杂物在钢经受 加工变形 时具有 良好 的塑性 ，沿 着钢的流变 方 向延伸成 条带状 。属于这类 的夹杂物有 ：含ＳＯ 量较低 的铁 锰硅酸 ｉ 盐 、硫化锰等 。硫 化锰是具有 高变形率 的夹 杂物 ，在夹杂 物与钢基体 之间的交界 面处 结合很好 ，毫无 产生微裂纹 的倾 向 ，并沿加 工变形的 方向呈条带状分 布。硅酸盐 的变 形特征是在低 温下变形率较低 ，温度 达到８ ０ ～１０ ￣ 时 ，变形率 急剧增高。在正常轧制温度条件下 ，硅 ０℃ ３０Ｃ 酸盐夹杂物 比其他 氧化物具有较 高的变形能力 ，当热加工 的温 度恰当 时 ，硅酸盐 的变形 率与基体相似 ，沿着加工变形 方 向呈连续 的条带状 分布。
钢中夹杂物严重破坏了金属基体 的连续性 ，造成应力集 中，使钢的 力学性能显著下降。因此 ，硬线钢组织应 当尽量避免网状渗碳体和淬火 组织 （ 马氏体和屈氏体区域 ）。
带状夹杂物影 响最为突出。
２３ 夹 杂 物 与 钢 材 韧 性 ．
１ 硬线 钢 中夹 杂物 的分 类
按不 同的标准可以将夹杂物进行分类。如按夹 杂物 的来源区分 ，则 可 以分为内生夹杂物和外来 夹杂物 ；按夹杂物的化学性质又可以分为 ： 氧化物系 、硫化物系 、氮化物系夹杂物 。钢在加工变形中 ，各类夹杂物 的变形性不 同，按其变形能力可分为三类 。
１１ 脆 性 夹 杂 物 ．
般指那些不具有塑性变形能力的简单 氧化物 、双氧化物、氮化物 和不变形的球形 （ 或点状 ） 夹杂物 。对于变形率低 的脆性夹杂物 ， 在钢 加工变形的过程 中，夹杂物 与钢基体相 比变形甚小 ，由于夹杂物和钢基 体之间变形性 的显著差异 ，势必造成在夹杂物与钢基体的交界面处产生 应力集 中，导致微裂纹产生或夹杂物本身开裂。
一
夹杂物对钢韧性断裂过程的影响表现为对其冲击韧性值 的影响 ，对 钢胞 陛断裂过程的影响表现为对其脆性转变温度的影 响。 钢的韧性断裂过程是其不断进行塑性变形而逐渐发展起来的。由于 大多数非金属夹杂物 同钢的基体弹性 和塑性性能有相当大 的差别 ，所以 在钢承受冲击并产生变形的过程中 ，夹杂物不能随钢基体一道发生相应 的变形 ，这样 在夹杂物周围钢基体中就产生愈来愈大的应力集中 ， 有可 能此处沿夹杂物裂开或使夹杂物同钢基体 的联接破坏 ， 二者界面脱 开而 形成微裂纹 。 非金属夹杂物以网状、条带状或 串链状存在时 ，对钢的冲击韧性影 响最大 ，若非金属夹杂物以均匀分布 的小点状存在 ， 则可 以降低其影 响 的不利程度 。
Leabharlann Baidu
钢在各种受力条件下的表现是 由材料 内部所发生的塑性形变和断裂 这两个基本过程决定 的，非金属夹杂物往往作为显微 裂纹 的发源地而在 其 中起着重要 的作用 ，使钢的延伸率和断面收缩率降低 。铬镍钢的实验 结果表明 ，随着夹杂物数量增多，钢 的断面收缩率逐 渐降低 ，其中以条
３ 非金属夹杂物 的存在 使钢在轧制过程 中容易形成裂纹 ，这些裂 ） 纹成为盘条拉拔过程中的断裂源 ，造成盘条拉拔脆断。 ４ 在钢丝进行热处理 时，由于非金 属夹杂物的膨胀系数等与钢丝 ） 基体有差异 ，在钢丝内割裂钢丝基体的连续性 ，起局部缺 口 作用 。在钢 丝热处理过程 中形成微裂纹 ，在继续拉拔时微裂纹发展使钢丝脆断 。
２ 夹 杂物对 钢 的性 能影 响
钢 中非金属夹杂物虽然 为数不多 ，但对性能的影响却不容忽视。夹 杂物对钢力学性能和工艺性能的影响 ，主要是降低材料 的塑性 、韧性和 疲劳性能 ，尤其 当夹杂物以不利 的形状及分布特征存在时 ，对材料机械 性能的影响更为严重。其危 害性就在于它破坏了钢基体 的均匀连续性， 造成了应力集 中，促进了疲 劳裂纹 的产生 ，并在一定条件下加速了裂纹 的扩展 ， 从而加速了疲劳破坏过程 。下面仅就夹杂物对钢材性能的影响
１３ 半 塑 性 变 形 夹 杂 物 ．
半塑性变形的夹杂物一般 指各种复合的铝硅酸盐夹杂物 ，其 中作为 夹杂物的基体 ，在 热加 工变形过程 中产生塑性变形 ，但分布在基 体中 的夹杂物不变形 ，夹杂物随着钢基体 的变形而延伸 ，而脆性夹杂物不变 形 ，仍保持原来 的几何形状 ，因此将 阻碍邻近的塑性夹杂物 自由延伸 ， 而远离脆性夹杂物的部分沿着钢基体的变形方 向自由延伸。
箱 要 立足企业 实践 ，深度 剖析钢 中夹杂物存在 状态及其对 性能 的影 响 。突 出技 术要求 ，强化质量 在线管理 。 关键 词 硬线 钢 ；夹杂 物 ；断裂 中图 分类 号 Ｔ ７ 文献 标识 码 Ａ 文章 编 号 １７—６ １（ＯＯ ５— １７Ｏ Ｆ６ ６３ ９７一２ Ｌ） ２０３一 １ Ｏ
钢 中形成的非金属夹杂物 ，对钢的抗拉强度通常没有显著影 响。硫 含量 比 较少 的时候对屈服强度 和抗拉强度都没有影 响。但是如果夹杂物 的数量比较多 ， 使钢的延伸率低到很低的水平，致使试样在颈缩前破坏， 则抗拉强度也将降低。夹杂物的尺寸对钢材的强度有很大的影响，通过试 验得 出当非金属夹杂物颗粒尺寸大于 １ 时 ，屈服强度和抗拉强度均降 ｍ 低。当夹杂物的含量很低 时， 屈服强度 的降低尤其敏感。当夹杂物颗粒小 到一定尺寸 （ 小于ｎ ｍ） ３ 时，屈服强度和抗拉强度者 睁 ｐ 提高。
２４夹 杂物与钢材腐蚀性能 ． 在腐蚀介质 中工作 的钢 ，当存在大量非金属夹杂物时 ，首先在夹杂 物与基体 的交界处发生点腐蚀 ，这是 因为两者电极 电位不同而构成腐蚀 电池 ，引起化学腐蚀 。钢中的硫化物 、氧化物及硅 酸盐都是阴极 ， 它们 的存在加速钢 的腐蚀 ，并且当零件表面光洁度高时影 响显著 ，因为粗糙 表面对腐蚀的不利作用有时掩盖 了夹杂物 的影响。 钢 中的硫化物易于为酸溶解 ，并产生硫 化氢，加速钢的腐蚀。在不 锈钢中 ， 非金属夹杂物破坏氧化膜 ，产生点蚀 ， 加速钢的腐蚀。在非金 属夹杂物 聚集 区由于组织疏松 ，易于聚集大量的液体腐蚀介质 ，降低钢 的耐腐蚀性。
科 技 与 生 活
２０第０ ０年 ｌ １ 期
应 用 科 学
１ ３ ７
浅 议硬 线钢 中夹杂物及 对其性 能 的影响
陈建财 ，王 国栋 ，吕亚伟 ，李爱军
（． １ 张家 口宣龙高速线材有 限责 任公司 ，河北张家 口 ０ ５ ０ ；２ ７ ００ ． 宣钢焦 化厂 ，河北宣化 ０ ５ ０ ７ １０）
２２ 夹 杂 物 与 钢 材 塑 性 ．
究表 明，疲劳破坏的过程 就是疲劳裂纹的发生 和发展过程 ，而疲劳裂纹 的发生和发展首先是在材料局部应力集中处进行 。因此 ，引起零件应力 集 中的各种因素 （ 如零件表面质量 、形状、金属 内部的夹杂物、第二相 质点 以及微裂纹等 ） 可以导致零件的疲劳寿命 降低。 都 钢 中夹杂 物对疲劳性 能影响 的最重要 因素 之一是夹杂物 的变形能 力 。若夹杂物变形能力低 ，则 当钢加工变形 时，在钢基体和夹杂物界面 处就可能产生微裂纹，这些微裂纹便成为疲劳裂纹的发源地 ；或者零件 在工作时 ，疲劳裂纹在夹杂物处成核 ， 以脆性的和不变形 的夹杂物对 所 疲劳性能的危害比塑性较好的夹杂物要 大。膨胀系数愈小的夹杂物在钢 冷却时 （ 如淬火冷却 ） 产生的局部残余拉应力愈大 ，在使用 中将促进零 件 疲 劳裂 纹 的发 生 和发 展 。 对 同一类夹杂物来讲 ，钢的疲劳寿命随其在钢中数量的增加而降低。 在其他条件相同的情况下 ，夹杂物尺寸愈大 ，对钢疲劳寿命 的危害也愈 大， 这是因为尺寸大的夹杂物容易成为扩展裂纹而使零件过早疲劳断裂。 ２６ 夹杂物与钢材拉拔性能 ． 非金属夹杂物对硬线盘条拉拔性能的影响 ，表现如下 ： １ 在拉拔 变形时 ，破坏钢丝基体 的连续性 ， ） 造成应力集 中，一旦 受到拉应力 或切应力的作用 ，就沿夹杂物方向产生破裂 ，使得钢拉拔 时 容易断裂 。 ２ ）非金 属夹杂 物降低 钢丝力 学性能 ，尤其 是降低 钢横 向力学性 能 ，在高变形情况下易断裂 ， 曲、扭转值降低。非金属夹杂物成为钢 弯 丝疲劳断裂源，造成钢丝耐疲劳极限值低 。
２５ 夹 杂 物 与钢 材 疲 劳 性 能 ． 机器零件在多次循环交变应力作用下突然断裂 ，称为疲 劳破坏 。研
１２ 塑 性夹 杂 物 －
这类夹 杂物在钢经受 加工变形 时具有 良好 的塑性 ，沿 着钢的流变 方 向延伸成 条带状 。属于这类 的夹杂物有 ：含ＳＯ 量较低 的铁 锰硅酸 ｉ 盐 、硫化锰等 。硫 化锰是具有 高变形率 的夹 杂物 ，在夹杂 物与钢基体 之间的交界 面处 结合很好 ，毫无 产生微裂纹 的倾 向 ，并沿加 工变形的 方向呈条带状分 布。硅酸盐 的变 形特征是在低 温下变形率较低 ，温度 达到８ ０ ～１０ ￣ 时 ，变形率 急剧增高。在正常轧制温度条件下 ，硅 ０℃ ３０Ｃ 酸盐夹杂物 比其他 氧化物具有较 高的变形能力 ，当热加工 的温 度恰当 时 ，硅酸盐 的变形 率与基体相似 ，沿着加工变形 方 向呈连续 的条带状 分布。
钢中夹杂物严重破坏了金属基体 的连续性 ，造成应力集 中，使钢的 力学性能显著下降。因此 ，硬线钢组织应 当尽量避免网状渗碳体和淬火 组织 （ 马氏体和屈氏体区域 ）。
带状夹杂物影 响最为突出。
２３ 夹 杂 物 与 钢 材 韧 性 ．
１ 硬线 钢 中夹 杂物 的分 类
按不 同的标准可以将夹杂物进行分类。如按夹 杂物 的来源区分 ，则 可 以分为内生夹杂物和外来 夹杂物 ；按夹杂物的化学性质又可以分为 ： 氧化物系 、硫化物系 、氮化物系夹杂物 。钢在加工变形中 ，各类夹杂物 的变形性不 同，按其变形能力可分为三类 。
１１ 脆 性 夹 杂 物 ．
般指那些不具有塑性变形能力的简单 氧化物 、双氧化物、氮化物 和不变形的球形 （ 或点状 ） 夹杂物 。对于变形率低 的脆性夹杂物 ， 在钢 加工变形的过程 中，夹杂物 与钢基体相 比变形甚小 ，由于夹杂物和钢基 体之间变形性 的显著差异 ，势必造成在夹杂物与钢基体的交界面处产生 应力集 中，导致微裂纹产生或夹杂物本身开裂。
一
夹杂物对钢韧性断裂过程的影响表现为对其冲击韧性值 的影响 ，对 钢胞 陛断裂过程的影响表现为对其脆性转变温度的影 响。 钢的韧性断裂过程是其不断进行塑性变形而逐渐发展起来的。由于 大多数非金属夹杂物 同钢的基体弹性 和塑性性能有相当大 的差别 ，所以 在钢承受冲击并产生变形的过程中 ，夹杂物不能随钢基体一道发生相应 的变形 ，这样 在夹杂物周围钢基体中就产生愈来愈大的应力集中 ， 有可 能此处沿夹杂物裂开或使夹杂物同钢基体 的联接破坏 ， 二者界面脱 开而 形成微裂纹 。 非金属夹杂物以网状、条带状或 串链状存在时 ，对钢的冲击韧性影 响最大 ，若非金属夹杂物以均匀分布 的小点状存在 ， 则可 以降低其影 响 的不利程度 。
Leabharlann Baidu
钢在各种受力条件下的表现是 由材料 内部所发生的塑性形变和断裂 这两个基本过程决定 的，非金属夹杂物往往作为显微 裂纹 的发源地而在 其 中起着重要 的作用 ，使钢的延伸率和断面收缩率降低 。铬镍钢的实验 结果表明 ，随着夹杂物数量增多，钢 的断面收缩率逐 渐降低 ，其中以条
３ 非金属夹杂物 的存在 使钢在轧制过程 中容易形成裂纹 ，这些裂 ） 纹成为盘条拉拔过程中的断裂源 ，造成盘条拉拔脆断。 ４ 在钢丝进行热处理 时，由于非金 属夹杂物的膨胀系数等与钢丝 ） 基体有差异 ，在钢丝内割裂钢丝基体的连续性 ，起局部缺 口 作用 。在钢 丝热处理过程 中形成微裂纹 ，在继续拉拔时微裂纹发展使钢丝脆断 。
２ 夹 杂物对 钢 的性 能影 响
钢 中非金属夹杂物虽然 为数不多 ，但对性能的影响却不容忽视。夹 杂物对钢力学性能和工艺性能的影响 ，主要是降低材料 的塑性 、韧性和 疲劳性能 ，尤其 当夹杂物以不利 的形状及分布特征存在时 ，对材料机械 性能的影响更为严重。其危 害性就在于它破坏了钢基体 的均匀连续性， 造成了应力集 中，促进了疲 劳裂纹 的产生 ，并在一定条件下加速了裂纹 的扩展 ， 从而加速了疲劳破坏过程 。下面仅就夹杂物对钢材性能的影响
１３ 半 塑 性 变 形 夹 杂 物 ．
半塑性变形的夹杂物一般 指各种复合的铝硅酸盐夹杂物 ，其 中作为 夹杂物的基体 ，在 热加 工变形过程 中产生塑性变形 ，但分布在基 体中 的夹杂物不变形 ，夹杂物随着钢基体 的变形而延伸 ，而脆性夹杂物不变 形 ，仍保持原来 的几何形状 ，因此将 阻碍邻近的塑性夹杂物 自由延伸 ， 而远离脆性夹杂物的部分沿着钢基体的变形方 向自由延伸。
箱 要 立足企业 实践 ，深度 剖析钢 中夹杂物存在 状态及其对 性能 的影 响 。突 出技 术要求 ，强化质量 在线管理 。 关键 词 硬线 钢 ；夹杂 物 ；断裂 中图 分类 号 Ｔ ７ 文献 标识 码 Ａ 文章 编 号 １７—６ １（ＯＯ ５— １７Ｏ Ｆ６ ６３ ９７一２ Ｌ） ２０３一 １ Ｏ