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隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對鋼的質(zhì)量和綜合性能要求越來越高。影響鋼材性能的因素是多方面的，往往涉及到煉鋼、軋鋼和熱處理等多道工序，而鋼中非金屬夾雜物的存在是影響鋼材性能的一個(gè)重要因素，有時(shí)甚至是決定性因素。鋼中非金屬夾雜物的研究一直是煉鋼連鑄生產(chǎn)中的重要課題，夾雜物分析是評定鋼材質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，并且被列為優(yōu)質(zhì)鋼出廠常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目之一。

1、試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料主要包括低中碳鋼、低中碳合金鋼、低碳微合金化高強(qiáng)鋼等。生產(chǎn)工藝為：電爐煉鋼→爐外精煉→真空處理→連鑄→熱軋。夾雜物來源有內(nèi)生夾雜物和外來夾雜物。內(nèi)生夾雜物是指鋼在在冶煉、澆注和凝固過程中，鋼液脫氧生成的反應(yīng)產(chǎn)物或鋼凝固過程中產(chǎn)生的化合物，遍布在金屬中并以一種有聯(lián)系的可預(yù)測的方式分布著。內(nèi)生夾雜物主要來自煉鋼脫氧后在澆注和凝固過程中所形成的夾雜物顆粒，這些顆粒沒有來得及上浮到鋼液的自由表面而滯留在鋼中。內(nèi)生夾雜物一般為簡單氧化物、復(fù)雜氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物等。在鋼中有時(shí)單獨(dú)存在，有時(shí)兩種或多種復(fù)合存在，內(nèi)生夾雜物是不可避免的。外來夾雜物是由原材料、爐渣、耐火材料等引起的，由于出鋼時(shí)鋼液混渣，爐襯、中間包等耐火材料的侵蝕、沖刷剝離等形成。其特點(diǎn)是外形不規(guī)則、尺寸比較大，其分布是不均勻和不可預(yù)測的，這類夾雜物通過正確的操作是可以避免的。

1.2 試驗(yàn)方法

國內(nèi)鋼廠大多按GB/T 10561—2005標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行夾雜物檢驗(yàn)，傳統(tǒng)類夾雜物按形態(tài)和成分可劃分為5種類型。非傳統(tǒng)類夾雜物包括鈣處理、稀土處理等形成的夾雜物，沉淀相類尺寸較大的氮化物、碳氮化物、硼化物等。非傳統(tǒng)類夾雜物和沉淀相類可根據(jù)其形態(tài)與上述5類夾雜物比較評級，并注明其化學(xué)特征。GB/T 10561—2005規(guī)定外來夾雜物不參與評級，單獨(dú)記錄。按GB/T 13298—2015中的相關(guān)規(guī)定，在產(chǎn)品規(guī)定部位取樣，磨拋樣品縱截面，以備觀察。

1.3 試驗(yàn)設(shè)備

采用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行樣品夾雜物金相分析。采用掃描電鏡和能譜儀對樣品中各種非金屬夾雜物、沉淀相等進(jìn)行高倍形貌觀察及夾雜物成分能譜分析。

2、試驗(yàn)結(jié)果

2.1 鋼中內(nèi)生夾雜物

硫化物類夾雜物在鑄態(tài)和軋態(tài)等熱加工狀態(tài)下形貌不同，鑄態(tài)鋼坯上的夾雜物呈現(xiàn)3種形貌特征：Ⅰ型球狀、Ⅱ型枝晶狀、Ⅲ型顆粒狀，有時(shí)沿晶分布，而在熱加工狀態(tài)下呈條狀。

取試樣的鑄態(tài)斷口，觀察硫化物夾雜物形貌，可見鑄態(tài)斷口上硫化物呈現(xiàn)球狀、枝晶狀和顆粒狀3種形貌特征，如圖1所示。

圖1 連鑄坯斷口上不同鑄態(tài)硫化物夾雜微觀形貌及Ⅰ型鑄態(tài)硫化物的EDS譜

熱加工(熱軋、熱鍛)狀態(tài)下硫化物類夾雜物呈細(xì)條狀，在顯微鏡下的光學(xué)特征是淺灰色，具有高的延展性。能譜分析硫化物的化學(xué)組成主要是MnS，如果錳被一部分鐵所置換，則形成(MnFe)S，其光學(xué)特征是深灰色，A類硫化物形貌和成分能譜定性分析結(jié)果見圖2。

圖2 細(xì)條狀硫化物夾雜物的微觀形貌及EDS譜

2.2 鋼中外來夾雜物

鋼中外來夾雜物主要包括來自各種耐火材料、中包覆蓋劑、結(jié)晶器保護(hù)渣等的夾雜物。

在夾雜物分析過程中，有時(shí)會(huì)在B類夾雜物中摻雜著較大尺寸的塊狀或顆粒物，能譜定性分析這些塊狀或顆粒物的成分為鎂鋁尖晶石，這是混入鋼中的耐火材料，見圖12。

圖12 鋁鎂尖晶石夾雜物微觀形貌及EDS譜

3、分析與討論

鋼中內(nèi)生夾雜物的來源與煉鋼、連鑄等工藝過程密切相關(guān)，同時(shí)也受設(shè)備、操作、工藝、管理等因素的影響，因此必須嚴(yán)格控制工藝和操作，才能找到提高鋼材質(zhì)量的對策。

鋼中硫化物夾雜最主要的是硫化錳。硫化錳在鋼液中不能生成，在鋼凝固時(shí)由于硫和錳的偏析，硫化物夾雜才析出于樹枝晶間。硫化物按其脫氧方法不同，在鑄態(tài)下呈現(xiàn)3種形貌特征：Ⅰ型球狀(硅錳脫氧、含氧高，隨機(jī)分布)、Ⅱ型枝晶狀(用鋁脫氧、含硫高，沿晶分布)、Ⅲ型顆粒狀(過量鋁脫氧，隨機(jī)分布)，冷卻速度越快,析出的硫化物顆粒越小，但數(shù)量增多。硫化物是一種塑性夾雜物，沿軋制變形方向呈細(xì)條狀分布。

4、結(jié)束語

非金屬夾雜物的性質(zhì)、形態(tài)、分布、尺寸及含量不同，對鋼性能的影響也不同。所以提高鋼材質(zhì)量，生產(chǎn)出潔凈鋼，或控制非金屬夾雜物性質(zhì)和形態(tài)，是冶煉和鑄造過程中的一個(gè)艱巨任務(wù)。鋼中存在的內(nèi)生和外來夾雜物對鋼的性能均有不利影響，其破壞了鋼基體的均勻性、連續(xù)性，易造成應(yīng)力集中，促進(jìn)裂紋的產(chǎn)生，并在一定條件下加速裂紋擴(kuò)展，降低使用壽命。鋼中存在少量非金屬夾雜物是不可避免的，新鋼種的研制、新工藝的實(shí)施也可能造成新的非金屬夾雜物的產(chǎn)生。