鋼中非金屬夾雜物與金相鑒定分析

段麗飛，周 海

（江蘇長強(qiáng)鋼鐵有限公司，江蘇 靖江 214500）

鋼中非金屬夾雜物的金相鑒定工作是一項(xiàng)十分復(fù)雜與專業(yè)的工作，對鋼中非金屬夾雜物的判定十分重要，也能夠?qū)︿摰馁|(zhì)量進(jìn)行反映。在金相顯微鏡下，對非金屬夾雜物的形態(tài)與顏色等進(jìn)行判斷，并對透明度等各種性質(zhì)進(jìn)行分析。目前對鋼中非金屬夾雜物的判定有很多種方法，而本文在分析中以金相鑒定進(jìn)行闡述。

1 鋼中非金屬夾雜物的來源

鋼中非金屬夾雜物一般情況下可來源于內(nèi)生夾雜物與外來夾雜物。第一，內(nèi)生夾雜物。在金屬進(jìn)行熔煉過程中，夾雜物是在物理與化學(xué)反應(yīng)下生成的[1]。就內(nèi)生夾雜物來說，分布都比較均勻，且具有細(xì)小的顆粒。第二，外來夾雜物。在金屬進(jìn)行冶煉過程中，當(dāng)與外界產(chǎn)生作用后就會產(chǎn)生夾雜物。當(dāng)金屬冶煉過程中與爐料表面的沙土等進(jìn)行作用后，就會產(chǎn)生一些熔渣留在金屬中。外來夾雜物一般表現(xiàn)為大尺寸與不規(guī)則的外形等。因此只有對鋼中非金屬夾雜物的來源進(jìn)行分析判定，才能做好下一階段的工作，并更好的開展對鋼中夾雜物的分析。

2 鋼中非金屬夾雜物按化學(xué)成分分類

在鋼中非金屬夾雜物按化學(xué)成分分類可分為三種，分別為氧化物系夾雜、硫化物系夾雜、氧化物夾雜，下面就對這三種夾雜物進(jìn)行分析。

2.1 氮化物系夾雜

在煉鋼過程中利用硅等進(jìn)行脫氧處理時，會出現(xiàn)一些常見的Al2O3等夾雜物。Al2O3在鋼中的形態(tài)一般以球形聚集呈顆粒狀成串分布[2]。在一些復(fù)雜氧化物中，這些物質(zhì)包括晶石類夾雜物等，復(fù)雜氮化物一般包括硅酸鹽夾雜。出現(xiàn)這些夾雜的原因是由于鋼在凝固過程中，冷卻速度控制不合理，速度過快就會出現(xiàn)這樣的情況，當(dāng)液體硅鹽酸還尚未凝結(jié)，它的形態(tài)就會保存在鋼中，呈現(xiàn)的形態(tài)為玻璃。

2.2 硫化物系夾雜

在鋼中產(chǎn)生的FeS等。在熔點(diǎn)較低的情況下，F(xiàn)eS很容易出現(xiàn)“熱脆”的情況，因此對鋼的要求是一般要有足夠量的Mn，這樣才能在熔點(diǎn)較高的情況下，產(chǎn)生MnS，對FeS產(chǎn)生的危害進(jìn)行消除或者降低，所以一般情況下硫化物夾雜物為MnS。在鑄態(tài)鋼中，硫化物夾雜一般為，第一，球形形態(tài),該夾雜物一般產(chǎn)生于硅鐵脫氧不完全的鋼中；第二，金相下的形態(tài)，一般與針狀夾雜為主；第三，塊狀形態(tài),一般情況下分布別較為隨意，且具有不規(guī)則的外形，出現(xiàn)的情況為過量的Al。

2.3 氮化物夾雜

將氮親和力較大的元素加入鋼中，就會形成AlN、TiN等C化物。當(dāng)在對鋼進(jìn)行澆注過程中，會與空氣進(jìn)行接觸，這時在鋼中，氮?dú)獾娜芙饩蜁黾?，這時就會產(chǎn)生氮化物。

3 非金屬夾雜物對鋼質(zhì)量的影響

在鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量并不多，但對鋼質(zhì)量卻有十分重要的影響，因此對非金屬夾雜物對鋼質(zhì)量的影響研究十分重要[3]。鋼的熱脆性是由硫化物決定的。在鋼的冷態(tài)下，鋼的強(qiáng)度與延展性會受到夾雜物的影響。當(dāng)鋼中存在一些較為堅(jiān)硬的角狀夾雜物時，鋼的斷面收縮率會明顯降低。對非金屬夾雜物對鋼質(zhì)量的影響分析，能夠讓人們更加直觀的看到這些夾雜對鋼產(chǎn)生的影響，進(jìn)而對鋼中金屬夾雜有一個良好的認(rèn)識，并為提高鋼的生產(chǎn)工藝具有重要作用。

鋼的抗拉強(qiáng)度也會受到非金屬夾雜的影響。當(dāng)一些優(yōu)良鋼材出現(xiàn)破斷后，一般屬于塑性斷裂，夾雜物偏折存在于鋼中，這就會產(chǎn)生斷裂，一般情況下存在這種情況下往往都會使鋼的強(qiáng)度快速降低。

當(dāng)鋼中存在的夾雜物較為粗大時，對鋼質(zhì)量的影響也較大。同冷彎實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼出現(xiàn)折疊等情況時，斷口處會出現(xiàn)大量的夾雜物，這些夾雜一般呈顆粒狀，嚴(yán)重為白色。造成鋼中出現(xiàn)這種夾雜的原因基本都是有操作不當(dāng)引起的。

4 試樣制備對鑒定夾雜物的影響

對鋼中夾雜物的鑒定工作會受到試樣制備的影響。當(dāng)在夾雜物鑒定過程中，選擇普通金相試樣的制備方法，一般情況下就會造成大量夾雜物的脫落，出現(xiàn)這種情況就會無法有效鑒定“拖尾”現(xiàn)象，也無法對夾雜物的形狀、顏色、大小等進(jìn)行準(zhǔn)確的觀察，對夾雜物的觀察造成極大干擾。當(dāng)試樣表面過于粗糙時，異性夾雜物就會出現(xiàn)異性效應(yīng)減弱的現(xiàn)象。嚴(yán)重的情況下會出現(xiàn)判斷失誤。所以在對試樣進(jìn)行選擇過程中，為提高對夾雜物的鑒別工作，就要對試樣進(jìn)行精心準(zhǔn)備，并保證表面的光滑細(xì)膩，且保證夾雜物的輪廓清晰。對試樣的精心選擇，就會降低出現(xiàn)剝落的情況，也會降低出現(xiàn)“拖尾”的情況，這樣就能良好的保證夾雜物的光學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而提高鋼中夾雜物鑒定質(zhì)量。因此試樣制備的典型性選擇，是對夾雜分析效果的重要內(nèi)容，因此在實(shí)驗(yàn)前要合理選擇夾雜試樣。

5 鋼中非金屬夾雜物在顯微鏡下的特征及鑒定

（1）明視場下觀察。對夾雜物的形狀、大小與組織等在明視場下進(jìn)行觀察，并對夾雜物的屬性等進(jìn)行識別。

（2）夾雜物的外形。在顯微鏡下，鋼中夾雜物外形有不同的形狀，且不具有統(tǒng)一的規(guī)則。一般情況下球狀的以玻璃質(zhì)的SiO2為主，方形的則為TiN。當(dāng)出現(xiàn)不規(guī)則形狀時，一般以FeO的鵝卵形為主，碎粒狀則一般以多角鋁硅酸鹽居多。

（3）夾雜物的分布。在鋼中夾雜物的分布分為以下幾種：第一，孤粒狀，一般是硅鹽酸出現(xiàn)這種狀態(tài)分布；第二，串狀分布，一般是MnO等氧化物聚集在一起時出現(xiàn)這種情況；第三，沿晶界分布，一般情況是FeS等。

（4）夾雜物的透明度與色彩。一般情況下在鋼中夾雜物可以分為兩種類別，分布為透明與不透明。夾雜物為透明的狀態(tài)，在暗場下就會顯得十分明亮，比如在鋼中的硅鹽酸就在暗場情況下具有較強(qiáng)的反光能力。在暗場情況下為透明狀，且周圍有反光的光環(huán)，在偏光情況下則出現(xiàn)黑暗的十字情況。在明場情況下硫化物等沒有反光能力。在明場下，TiN具有較強(qiáng)的反光能力，顏色一般為金黃色。而灰藍(lán)色為MnS。

（5）夾雜物的定量分析方法。在對夾雜物進(jìn)行定量分析時，金相法是應(yīng)用十分普遍的一種方法，在應(yīng)用中較為簡單與方便[6]。該方法其實(shí)就是通過顯微鏡，對鋼中夾雜物含量通過對比、長度指數(shù)等方法進(jìn)行測定。

（6）對比法。對被測試樣品中的夾雜物大小、分布等進(jìn)行測定，并與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，從而得出夾雜物含量。我國對夾雜物的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在不斷完善中，日后該方法的應(yīng)用也會越來越普遍。

國家標(biāo)準(zhǔn)為YB25-77，在其中將夾雜物的可塑性進(jìn)行分類，一般分為脆性與塑性夾雜；對分布進(jìn)行分類，一般分為集中與分散分布，在標(biāo)準(zhǔn)中，對定量的結(jié)果進(jìn)行表示時，具有下面幾個方法：第一，對鋼的試樣中，不同的夾雜物的最高級別進(jìn)行表示；第二，對不同試樣的不同夾雜物的最高級別的算術(shù)平均值進(jìn)行計(jì)算與表示；第三，對不同試樣中不同夾雜物最高級別的總和進(jìn)行計(jì)算。值得注意的是，在評定過程中要對視場的直徑大小進(jìn)行保證，在YB25-77中，直徑為0.8mm，當(dāng)夾雜物的合格存在一定爭議時，這時就要嚴(yán)格要求視場的大小。第四，夾雜物在鋼中的含量是通過長度指數(shù)來表示時，要在測量過程中，要選在15個視場在檢驗(yàn)面上，且要保證視場的均勻，對15個視場利用測微目鏡進(jìn)行測量過程中，要在每一個視場中夾雜的長度與數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確測量，并將計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)的指數(shù)相乘，然后再將相乘算得的結(jié)果相加，最后就能算出每類夾雜物的總含量。

6 結(jié)語

綜上所述：在鋼中雖然夾雜物的含量十分少，但對鋼的質(zhì)量具有重要影響，因此就要對鋼中的夾雜物進(jìn)行研究。通過顯微鏡對夾雜物的特征進(jìn)行分析，并在金相顯微的方法下進(jìn)行檢驗(yàn)，這樣就能對鋼中夾雜物的含量以及性能進(jìn)行鑒定，以及對其級別進(jìn)行分析，并按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對鋼的質(zhì)量進(jìn)行判斷。這樣才能在分析中對煉鋼過程中的工藝進(jìn)行優(yōu)化，降低在鋼中夾雜物的含量，這樣才能提高鋼的整體性能與質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)我國鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。