鋼中非金屬夾雜物的金相分析

由于現代工程技術(shù)的發(fā)展對鋼的強度、韌性、加工性能等要求日趨嚴格,所以對鋼鐵材質(zhì)要求也越來(lái)越高。非金屬夾雜物作為獨立相存在于鋼中,破壞了鋼基本的連續性,使鋼組織的不均勻性增大。因此鋼中非金屬夾雜物的存在,對鋼的性能產(chǎn)生強烈影響。根據非金屬夾雜物的性質(zhì)、形態(tài)、分布、尺寸及含量等因素的不同,對鋼性能的影響也不同。為了提高金屬材料的質(zhì)量,生產(chǎn)非金屬夾雜物少的潔凈鋼,或控制非金屬夾雜物性質(zhì)和要求的形態(tài),這是冶煉和鑄錠過(guò)程中的一個(gè)艱巨任務(wù)。而對于金相分析工作者來(lái)說(shuō),如何正確判斷和鑒定非金屬夾雜物,是十分重要的。
    鑒別非金屬夾雜物的工作首先是在金相顯微鏡下進(jìn)行,利用明視場(chǎng)觀(guān)察夾雜物的顏色、形態(tài)、大小和分布;在暗視場(chǎng)下觀(guān)察夾雜物的固有色彩和透明度;在偏振光正交下觀(guān)察夾雜物的各種光學(xué)性質(zhì),從而判斷夾雜物的類(lèi)型,根據夾雜物的分布情況及數量評定相應的級別,評判其對鋼材性能的影響。目前檢驗、研究鋼中非金屬夾雜物的方法很多。有化學(xué)法、巖相法、金相法、電子探針、電子掃描法等等。本文僅就用金相法檢驗鋼中非金屬夾雜物作一些介紹。

 1　鋼中非金屬夾雜物的來(lái)源分類(lèi)

  1.1　內生夾雜物

  它是金屬在熔煉過(guò)程中,各種物理化學(xué)反應形成的夾雜物。內生夾雜物一般來(lái)說(shuō)分布比較均勻,顆粒也比較小。

  1.2　外來(lái)夾雜物

    它是金屬在熔煉過(guò)程中與外界物質(zhì)接觸發(fā)生作用產(chǎn)生的夾雜物。如爐料表面的砂土和爐襯等與金屬液作用,形成熔渣而滯留在金屬中,其中也包括加入的熔劑。這類(lèi)夾雜物一般的特征是外形不規則,尺寸比較大。

 2　鋼中非金屬夾雜物按化學(xué)成分分類(lèi)

  2.1　氧化物系夾雜

   簡(jiǎn)單氧化物有FeO、Fe2O3、MnO、SiO2、Al2O3、MgO、Cu2O等。在鑄鋼中,當用硅鐵或鋁進(jìn)行脫氧時(shí),SiO2和Al2O3夾雜比較黨見(jiàn)。Al2O3在鋼中常常以球形聚集呈葡萄狀。在鋁、鎂合金中,夾雜主要是Al2O3和MgO。復雜氧化物,包括尖晶石類(lèi)夾雜物和各種鈣的鋁酸鹽等,鈣的鋁酸鹽如圖1所示。硅酸鹽夾雜也屬于復雜氧化物夾雜。這類(lèi)夾雜物[2]有2FeO·SiO2(鐵硅酸鹽)、2MnO·SiO2(錳硅酸鹽)、CaO·SiO2(鈣硅酸鹽)等。這類(lèi)夾雜物在鋼的凝固過(guò)程中,由于冷卻速度較快,某些液態(tài)的硅酸鹽來(lái)不及結晶,其全部或部分以玻璃態(tài)的形式保存于鋼中,如圖2所示。

  2.2　硫化物系夾雜

   主要是在鋼及鐵中產(chǎn)生的FeS、MnS、CaS等。由于低熔點(diǎn)的FeS易形成“熱脆",所以一般均要求鋼中要含有一定量的Mn,使S與Mn形成熔點(diǎn)較高的MnS而消除FeS的危害。因此鋼中硫化物夾雜主要是MnS。

  鑄態(tài)鋼中硫化物夾雜的形態(tài)通常分為三類(lèi):

   第一類(lèi)　形態(tài)為球形,這種夾雜物通常出現在用硅鐵脫氧或脫氧的鋼中。

   第二類(lèi)　在金相下表現為排成鏈狀的極細的針狀夾雜,如圖3所示。

   第三類(lèi)　呈塊狀,外形不規則,呈任意狀分布,在過(guò)量Al脫氧時(shí)出現。

  2.3　氮化物夾雜

  當鋼中加入與氮親和力較大的元素時(shí)形成AIN、TiN、ZrN、VN等氮化物。在出鋼,澆鑄過(guò)程中鋼流與空氣接觸,空氣中的氮在鋼中溶解使氮化物的數量顯著(zhù)增加。