ASTM E45-1997 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 。
3.1.2 ASTM E7 中定义了夹杂物数量；由于这些试验方法中有些涉及到长度的测量，或将长度或（和）数量数值化，因而用“夹杂物等级”一词更好。
3.2 本标准的专业术语定义：
3.2.1 纵横比——显微镜下的长、宽比。
3.2.2 断续条状夹杂物——3 个或3 个以上的B 型或C 型夹杂物排成一列，并且平行于热加工轴,列与列之间相距不超过15 μm，一列内任意两个相邻的夹杂物间距不小于40 μm 。
3.2.3 夹杂物类型——对硫、铝、硅类的夹杂物的定义，见ASTM E7。球状氧化物，有的试验方法中称为游离的、相对不易变形的夹杂物，纵横比不大于 5 ：1 。在其他的方法中，氧化物被划分为可变形的和不可变形的两类。
3.2.4 JK 夹杂物等级——一种基于瑞士Jernkontoret 程序的、测定非金属夹杂物的方法。方法A和D主要是JK评定法，方法E也使用了JK评级图。
3.2.5 条状夹杂物——一个在变形区被大大拉长的夹杂物，或者3个或3个以上的B型或C型夹杂物排成一列，且平行于热加工轴，列与列之间相距不超过15μm，一列内任意两个相邻的夹杂物间距不小于40μm 。
3.2.6 最差视场评定——通过给试样表面某处各类夹杂物最严重的视场赋值来评定试样中各类夹杂物的方法。
4 意义和使用
4.1 这些试验方法包括4个宏观、5个微观试验方法，它们是用来描述钢中夹杂物含量和试验结果的程序。
4.2 夹杂物是以尺寸、形状、密集程度和分布状态，而不是以化学成分为特征的。尽管化学成分尚未确定，显微试验法已把夹杂物归入几种化学成分相似的某一类物质（如把硫化物、氧化物和硅酸盐——最终归为氧化物一类）。第12.2.6 条描述了更容易分辨夹杂物的金相照相技术。用该技术检测到的是分布于试样表面的夹杂物。
4.3 宏观试验法相对显微试验法来说，能测定更大面积的表面，而且由于其检测是肉眼可见或低倍的，因而它们更适合于检测大夹杂物，而不适于检测长度小于0.40mm 的夹杂物。但它不能分辨夹杂物的类型。
4.4 显微试验法用来表述某些夹杂物的特征，这些夹杂物因脱氧或在固体钢中溶解度有限（成为析出夹杂物）而形成。这类夹杂物在几何外形上，如尺寸、形状、密集度和分布，具有明显的特点，而在化学成分上无特殊性。显微试验法并非用来评估外来夹杂物（如熔渣或难熔物），也不是评估碳化物、碳氮化物、氮化物、硼化物或金属间化合物的，尽管有时也用于后者。
4.5 由于许多给定钢中的夹杂物数量随位置而异，钢坯必须进行统计抽样，才能测确定其夹杂物含量。抽样数必须与钢坯尺寸和特性相符合。由于自动图像分析法能够进行更准确的微观评定，因而对夹杂物很少的材料，适用于自动图像分析法（见ASTM E1122）。
4.6 宏观和显微试验法的结果可以作为材料外运凭证，但不能作为接收或拒收材料的依据。这些试验数据的评判标准可见ASTM产品标准或用户与厂方的协议。
4.7 这些试验方法计划用于锻造金属件。由于没有规定最低变形量，故这些试验方法不适用于铸件和少量加工件。
宏观法
5 宏观试验法
5.1 概述
5.1.1 微蚀试验——该试验用来显示夹杂物含量和分布，这些夹杂物通常分布于横截面或与轧制、锻造方向垂直的截面。一些实例也进行了纵截面上的检测。在需要检测区域切取并加工一截面，用合适的腐蚀剂腐蚀。通常使用的腐蚀剂为盐酸和水在71~82 ℃的混合溶液，正如本试验名称所示，腐蚀后，用肉眼或低放大倍数即可看出被腐蚀表面的夹杂物。有关本试验的详细内容可见ASTM E381。对有疑义的结果应通过显
微法或其他方法确认。
5.1.1.1 用5.1.1的方法，硫化物表现为浸蚀麻点。
5.1.1.2 这种方法只能检测大块氧化物。
5.1.2 断口试验——该方法用于确定厚度约为9~13 mm的硬化工件断口上的夹杂物。本试验基本用于钢的分析，因为钢才有可能达到约60HRC的硬度，而且其断口的晶粒尺寸可达7级或更细。试样外部不能有过量的导致断裂的凹槽或划痕。断口最好在通过工件轴心的纵向上。用肉眼或放大约10倍即可检测夹杂物的长度和分布。回火色或发兰能够有助于对断续状氧化物的判断。ISO 3763为断面夹杂物的评定提供了一种图示法。实例表明，用这种方法可以测出长度仅为0.40 mm的夹杂物。
5.1.3 台阶法——该试验方法用来评定轧钢或锻钢加工面上的夹杂物。按规定的在表面下的直径加工试样。在良好光照度下，肉眼或低放大倍率即可观察到夹杂物。有时也把试样加工成更小的直径，以便检测原直径试样后做进一步检验。该试验一般用于检测3 mm及其以上长度的夹杂物。
5.1.4 磁粉法——磁粉法是台阶法的一种变异。它是针对铁磁材料，通过加工、磁化试样来判定夹杂物的。断续的仅有0.40 mm长的夹杂物形成缺磁区，吸引磁粉，进而显现夹杂物。详细内容见第6章。
5.2 优点：
5.2.1 这些方法使试样表面大泛围的检测变得很容易。多数情况下，人们更关心的是钢中更大的夹杂物，它们呈不均匀分布，且间距较大，这为大面积检测创造了更好的机会。
5.2.2 制备宏观检验用试样较快，仅需要机加工和磨削即可。不需要高抛光的表面，宏观法对评定大块夹杂物具有足够的灵敏度。
5.3 缺点：
5.3.1 不能区分不同夹杂物的形态。
5.3.2 不适宜检测小球状夹杂物或很小的被拉长的链状夹杂物。
5.3.3 磁粉法会导致对显微结构的错误判断，如残奥沟痕、树枝状晶或某合金中的碳化物。如果磁化电流很大，这种误判很容易出现。
6 磁粉法——详细程序
6.1 试样：
6.1.1 试样应按6.2制备，由圆形或方形截面的钢锭、钢坯或钢棒上切取试样的步骤推荐如下：
6.1.1.1 横截面面积在230 cm2以上——如图1或图2所示，切取1/4截面，用锻造或（和）机加工的方法制成直径为60~150 mm的圆柱形试样。还可以用另一种方法，即锻或轧制成150 mm的方形或圆形截面，按6.1.1.2加工出1/4截面。
6.1.1.2横截面面积在100~230 cm2（包括100 cm2和230cm2）——如图1或图2所示，切取1/4截面，用锻
造或（和）机加工的方法制成最大直径的圆柱试样。
6.1.1.3 横截面面积在100 cm2以下——把试样加工成圆柱体。另一种方法是制成3个直径的台阶试样，每一个直径对应的圆柱体长度为75 mm。D为第一个台阶的直径，其值低于标准允许的圆柱试样尺寸；第二个台阶的直径为3/4D；第三个台阶的直径为1/2D。
6.1.2 试样应符合以下要求，除非6.1.1.1~6.1.1.3另有规定。
6.1.2.1 检测表面长度一般为125 mm，通常还需要25 mm的延伸量。
6.1.2.2 从坯料上切取试样的最小值如下：
圆形或方形截面坯料尺寸，mm 试样最小尺寸，mm
≤12.7 0.76
12.7~19(包含19) 1.13
19~25.4(包含25.4) 1.52
25.4~38(包含38) 1.89
38~51(包含51) 2.28
51~64(包含64) 3.17
64~89(包含89) 3.96
89~115(包含115) 4.75
115~152(包含152) 6.35
6.1.2.3 切取的1/4截面应大于图1和图2所示尺寸，以保证试样表面包含坯料的中心。坯料中心在试样表面上的位置应贴以标记。
6.2 试样制备：
6.2.1 试样粗加工后，在稍高于临界温度的温度下水淬或油淬，并根据化学成分进行200~650 ℃的回火，使硬度达到约300HB。注意避免淬裂。热处理会形成一个更为均匀的组织，其硬度足以使该组织保留一部分磁性，有助于试验后磁粉聚集。
6.2.2 热处理后，磨削试样（包括端部），或者进行清理，以保证磁粉的良好吸附。磨削应在与试样长度垂直的方向上进行，并避免形成磨削裂纹。纵向划痕可能足够深，使磁粉聚集，以致夹杂物模糊不清。
6.2.3 磁化前，应用快干溶剂彻底清洗试样，去除油脂和手指印。
6.3 步骤：
6.3.1 沿试样纵向反复通电1/5~1/2 s，电流强度应为在试样直径上160~470 A/cm。
6.3.2 正常情况下，用连续法湿法，即试样在磁悬液中磁化。硬化钢试样（硬度不小于50 HRC）磁化后，
可以采用剩磁法湿法。注意检测完成前，不要破坏磁痕。有关磁粉检验的各种湿法描述见ASTM E709。
6.3.3通常人们把磁粉浸泡于粘度约为40SUS的煤油或其他轻质油中。每升油约含
7.7 g非荧光磁粉。退磁时，非萤光磁粉磁悬液的体积分数应为1.0%~2.0%，并在符合ASTM标准的100 mL刻度的锥形分离管中放置30~40 min。有关锥形分离管的描述见ASTM D96。
6.3.4 作为油基系统的替代系统，可以用水基系统。使用水基系统时，应控制蒸发率。通过加水保持正常液面。
6.4 试样检验：
6.4.1 检验应在良好光照下进行，最好是标准的白色荧光灯。为获得最好的散射效果，应使灯的纵轴垂直于试样纵轴。这样可以清楚地看到大夹杂物，小一点的夹杂物也可以看到。如果要检测0.8 mm或更小的夹杂物，可借助于手工放大镜。至于是由夹杂物产生的磁痕，还是由其他原因，如裂纹、金属纤维（流线）、碳化物等产生的磁痕，有经验的操作人员能够进行区分。记录试样表面的磁痕尺寸。
6.4.2 夹杂物产生的磁痕可以用照相、绘制或转入接收器介质的方式记录下来。例如，用气溶胶或其他方法制成塑料涂层材料溶液，尤其是可以充分利用制备好的吸收纸如染印接受纸或清理胶片（clean out film）。将它们制成各种尺寸，或从摄影棚得到。固定在卡片上的普通透明胶带也能吸起试样上的磁粉。转移法速度快，能够准确地提供低倍率下的检测结果，且比检测曲面用的照相法来得更准确。另外，转移法还能保留磁痕在试样上的位置，而试样是与坯料原表面及其中心线有关的。
6.5 结果表示：
6.5.1 磁粉试验结果一般由频率和严重级别数表示。
6.5.2 频率是指给定区域内磁痕的总数。一般此区域面积为258 cm2。也可由检测表面单位面积内的磁痕数表示。用频率和严重级别表示每平方英寸内夹杂物的方法已被汽车工程师协会以SAE J41标准所采纳。参见AMS 2300，AMS 2301，AMS 2303和AMS2304。
6.5.3 严重级别数是根据AMS 2300，2301, 2303和2304中所列的磁痕宽度来表示的。该值如下：
磁痕长度，mm（AMS 2300，2304）严重级别宽度因数
0.4~0.8（不含0.8）2
0.8~1.6（不含1.6）4
1.6~3.2（不含3.2）16
≥3.2 256
磁痕长度，mm（AMS 2301，2303）严重级别宽度因数
1.6~3.2（包含3.2）0.5
3.2~6.4（包含6.4）1
6.4~12.8（包含12.8）2
12.8~19（包含19）4
19~25.4（包含25.4）8
25.4~38.10（包含38.10）16
6.5.3.1 严重级别数是按给定长度的磁痕数乘以宽度因数，并将乘积相加得到的。严重级别数由给定区域的磁痕宽度表示，也可以由检测表面每单位面积的磁痕宽度表示（见AMS 2300，2301，2303，2304）。
6.5.4 一个熔炼炉次的所有试样的平均频率和严重级别数可用来表示该炉次磁粉检测的结果。
6.5.5 一个熔炼炉次的频率和严重级别数可以方便地与另一炉次的值相比较。但要注意比较的是相近尺寸的钢坯或钢棒的测试结果。
6.5.6 如果采用台阶试验，其结果应与各自直径有关。
6.5.7 磁粉检测结果也可以用某一规定区域内磁痕的总长度表示。在上面提到的AMS标准中，用每平方英寸内的磁痕的长度表示。
显微法
7 综述
7.1 显微法用于测定抛光试样表面上夹杂物的尺寸、分布、数量和类型。通过光学显微镜对试样的检测，用几张有代表性的金相照片报告观察到的夹杂物类型。这种方法没有统一的报告格式。因而产生了标准引用图的情况，这些图描述了一组典型夹杂物的特征，将试样的显微视场直接与这组图作比较即可得到检测结果。
7.2 这里引用的各种图都出自于JK评级图和SAE J422中的SAE评级图。本标准就是用这些图来作准确对比的。其中方法A（最差视场法）、方法D（低夹杂物含量法）和方法E（SAM评定法）用JK评级图，而方法C（氧化物和硅酸盐法）用SAE评级图。ISO 4967用的也是JK评级图。
7.3 由于一张图不能全面反映出各种夹杂物的类型和形式，因而使用任何一张图在检测最普通类型的夹杂物时都会受到限制。故要注意这样的检测并不是纯粹地研究夹杂物的金相照片。
7.4 除了比较（或评级图）法A、C和D外，还有一种方法B。方法B（长度法）是根据夹杂物的长度来检测的。无论夹杂物为何种类型，只要其长度不小于0.127 mm就可以进行评定。用这种方法能得到夹杂物的最大长度和平均长度。此外，金相照片可以用来评定短得无法测量的背景夹杂物。
7.5 显微评定法的优点：
7.5.1 可以评定夹杂物的尺寸、类型和数量。
7.5.2 可以评定极小的夹杂物。
7.6 显微评定法的缺点是评估视场很小（0.50 mm2）。这样试样尺寸较小，只能用有限数量的视场来评定大试样。如果夹杂物分布不均匀，则由显微评定法得到的大截面钢坯上夹杂物的分析结果就具有偶然性。钢的最终使用决定了显微评定结果的重要性。应具有整理评定结果的经验，以便于在某些应用中不夸大夹杂物的重要性。
7.7 在评定夹杂物时，无论采用什么方法，很重要的一点是评定结果仅出自于被检试样区。由于实际的原因，这种试样与其所代表的钢的总数相比是很少的。为获得夹杂物的评定数据，进行足够数量的抽样与选择正确的试验方法同样是很重要的。
7.8 对夹杂物来说，不仅在不同熔炼炉次的钢中不同，就是同一熔炼炉次、甚至是同一钢坯的不同部位也不同。需要测定夹杂物含量的单位批量的钢应不超过1个熔炼炉次，这是基本常识。选取足够数量的试样以充分代表各种情况。应该把正确的抽样程序列入产品的技术要求或技术条件中。对半成品而言，应在充分切除废料之后切取试样。如果在完成全部检测后，还无法确认对同一熔炼炉的不同钢坯和钢坯不同部位的检测，则对相当重量的钢来说应进行大量试样的随机抽样。一个钢坯的夹杂物评定结果即使很精确，也不能代表一个熔炼炉次的结果。
7.9 被测锻钢制品的尺寸和形状对夹杂物的尺寸和形态影响很大。在铸造毛坯的轧制和锻造过程中，夹杂物随毛坯横截面的挤压而延伸和打碎。因此，在报告夹杂物评定结果时，必须说明用于取样的钢坯尺寸、形状及制造方法。在比较不同钢中夹杂物时，钢坯应尽可能轧制或锻造成同一尺寸和形状。试样应沿纵向或平行于轧制或锻造方向切取。
7.10 为了更容易地获得可比较的结果，可以很方便地从更大的钢坯中锻造试样。然后，用与轧制截面上抽样同样的方法在锻造截面上抽样。注意，应从锻造坯料上节取足够长的试样，否则会有切斜端试样混入的危险。这种形状改变的材料将产生一个错误的评定结果。锯掉锻料的端头，从中间取样有助于避免这种情况的发生。
7.11 这些方法中有几种方法都是对制备好的试样表面的规定区域进行检测，而且所有重要夹杂物都应记录，并在结果中表示出来。因此，对每一个试样的检测结果比金相照片或评级图能更准确地代表其所含夹杂物。最差视场法的缺点无法获得这样的夹杂物评估分布。
7.12 为了比较不同熔炼炉次和同一炉次不同部位钢的夹杂物，其评定结果应表示为一个熔炼炉次不同试样的夹杂物的平均值。评定夹杂物长度时，最简单方法就是把每一被检区内的夹杂物长度相加。然而，最好是不仅得到总长度，还要根据各自的长度加权计算夹杂物。也可以表示为最大夹杂物长度和夹杂物总数。
8 抽样
8.1 为了对一批材料中夹杂物种类进行正确的评定，应尽可能选择具有代表性的试样，至少应检测6 个位
置的试样。这里所指的一批材料，是指同时加工和具有相近加工参数的一批材料。同一批材料只能出自一个熔炼炉次。例如，同一熔炼炉次的一批材料，取样点宜选在浇注开始、中间和结束的可用钢坯上。对连铸或底注工艺，也应对每炉做出类似的抽样计划。
8.2 对某一炉次、钢坯或另一批材料，在其取样位置不明确的情况下，应进行更大量的随机抽样。
8.3 评定结果是随钢坯挤压量的变化而变化的。对材料验收或比较不同炉次的夹杂物而言，应注意在材料加工的适当阶段取样。
9 试样的几何形状
9.1 用显微法测定夹杂物时，建议取160mm2的试样抛光表面。该抛光表面应平行于产品的纵轴。另外，扁钢的取样截面也应垂直于轧制平面；对圆形或管类产品，截面应在径向方向选取。
9.2 厚截面产品（截面厚度大于9.5 mm的产品，如锻件，钢坯，钢棒，平板，钢板和管材）
9.2.1 对宽大的产品，通常选取1/4宽度处的截面。
9.2.2 对圆形截面产品，图3显示了在一个直径为38mm 的截面上切取试样的方法。从产品上取一厚度为9.5 mm的圆盘。从该圆盘上切下1/4，如图3所示，其阴影部分为抛光面。这样试样沿产品长度从外到内为9.5mm 。
9.2.3 大截面产品，每个试样应取自半径中点处，见图4 中阴影部分。试样抛光面在产品纵向上的长度为9.5 mm，在垂直于径向面的方向长度为19 mm，距产品中心和边缘等距离。这种等距离取样可减少抛光和检测的试样数量。供检测用的其他区域，如中心和表面，也应进行检测，并在结果中说明。能从50~100 mm的圆或方形钢坯或棒料上取样最好，也可以使用更大或更小的尺寸，但应在结果中说明。
9.3 薄截面产品（截面厚度不大于9.5 mm，如钢带，钢板，棒料，线材和管材）——按下列规定切取纵截面试样。
9.3.1 横截面厚度为0.95~9.5 mm，应从同一抽样坯上制取足够数量的试片制成一个约160 mm2的抛光试样表面。（如：厚1.27 mm的板，沿板的宽度方向均匀地选取7 到8 个纵向试片做成一个试样）。
9.3.2 横截面厚度小于0.95 mm，从每个抽样位置取10 个纵向试片制成一个适当的抛光试样表面。（根据材料厚度和试片长度的不同，试样的抛光面积可以小于160mm2。由于镶钳10 个以上的试片存在的实际困难，可考虑减小试样面积）。注意用比较法A，C ，D 和 E 时，试样横截面的厚度应不小于规定的最小值。因此，方法A，D 和E用试样的最小厚度为0.71 mm，方法C 为0.79 mm。更薄的截面应用其他评定方法。
10 试样的制备
10.1 试样应是抛光的、显微镜下平整的，以便清晰地显示夹杂物的尺寸和形态。为获得令人满意的评定结果，试样的抛光面不应有人为的凹坑、杂质（如抛光粉）和擦伤。试样抛光时，夹杂物上不能形成凹坑、
变形或模糊不清。试样抛光后应进行检验，不应留有任何以前腐蚀（如果曾有过的话）过的痕迹。建议将ASTM E3 和ASTM E768 中的程序列于其后。
10.2 如果试样无法满足10.1 中叙述的抛光条件，则试样抛光前应进行热处理，使之达到所能达到的最大硬度。要采取必要措施消除热处理造成的影响，如氧化皮，脱碳等。这部分内容供可热处理的碳钢、低合金和不锈钢参考。
11 准确度和偏差
11.1 不同试验室所做的JK 评估研究表明，在对夹杂物的确认上常存在一个问题，主要是如何区分A类（硫化物）和C 类（硅酸盐）可变形氧化物。这样，JK 评估的准确度受到严重影响。方法A，C，D的准确度受夹杂物含量的影响。随着夹杂物含量的增加，这种评估的准确度下降。
11.2 按评级图I-r，严重级别等级评定到0.5 的钢，用最差视场法评定通常在严重级别数±1的区间内是准确的，对低含量夹杂物的钢来说，也可能严重级别数在±0.5内才是准确的。总的来说，对B和D型夹杂物的评定准确度比A和C 型的高。而且，不论夹杂物为何种类型，厚度小的总比厚度大的准确。
11.3 按评级图I-r，严重级别数必须评定为整数的钢，其最高别级数只能达到±2 ，准确度通常较差。在考虑A、C 型夹杂物与B、D 型夹杂物，厚度小的与厚度大的夹杂物的评定准确度时，具有与上述相同的趋势。如果夹杂物被误判，则误差就更大了。用方法D测得的夹杂物视场数的准确度不如用最差视场法的。一个好的、准确的评估方法需要进行大量的尝试。
11.4 S型夹杂物（可变形氧化物）的误判会严重影响方法C的准确性。除此之外，低夹杂物含量的钢的严重级别数相差不超过±1个单位，高含量的钢不超过±2个单位。评级图Ⅱ所示的方法C仅用于检测氧化物，不能检测硫化物。
11.5 用评级图I-r评定的准确度通常符合图表严重级别数增量（the chart severity increments），但在某些情况下略为偏高。夹杂物含量极低的钢，其严重级别数可能在最小值（1/2）以下，此时用自动图像分析法（如ASTM E1122和E1245所述）更好。注意显微法A和D规定了夹杂物的最小可测尺寸；这样，视场内或试样中可能含有可辨认、但无法评定的夹杂物，因为它们小于一个非零的最小值。
12 方法A（最差视场法）
12.1 简介——这个试验要求在放大100倍的情况下观察160 mm2的试样抛光区。这一视场相当于一个边长为0.71 mm、面积为0.5 mm2的正方形试样表面（见图5）。将每个0.5 mm2的视场与评级图I-r作比较，对A、B、C、D类夹杂物，按细系和粗系，找出最高的严重级别数的视场。每一个被检试样都应该报告这些最差视场的严重级别数。
12.2 程序：
12.2.1 可在两种获取0.5 mm2正方形视场的方法中任选一种。一种是将放大100倍的夹杂物显微图像投影
到可视屏幕上，该可视屏幕上有一边长为71.0 mm正方形标识区。另一方法是在显微镜上划出该正方形区域，在此区域内直接观察视场（见图5）。
12.2.2 首先，用不可擦除的标识器或硬质合金划线器在试样表面划出检测区。把试样放在显微镜载物台上，开始对检测区内每个视场的检测。把视场与评级图Ⅰ-r加以比较，对每类夹杂物（A、B、C、D型），按细系和粗系记录与最差视场相符合的评级图Ⅰ-r的级别数为0~3的整数。（级别数大于3.0时，见表1）。这里重要的一点是如果某区域的级别数居于两个级别数之间，此时其值应四舍五入到小的级别数。例如，使用评级图Ⅰ-r时，某个区域几乎不含夹杂物，或者夹杂物长度小于级别数1，则记为0。
表1 方法A、D和E的最小级别数A,B
A表中的长度值适用于自动评定法，尤其是在最小级别数为1/2时，手工检测准确度很低。D型夹杂物数量也作了修改，数量大的修改也大，因为这些数已经超出了材料验收标准。
B VanderV oort,G.F,和Wilson,R.K.,“非金属夹杂物和ASTM委员会E-4，”标准化新闻，第19卷，1991
年5月，第28~37页。
C D型夹杂物的最大纵横比为5:1。
12.2.3 移动载物台，观察相邻区域，并重复比较程序。继续此过程，直到试样抛光区均被扫描。典型的扫描路线见图6。
12.2.4 确定夹杂物级别数用的最小长度（对D型夹杂物为最少个数）打印在评级图Ⅰ-r和列于表1中。划
分细系和粗系的夹杂物宽度参数列于表2。夹杂物沿长度方向由细变粗时，夹杂物应归为最能代表其粗细的一类。就是说，夹杂物有一大半长度的宽度属于粗系的话，则该夹杂物为粗系。对超出表1、表2范围的夹杂物评定结果报告的有关说明见12.3.2。
表2 夹杂物宽度和直径参数（方法A和D）A
A夹杂物最大尺寸超出粗系最大值时，应在评定结果报告中注明超大，并标出实际尺寸。
12.2.5 尽管方法A原计划是用整数来评定夹杂物的，但是许多标准（ASTM A295，A485，A534，A535，A756和A866）均允许用它评定1/2级别的夹杂物。这种操作是允许的（见15.2.2）。
12.2.6 列于评级图Ⅰ-r顶端的A、B、C、D类夹杂物的主要化学型并非指需要了解夹杂物的化学成分。在本方法中，夹杂物为具有类似几何形态的一类，不需做化学分析。A型（硫化物）和C型（硅酸盐）夹杂物在尺寸和形态上很相像。因而它们的区别应辅以金相照相技术，如用暗场法（或横向偏光镜）观察有疑义的夹杂物，正确抛光的硫化物是暗的，而硅酸盐是明亮的。另一项技术是观察夹杂物的色度，硫化物通常是浅灰色的，硅酸盐则很暗或有时外表为透明的。这种方法可用来评定按尺寸和形态划分的非传统型夹杂物，就是说，硫化物受形状控制处理或被包裹的氧化物所支配。此外，也可以评定硼化物、碳化物、氮化物或类似夹杂物。但除了评级图Ⅰ-r中传统的非金属夹杂物之外，其他夹杂物的评定应在结果中清楚地反映出来。
12.2.7 断续的条状B、C型夹杂物当其在试样表面至少相距40mm或平行距离在15mm以上时，将其视为两个不同的夹杂物。如果一个视场中出现两个或两个以上的同类夹杂物（A、B、C类），则其长度的总和决定了该类夹杂物的级别数。如果不需测量，通常将其直接与评级图Ⅰ-r比较，即可得到夹杂物级别数。
12.3 结果表示
12.3.1 所有钢坯的全部试样每类夹杂物最差视场的平均值应根据评级图Ⅰ-r或表1的级别数来计算。表3为求6个试样平均值的示例。
表3 最差视场夹杂物级别（方法A）A
A见12.3.1。
12.3.2 评级图Ⅰ-r列出了A类夹杂物的总长度，B、C类条状夹杂物的总长度，D型夹杂物的数量以及各类夹杂物的极限宽度或直径。如果有比评级图Ⅰ-r所示更长的夹杂物，其长度应单独记录。如果宽度和直径比评级图Ⅰ-r和表2所示的极限值大，也应单独记录。注意A、B、C类夹杂物或条状夹杂物的尺寸超大也会影响夹杂物的级别数。因此，如果A、B、C类夹杂物在长度或宽度上过大，则其在视场内的部分应按相应的粗或细系评定。同样，如果视场内出现超大D型夹杂物，它也应按D型粗系夹杂物评定级别数。作为参考，评级图Ⅰ-r底部列出了对大的球形氧化物的注解。D型球状氧化物纵横比不超过5:1。
12.3.3 如果需要，可以确定夹杂物的主要化学型，并记为硫化物、硅酸盐和氧化物。假如用评级图评定碳化物或氮化物，也可确定并报告有关化学成分的信息。
13 方法B（长度法）
13.1 简介——本方法要求在放大100倍的情况下，观察160mm2的试样抛光区域，任何长度不小于0.127 mm 的夹杂物均可检测和计算。
13.2 程序：
13.2.1 本方法应用平行线的方式，即在试样表面放大100倍下线与线平行间距为0.127 mm。将这个距离作为一个单位，在可视屏幕上划出（或粘贴）一组平行线，平行线间的物理距离为12.7 mm，因为试样被放大了100倍。一种评定方法是在显微镜上划出上述图形，使之与显微镜目镜下观察到的图像直接重叠。图7推荐了方法B用的检测格栅。注意平行线做了标记，以帮助检索视场。
13.2.2 首先，用不可擦除的标识器或硬质合金划线器在试样表面划出检测区。把试样置于显微镜载物台上，开始检测被标识区的每个视场。测量并记录每个视场内的所有夹杂物，其长度为1个单位或更长。夹杂物
间距大于1个单位的，应作为两个夹杂物，而不是一个条状夹杂物。夹杂物的长度应四舍五入到低一级的整数单位，而且只能记录整数单位。例如，某夹杂物测量值为2?个单位，则记为“2”。若夹杂物有一部分落在视场之外，而在视场内的部分长度为2个单位，则轻微移动视场，以便测出整个长度。
13.2.3 移动显微镜载物台，观察相邻视场，重复检测程序。注意不要重复测量已测过的视场。继续此过程，直到抛光试样表面均被扫描。典型的扫描线路如图6所示。
13.3 结果表示：
13.3.1 每个试样的检测结果分为如下两部分：
13.3.1.1 首先，记录最长夹杂物的长度，再辅以夹杂物宽度，用T代表细系，H代表粗系。细系夹杂物定义为有一大半长度的夹杂物宽度不大于10mm。同样，粗系夹杂物应该是一大半长度的夹杂物宽度不小于30mm。夹杂物宽度在10~30mm时，不能表示为T或H。符号d（断续的），vd（碎的）和g（聚集的）可用来描述断续或聚集的程度。见图8。
13.3.1.2 除最长的夹杂物外，一个单位及其以上长度的所有夹杂物的平均长度应作为一个数值，并辅以符号说明该数值。
13.3.2 如果需要，可用一组放大100倍的金相照片标注试样背景视场，这些金相照片表明了其他非金属粒子的存在。如果采用这组照片，应按照夹杂物含量增加的顺序，对其分别标以A、B、……等符号。这些特殊的金相照片是由感兴趣的团体共同通过的。
13.3.3 以下为用这种方法对某试样评定结果的表示形式：6d-23-A。它表示夹杂物的最大长度为6个单位，有3个夹杂物的平均长度为2个单位，夹杂物背景视场符合金相照片中的A图。
13.3.4 将所有钢坯的全部试样检测结果制成表。需要的话，夹杂物的主要类型（硫化物、硅酸盐或氧化物）也应记录。
14 方法C（氧化物和硅酸盐法）
14.1 简介——本方法要求在放大100倍的情况下，观察160 mm2的试样抛光区域。检测试样的每个视场是否有不可变形的条状氧化铝及可变形的条状硅酸盐，并与评级图Ⅱ比较。报告每个检测试样中每类夹杂物（“O”为氧化铝，“S”为硅酸盐）的最大长度对应于评级图Ⅱ中的图片编号。注意本方法不适用于硫化物。
14.2 程序：
14.2.1 本方法使用了一个矩形标记，该矩形为0.79 mm′1.05 mm，在试样表面形成一个0.83mm2的视场（见
图9）。
14.2.2 获得上述矩形视场可在两种方法中任选一种。一是将放大100倍的夹杂物显微图像投影到可视屏幕上，该屏幕上有一个79.0 mm′105.0 mm的矩形标识区。另一种是在显微镜上划出上述矩形区域，直接在该区域内观察视场。
14.2.3 首先，用不可擦除的标识器或碳化物划线器在试样表面划出测试区。把试样放在显微镜载物台上，开始检测被标识区的每个视场。矩形长边应平行于轧制方向。将视场与评级图Ⅱ进行比较，记录与视场中条状氧化物或（和）硅酸盐最相符合的评级图Ⅱ中的图号。有一点很重要，即如果夹杂物尺寸落在评级图Ⅱ中两个被编号图之间时，应四舍五入到低一级的图号。而且，当试样表面的条状夹杂物相距40mm以上或平行间距在15mm以上时，条状夹杂物被视作2个不同的夹杂物。
14.2.4 移动载物台，观察相邻视场，重复与评级图Ⅱ的比较程序。继续此过程，直到试样表面抛光区被扫描。典型的扫描线路见图6。允许调整载物台位置，在矩形标识区内观察完整的条状夹杂物，这种操作也是必要的。操作者的目的是在试样中找出最长的氧化物和硅酸盐条。因此，实际操作时，操作者扫描试样，直到看到可能是最长的条时停下。
14.3 结果表示
14.3.1 一般用每类夹杂物的最大长度来评定试样，这种夹杂物通常是一组独立的条状粒子。评级图Ⅱ中硅
酸盐金相照片用于检测可变形氧化物，氧化物金相照片用于所有不可变形氧化物或硬化夹杂物检测。例如，试样被标以0-5（氧化物）和S-4（硅酸盐），表示观察到的不可变形氧化物的最大长度与编号为5的氧化物金相照片一致，可变形氧化物的最大长度与编号为4硅酸盐金相照片一致。
14.3.2 变换表示形式，如加注下角标数字，可用来说明被注释长度的夹杂物数量，或当某特殊夹杂物的长
度超过图片中的最大值时，它的实际长度。
15 方法D（低夹杂物含量法）
15.1 简介——本方法计划用于评定低夹杂物含量的钢，此时钢中夹杂物的级别数以1/2递增。该方法要求在放大100倍的情况下，观察160 mm2的试样抛光区域。每个抛光面上的0.50 mm2正方形区域可以检测A、
B、C、D型夹杂物，并与评级图Ⅰ-r相比较。记录并计算每个视场的比较结果。
15.2 程序：
15.2.1视场定义为一边长为0.71 mm的正方形，见图5。这样试样上有一个0.50 mm2的区域。获得这种正方形区域的方法有两种，可选其一。一种是把放大100倍的显微图像投影到可视屏幕，该屏幕上有一边长为71.0 mm的正方形标识区。另一种方法是在显微镜上划出上述正方形区域，在该区域内直接观察视场（见图5）。
15.2.2 首先，用不可擦除的标识器或碳化物划线器在试样表面划出测试区。把试样置于载物台，开始检测试样的每个视场。将此视场与评级图Ⅰ-r比较，对于每类夹杂物，按细系和粗系记录与之最相符合的级别数。重要的一点是如果夹杂物视场落在两个级别之间，则四舍五入到低一级。因此，如果一个视场中所含夹杂物数量少于或长度低于级别数1/2，则记为0。
15.2.3 移动载物台，观察相邻视场，重复与评级图Ⅰ-r的比较程序。观察每个相邻视场，只有当夹杂物或
其一部分落入正方形标记中时，才可进行分析。不允许为了避免夹杂物与正方形边相交而简单地将夹杂物移入正方形视场。继续此过程，直到完成试样抛光表面的扫描。典型的扫描线路如图6所示。
15.2.4 列于评级图Ⅰ-r顶端的各类夹杂物的化学型仅为方便而已，而不是为了保留夹杂物成分。在这个方法里，夹杂物按几何形态而不是化学成分进行划分。A型（硫化物）和C型（硅酸盐）夹杂物在尺寸和形态上极为相似。因此其鉴别应辅以金相照相技术，如用暗场法（或移向偏光镜）观察有疑义的夹杂物，正确抛光的硫化物为暗的，而硅酸盐为明亮的。第二种方法是看夹杂物的色度：硫化物通常为浅灰的，硅酸盐很暗或有时外表是透明的。这个方法可以用来评定按尺寸和形态划分的非传统的夹杂物类型，就是说硫化物受形状控制处理或被包裹的氧化物所支配。另外，硼化物、碳化物、氮化物及其类似夹杂物也可以用此方法评定。但除了评级图Ⅰ-r中传统的非金属夹杂物以外，其他夹杂物的评定应在结果中清晰地反映出来。
15.2.5 对比方法A，本方法为每个视场评定法。通过逐步移动试样而形成任意视场的方法是不可取的。对于每类夹杂物，按粗系和细系记录与之最为符合的级别数。报告夹杂物级别数大于或等于0.5的每个视场。级别数大于3.0的值见表1。
15.2.6 宽度比评级图Ⅰ-r或表2中粗系数值大的A、B、C型夹杂物需加注意并单独记录。夹杂物的长度也会影响对视场级别数的评定。同样，注意到评级图Ⅰ-r所示的D型粗系夹杂物的尺寸保持在0.013 mm。单独记录比评级图Ⅰ-r中粗系尺寸大的球形氧化物的实际尺寸。在确定视场中D型夹杂物级别数时，也必须考虑这些超大夹杂物。作为参考，有关大球形氧化物的说明见评级图Ⅰ-r中D型夹杂物栏的底部。D型球状氧化物纵横比不超过5：1。
15.2.7 决定夹杂物级别数的最小夹杂物长度（D型夹杂物指数量）打印在评级图Ⅰ-r和表1中。
15.2.8 当B、C型断续条状夹杂物相距40μm以上或平行间距超过15μm时，将其视为2个不同的夹杂物。
15.2.9 划分粗系和细系的夹杂物宽度参数列于表2。夹杂物沿长度方向由细变粗时，夹杂物应归为最能代表其粗细的一类。即夹杂物一大半长度的宽度属于粗系的话，则该夹杂物为粗系。
15.2.10 如果一个视场中出现2个或2个以上同类型（A、B、C）的条状夹杂物，其总长度决定夹杂物级别数。如果不需测量的话，将视场直接与评级图Ⅰ-r比较，即可得到夹杂物级别数。
15.2.11表3列出了评级图Ⅰ-r用的夹杂物宽度范围，放大100倍下可分辨的细类夹杂物的最小宽度为2μm。
15.3 结果表示：
15.3.1 按细系和粗系，记录每个试样中级别数为0.5~3.0的各类夹杂物（A、B、C、D）的视场数。
15.3.2 如果发现某视场或夹杂物的级别数超过了3.0（列于评级图Ⅰ-r和表1），应单独记录。同样，如果宽度或直径大于评级图Ⅰ-r（和表2）所列极限值，这些夹杂物也应单独记录。
15.3.3 要求一个以上试样评定结果的平均值，可按表4计算视场数的平均值，这些视场含有所有钢坯的被检试样中每类夹杂物的评定数和类型。
表4 夹杂物评定举例（方法D）
表4 （续）
15.3.4 如果需要，可以检测夹杂物主要化学型（如扫描电镜上应用能量扩散X射线光谱法）。
16 方法E（SAM评定法）
16.1 简介——本方法用于评定钢中夹杂物含量，它能反映出更大的B型和D型夹杂物的级别数和出现频率。本方法需要在放大100倍的情况下观察160 mm2试样抛光表面。
16.2 程序：
16.2.1 视场定义为一个边长为0.71 mm的正方形，见图5 。这在试样上对应一个0.50 mm2的视场。以下两种方法中可任选一种。一种是将放大100倍的显微图像投影到可视屏幕，该可视屏幕上有一边长为71.0 mm的正方形标识区。另一种是在显微镜上划出上述正方形区域，在该区域内直接观察视场。
16.2.2 首先，用不可擦除的标识器或碳化物划线器在试样表面划出被试区。放试样到载物台上，开始检测抛光面上的每个视场。把视场与评级图Ⅰ-r进行比较。下列判据只能评估B和D型夹杂物。
16.2.3 B型夹杂物的评定可以通过将试样的每个视场与评级图Ⅰ-r或表1相比较得到。记录所有级别数不小于1.5的B型细系夹杂物视场数和级别数不小于1.0的B型粗系夹杂物视场数。宽度和直径参数参见表2。夹杂物宽度介于评级图Ⅰ-r中两个图中间的或表1值中间时，归入低一级别数。夹杂物沿长度方向由细变粗时，夹杂物应归入最能代表其粗细的一类。
16.2.4 当断续的B型夹杂物在试样表面相距40μm以上或平行距离在15μm以上时，将其视为2个不同的夹杂物。如果2个或2个以上的B型夹杂物出现在同一个视场中，其长度总和即为夹杂物的评定数。16.2.5 当A型硫化物与B或D型氧化物形成了复合夹杂物时，如果该复合夹杂物中氧化物为主要的化学型（面积在50%以上），则该复合夹杂物应评定为B或D型夹杂物。
16.2.6 评定D型夹杂物通过记录所有级别数小于0.5的粗系夹杂物的视场来进行。宽度和直径参数见表2。
0.5级别数的视场记为1个单位；1.0级别数的视场记为2个单位；1.5级别数的视场记为3个单位；等等。D型夹杂物最小数打印在图评级Ⅰ-r和列于表1中。
16.2.7 移动载物台，观察相邻视场，重复与评级图Ⅰ-r的比较程序。这个方法要求调整载物台的位置，以便获得最大级别数。就是说，通过载物台来调节视场，使夹杂物处于正方形标记中，以获得B和D型夹杂物的最大级别数。继续此过程，注意不要检测已测过的夹杂物，直到试样抛光面全部被检测。典型的扫描线路见图6。
16.2.8 如果有比评级图Ⅰ-r中视场更长的夹杂物，其值应单独记录。如果宽度和直径比评级图Ⅰ-r和表2中极限值大，也应单独记录，注意超大的B或D型夹杂物也影响视场级别数的确定。因此，1个B型夹杂物的长度或宽度超大，则在视场内的这部分应并入到低一级的细或粗系级别数。同样，如果视场出现超大尺寸的D型夹杂物，也应划入D型粗系进行评定。
16.3 结果表示：
16.3.1 结果由2个反映B型和D型粗系夹杂物的数量来表示。
16.3.2 用某一级别数的B型夹杂物视场数乘以该级别数，求和，（见表5），再除以全部试样总检测面积以便统一，单位为in.2。记录最小的整数作为评定结果。
表5 SAM等级（方法E）
A总检测面积=1.5 in.2
B SAM评定=（3′1.5）+(1′2)+(2′1)+(1′1.5)=10?1.5=7
C SAM评定=（5′1）+（2′2）+（1′3）=12?1.5=8
16.3.3 D型夹杂物的级别数按单位数计，求和（见表5），再除以所有试样的总检测面积以便统一，单位为in.2。最小的整数记为评定值。
16.3.4 所有超大B型和D型夹杂物均需记录其实际长度或（和）宽度。
17 试验报告
17.1 有关试样的原始和检测结果的相关信息应按照每种试验方法中“结果表示”的要求加以说明。
17.2 报告还包括下列内容：
17.2.1 试验日期
17.2.2 操作者姓名
17.2.3 生产厂所在地
17.2.4 加热次数
17.2.5 试样验证码及其他能够表明供货方信息的特殊数据（如钢坯号）。
18 关键词
18.1氧化铝；断口试验；夹杂物等级；JK夹杂物等级；宏观试验；磁粉法；氧化物；ASM等级；硅酸盐；台阶法；条状物；硫化物
钢中夹杂物控制原理 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
钢中夹杂物控制原理钢中氧的存在形式 T[O]=[O]溶+[O]夹 （1）转炉吹炼终点： [O]夹=>0，T[O]→[O]溶＝200～1000ppm [O]溶决定于： l 钢中[C]，转炉吹炼终点钢中[C]与a[O] 关系如图 l 渣中(FeO)； l 钢水温度。 1 顶底复吹转炉炉龄 C–Fe的选择性氧化平衡点 根据式 [C] + [O] = {CO} (1) lg (Pco/ac* [%O])= 1149/T–2.002 以及反应 [Fe] + [O] = （FeO） (2) lg aFeo/[%O] = 6317/T – 2.739 得到反应（FeO）+ [C] = [Fe] + {CO} (3) lg (Pco/ac* aFeo)= –5170/T+4.736 结论钢液中C-Fe的选择性氧化平衡点为[C]＝0.035％，也就是说终点[C] < 0.035％时，钢水的过氧化比较严重。图1-1的统计数据也说明了这点。同时由式(1)可以求出此时熔池中的平衡氧含量为740ppm。 理论分析
1）终点 时钢水的 当终点[C]在0.02～0.04Ⅰ）有些 2）温度对氧含量的影响 200400 600800100012001400 16001800160016201640166016801700172017401760 终点温度（℃）终点氧含量（p p m ）
在终点[C] = 0.025~0.04%时，终点氧含量虽然较分散，但总的趋势是随着终点温度的升高，终点氧基本呈上升趋势。 渣中（FeO+MnO ）增加，终点[O]有增加趋势；
炼钢、铸锭过程中产生非金属夹杂物的原因 摘要：论述钢中非金属夹杂物对钢锭质圣的影响，分析了非金属夹杂物在冶炼和铸锭过程中产生的原因，提出了控制夹杂物产生的几点行之有效的措施。 关键词：非金属夹杂物冶炼浇注电弧炉精炼炉质，控制 非金属夹杂物，一般是指钢锭在冶炼和浇注过程中产生或混人的非金属相，都是一些金属元素（Fe、Mn、Al等）及51与非金属元素（0、S、N、P、C 等）结合而生成的氧化物和硫化物（如Feo、Si02、Mno、A12O3、MnS、MnC）等。非金属夹杂物按来源分为内生夹杂物和外来夹杂物。内生夹杂物是钢内部发生的反应产物或者因为温度降低而形成夹杂析出。外来夹杂物是由炉料带人，耐火材料及炉渣混人的颗粒。内生夹杂物可以以外来夹杂物为核心聚集到后者的颗粒上。外来夹杂物也可能与钢液反应被还原。钢中如果有非金属夹杂物的存在，即使在钢中含量极少（通常是小于万分之一）也会给钢的质量带来极为有害的影响。从2002年1～7月份重点产品的投料统计情况看，锻钢支承辊共生产68支，经探伤发现其中2支因有密集夹杂物缺陷而报废，有4支因有夹杂物等缺陷造成锻造裂纹。电站锻件钢共生产41支，经探伤发现其中4支有严重的条状缺陷，缺陷性质为夹杂物。半钢辊钢共生产27支，其中14支因夹杂物造成不同程度的裂纹。可见夹杂物对钢锭质量造成的经济损失是非常巨大的。 1 冶炼过程中产生非金属夹杂物的原因 造渣材料碱性电弧炉常用的造渣材料采用石灰、萤石。石灰，主要成份为CaO，其含量不应小于85%,SiO2含量不大于2%，硫含量应小于0.15％。石灰易吸收水分而变成粉末，所以，造渣时要使用刚烧好的、烧透的石灰，或对石灰进行预热后再使用，这样能防止石灰给钢液带人过多的水分，否则就会使钢液氢含量增加，影响钢的质量，严重时会使钢报废。萤石，主要成份为CaF2，含量为85％、95%, SiO2含量约为6％。石中若掺杂硫化物矿石，必须将这种萤石排除掉，否则会降低炉渣的脱硫能力，易造成硫化物（MnS）夹杂。 铁合金在冶炼时，如果使用烘烤时间短、烘烤温度低、甚至根本未经烘烤的铁合金材料，势必会增加外来夹杂物和气体带人钢液中的机会。经过烘烤的铁合金上到炉台，在寒冷的冬季，露天摆放的铁合金会很快凉下来，将这些凉的铁合金
实验五 非金属夹杂物的分析与评定 (验证性) 一、实验目的及要求 1．掌握钢中非金属夹杂物的分类与形态特征。 2．掌握使用标准评定钢中非金属夹杂物的级别。 二、实验原理 钢铁中的非金属夹杂物的出现是不可避免。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/T10561-2005《钢中非金属夹杂物显微评定方法》执行。 1、检验钢中的非金属夹杂物的必要性 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检验或者收货单位验收时检验。 2、钢中非金属夹杂物的来源 a）内在的：包括①铁矿石②钢厂在冶炼时，用Si、Al脱氧造成，反应式： 3FeO + 2Al → 3Fe + Al2O3 2FeO + Si → 2Fe + SiO2 b）外来的：浇铸过程卷入的耐火材料、炉渣等。 3、制样要求 a、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。 b、淬火以提高试样的硬度，保留夹杂物的外形。 c、试样表面不浸蚀。 4、非金属夹杂物的分类 a、氧化物：FeO、MnO、Cr2O3、Al2O3； b、硫化物：FeS、Mn S及其共晶体； c、硅酸盐：2FeO·SiO2、2MnO·SiO2； d、氮化物：TiN、VN； e、稀土夹杂物 5、非金属夹杂物的金相鉴别方法
主要是指利用光学显微镜中的明场、暗场和偏振光灯照明条件下夹杂物的光学反映差异，以及在标准试剂中腐蚀后，夹杂物发生化学反应而出现色差及侵蚀程度的不同来区分鉴别。 a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。 b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。 c偏光：检验夹杂物的各向同性和各向异性，色彩、黑十字现象。 金相法鉴定夹杂物的优点是简单直观，易与钢材的质量联系起来；缺点是不能确定夹杂物的成分和晶体结构。 6、非金属夹杂物的特征 具体形貌如图： a）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。在明场下，硫化铁呈淡黄色，硫化锰呈灰蓝色，而两者的共晶体为灰黄色；在暗场下一般不透明但有明显的界限，硫化锰稍呈灰绿色；在正交偏光下都不透明，转动载物台一周，硫化铁有四次明亮、四次消光，呈各向异性，硫化锰及其共晶体都为各向同性。图3-2-20，3-2-21，3-2-23，3-2-27 b）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。在明场下，它们大多呈灰色；在暗场下，FeO不透明，沿边界有薄薄的亮带；MnO透明呈绿宝石色；Cr2O3不透明，有很薄一层绿色；Al2O3透明，呈亮黄色。在偏光下，FeO、MnO呈各向同性，Cr2O3、Al2O3呈各异性。二氧化硅（SiO2）也是常见的氧化物。在明场下呈球形，深灰色；在暗场下无色透明，在偏光下呈各向异性、透明，并称黑十字现象。 图3-1-1，3-1-4，3-1-7，3-1-8，3-1-10，3-1-11，3-1-16，3-1-17，3-1-183-1-19，3-1-20，3-1-36，3-1-34 c）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·pSiO2）以及硅酸铝（3Al2O3·2SiO2）等。在明场下均呈暗灰色，带有环状反光和中心两点；在暗场下，一般均透明，并带有不同的色彩；在偏光下，除多数铁
钢夹杂物危害及应对措施 一、前言 钢铁业是几乎所有重工业的基础与支柱，在国民经济中的重要性不言而喻。钢铁材料是人类社会最主要使用的结构材料，也是产量最大应用最广泛的功能材料，在经济发展中发挥着举足轻重的作用。钢铁材料是人类社会的基础材料，是社会文明的标志。从纪元年代前后，世界主要文明地区陆续进入铁器时代以后，钢铁材料在人类生产、生活、战争中起到了举足轻重的作用。一直到今天，钢铁材料的这种作用不但没有减弱，而是在不断增强。房屋建筑、交通运输、能源生产、机器制造等都是立足于钢铁材料的应用基础之上；钢铁材料是诸多工业领域中的必选材料，既是许多领域不可替代的结构材料，也是产量最大覆盖而极广的功能材料。钢铁工业长期以来是世界各国国民经济的基础产业，在国民经济中具有重要的地位，钢铁工业发展水平如何历来是一个国家综合国力的重要指标。 洁净钢是一个相对概念，一般认为：洁净钢指钢中五大杂质元素(S 、P 、H 、N 、O) 含量较低,且对夹杂物(主要指氧化物和硫化物) 进行严格控制的钢种, 主要包括：钢中总氧含量低，夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀，脆性夹杂物少及其合适的夹杂物形态。钢的纯净化技术是生产高性能、高质量产品的基础，代表钢铁冶金企业的技术装备水平。20 世纪80 年代以来，钢的洁净度不断提高。日本2000年批量生产的洁净钢中，有害元素(P、S、N、O、H) 总量可达0.005 %，中国宝钢可达0.008 %,国内外钢厂生产洁净钢水平见表1 表1 国内外一些钢厂生产的洁净钢水平单位: ×10 - 6
随着现代科技的进步和现代工业的发展对钢的质量要求越来越高，钢中夹杂物（主要是氧化物夹杂）严重影响钢材质量，随着洁净钢和纯净钢概念的提出，更是对钢中夹杂物的控制提出苛刻的要求。钢中夹杂物能降低钢的塑性，韧性和疲劳寿命，使钢的加工性能变坏，对钢材表面光洁度和焊接性能有直接影响。 钢中的夹杂物对于钢材性能影响很大例如钢中夹杂物可导致汽车和电气产品用薄钢板的表面缺陷、DI罐用薄钢板裂纹、管线钢氢致裂纹、轮胎子午线加工过程断线、轴承钢疲劳性能恶化，同时钢中非金属夹杂物对于钢板抗撕裂性能和低温冲击韧性也有不利影响。随着钢铁工业的不断发展，对钢的性能及其化学成分、组织均匀性的要求越来越高。钢铁产品将按着钢液洁净度高、成分控制精度高和产品性能稳定性能高的方向发展，其中洁净度钢的生产是2l世纪钢铁企业面临的重大课题。 二、钢中夹杂物的分类 分类方法很多，但常见的有以下四种： 1．按来源分类，可分为两类： (1)外来夹杂物：耐火材料、熔渣或两者的反应产物混入钢中并残留在钢中的颗粒夹杂称为外来夹杂。包括从炉衬或包衬、或从汤道砖、中包绝热板、保护渣进入钢水中的夹杂物（有人还将钢水二次氧化生成的夹杂物包括在内）。这类夹杂颗粒较大，易于上浮，但在钢中，它们的出现带着偶然性且不规则。 (2)内生夹杂物：在冶炼、浇注和凝固过程中，钢液、固体钢内进行着各种化学反应，对于在冶炼过程中所形成的化合物、脱氧时产生的脱氧产物、或在钢水凝固过程产生的化合物，当这些化合物来不及从钢水中彻底排出而残存在钢中者，叫做内在的非金属夹杂物。内生夹杂物形成的时间可分为四个阶段： ①一次夹杂：钢液脱氧反应时生成的脱氧产物； ②二次夹杂：在出钢和浇注过程中温度下降平衡移动时生成的夹杂物； ③三次夹杂：凝固过程中生成的夹杂； ④四次夹杂：固态相变时因溶解度变化生成的夹杂。 一般说来外来夹杂物颗粒较大，在钢中比较集中，而内生夹杂物则与此相反。从组成来看，内生夹杂物可以是简单组成，也可以是复杂组成；可以是单
钢中夹杂物的类型及控制技术发展 XX （河北联合大学冶金与能源学院，唐山，063009） 摘要：综合论述了钢中非金属夹杂物的按化学成分、形态、粒度、来源的分类以及控制夹杂物含量时所采用的气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙、电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动、过滤器技术、超声处理技术和渣洗技术，并针对钢中夹杂物的控制技术的优、缺点进行了简要的归纳。随着氧化物冶金工艺纯净钢产品的开发,夹杂物去除技术的不断进步,非金属夹杂物的控制技术仍面临着新任务。 关键词：非金属夹杂物；夹杂物类型；控制技术 Types and Progress on Technique for Removel of inclusions in steel XX (College of Metallurgy and Energy Hebei United University, Tangshan 063009) Abstract：The behavior of inclusions in molten steel includes physical processes such as nucleation, growth, polymerization and transmission. The removal of inclusions can be seen as the result of transmission, which involves inclusion growth, floating and separating. The key progress on technique for removal of inclusions in steel is gas stirring-ladle argon blowing, gas shielding weir and dam in tundish, electromagnetic cleaning-ladle electromagnetic stirring, tundish centrifugal separating and mold electromagnetic braking, slag washing, ultrasonic technique ,and filter technique. Key words：non-metallic inclusions Typesof inclusions, Technique for Removel of inclusions 1引言 钢中非金属夹杂物是指钢中不具有金属性质的氧化物、硫化物、硅酸盐或氮化物。它们是钢在冶炼过程中加入脱氧剂而形成的氧化物、硅酸盐和钢在凝固过程中由于某些元素溶解度下降而形成的硫化
钢中夹杂物去除技术的主要进展有：气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙和NK-PERM法；电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动；渣洗技术；过滤器技术。 1.气体搅拌 1）钢包吹氩吹氩搅拌是钢包炉重要的精炼技术手段之一。通过产生氩气泡去除夹杂物，最佳气泡直径为2-15mm。为去除钢中的细小夹杂物颗粒，需要钢液中制造直径更小的气泡。研究发现，在钢包和中间包之间的长水口吹氩，该处湍流强度很高，产生的剪切力将气泡击碎，将大气包分成0.5-1mm的细小气泡。这种方法可以提高去除夹杂物的效率。 2）中间包气幕挡墙通过埋设于中间包底部的透气管或透气梁向钢液中吹入气泡，与流经此处钢液中的夹杂物颗粒相互碰撞聚合吸附，同时也增加了夹杂物的垂直向上运动，从而达到净化钢液目的。该法在德国NMSC公司得到应用， 50-200μm大尺寸夹杂物全部去除，小尺寸夹杂物去除效率提高50%。此外，新日铁对其进行了改进，研制了一种旋转喷嘴，借助耐火材料的旋转叶轮，使气泡变得更小，50μm以下夹杂物颗粒明显得到减少。 3）NK-PERM法该法是日本钢管公司开发的精炼法，采用顶吹喷枪和包底透气砖吹氩和氢至（150-400）×10-6，然后在RH真空循环脱气装置中脱气去夹杂。与传统的钢包吹氩相比，钢中夹杂物平均尺寸明显减少，且直径在10μm以上的夹杂物颗粒全部去除。 2.电磁净化 1）钢包电磁搅拌由瑞典的ASEA与SKF公司开发，电磁搅拌在降低20μm 以下的非金属夹杂物与吹氩搅拌相比具有显著的优越性，此外，电磁搅拌流场基本无死角，另外该法生产的钢总氧含量小于20×10-6。 2）中间包分离技术夹杂物和钢液之间存在密度差，可以用离心场分离夹杂物。日本进行了这方面研究，离心流场中间包分为圆筒形旋转室和矩形室，钢水由钢包长水口进入旋转室，在旋转区受电磁力驱动进行离心流动，然后从旋转区底部出口进入矩形室浇铸。离心搅拌后总氧含量小于15×10-6，夹杂物总量减少约一半。 3）结晶器电磁制动利用向上的电磁力阻止从浸入式水口流出的钢液并改变其方向，借此减小钢液的穿透深度，促使夹杂物上浮分离。近年来，日本川崎公司开发出了全幅三段电磁制动技术，将下段磁场应用于二次制动，采用后，即使在2.5m/min以上的高速浇铸时，也不会有卷渣发生。 3.渣洗
钢中夹杂物浅析 1. 钢中夹杂物的分类 1.1 根据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，各种物理化学变化而形成的夹杂物。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剥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。这类夹杂物一般的特征是外形不规则，尺寸比较大，分布也没有规律，又称为粗夹杂。这类夹杂物通过正确的操作是可以避免的。 1.2 根据夹杂物的形态和分布，标准图谱分为A、B、C、D和DS五大类。 这五大类夹杂物代表最常观察到的夹杂物的类型和形态: （1）A类(硫化物类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(长度/宽度)的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角； （2）B类(氧化铝类)：大多数没有变形，带角的，形态比小(一般<3)，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)； （3）C类(硅酸盐类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(一般>3)的单个呈黑色或深灰色夹杂物，一般端部呈锐角； （4）D类(球状氧化物类)：不变形，带角或圆形的，形态比小(一般<3),黑色或带蓝色的，无规则分布的颗粒； （5）DS 类(单颗粒球状类)：圆形或近似圆形，直径>13μm的单颗粒夹杂物。 2. 钢中夹杂物主要类型及特征 2.1 硫化物
n -D o w n l o a d -B e u t h -L G A T r a i n i n g & C o n s u l t i n g G m b H P a t e n t e u n d N o r m e n -K d N r .6937382-L f N r .3263428001-2006-07-07 11:40
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钢中的非金属夹杂物分类方法如何？来源何处 2009-05-21 11:17 评论（0）浏览（289）一）分类方法很多，但常见的有以下四种： 1．按来源分类，可分为两类： (1)内在的：包括在冶炼过程中所形成的化合物、脱氧时产生的脱氧产物、或在钢水凝固过程产生的化合物，当这些化合物来不及从钢水中彻底排出，而残存在钢中者，叫做内在的非金属夹杂物。 (2)外来的：包括从炉衬或包衬、或从汤道砖、中包绝热板、保护渣迸人钢水中的夹杂物（有人还将钢水二次氧化生成的夹杂物包括在内）。 一般说来外来夹杂物颗粒较人，在钢中比较集中，而内在夹杂物则一与此相反。 2．按化学成分分类，一般分三类。 (1)氧化物：如FeO, Si02 , Al2O3等，有时它们各自独立存在，有时形成尖晶石(如MnO.Al203）或固溶体 (如FeO 和MnO)。 (2)硫化物：如FeS、MnS及(Fe. Mn) S的固溶体。当加Al过多时可能以A12S3出现。 (3)氮化物：如TiN, ZrN 等 3．按夹杂物的变形性能分类，当钢进行热加工时，例如：轧制时，夹杂物此时是否也变形，它对钢的性能有明显的影响。为此，把夹杂物分为三类：(1)脆性：这类夹杂物完全没有塑性，在热加工时，尺寸和形状都没有变化，属于这一类的主要是A1203、Cr203等，‘它们属于高熔点
的夹杂物。 (2)塑性：钢在加工变形时，夹杂物也能随之变形，形成条状，属于这类的有硫化物以及含 SiO240--60％的铁、锰硅酸盐。 (3)球状（或点状）不变形：属于这类的有Si02 及SiO2 >70％的硅酸盐。 4．按尺寸大小分类，可分三类：(1)大型：尺寸> 100微米。 (2）中型：也叫显微型，尺寸1-100微米。(3)小型：也叫超显微型，尺寸＜100微米。 （二）钢中非金属夹杂物主要来源于： 1．钢中杂质氧化的产物、脱氧产物和钢在浇注与凝固过程中的反应产物、因溶解度下降的析出物； 2．原材料带人的杂质； 3．混人的炉渣或炉衬与浇注设备的耐火材料等。 来源：中国钢铁新闻网
ASTM E45-2013 钢中夹杂物含量评定的标准试验方法 Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of Steel ①本标准的固定编号为E45；其后面的数字表示最初釆用或最后修订的年份。括号里的数字表示此标准 的最后重新批准时间。上标希腊字母（ε）表示最后一次修订或复审后的编辑修改。 本标准已经美国国防部认可采用。 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。宏观试验法包括低倍腐蚀、断口、台阶和磁粉法。显微试验法通常包括5 种检测。依据夹杂物形状而不以化学特点，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的一种或多种。根据这些方法在钢中的应用情况，将分别给予介绍。 1.2 本标准介绍了依据显微试验方法A 和方法D，使用JK 评级图评定夹杂物的程序。 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，这些方法都应不能作为合格与否的判据。
1.5 该标准以国际单位制规定的单位为标准单位，圆括号里的内容为转化的近似值。 1.6 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. 引用文件 2.1 ASTM 标准： ② E3 制备金相试样指南 E7 金相显微检测相关术语 ①本试验方法由ASTM 的E04《金相》委员会管辖，并由E04.09《夹杂物》分委员会直接负责。 现版本于2013 年5 月1 日批准，2013 年5 月出版。原版本在1942 年批准。前一个最新版是2011 年批准 的E45-11a。DOI: 10.1520/E0045-13。 ②对于ASTM 的参考标准，可登陆ASTM 网站，https://www.doczj.com/doc/964148803.html, 或联系service@https://www.doczj.com/doc/964148803.html, 的ASTM 客户服务 部。ASTM 标准年报资料，参见ASTM 网站的本标准的文件概要页。 ASTM E45-2013 钢中夹杂物含量评定的标准试验方法 2 E381 钢棒，钢坯，钢锭和锻件的宏观试验法 E709 磁粉检测指南 E768 自动测定钢中夹杂物的试样的制备和评定操作规程 E1245 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 E1444 磁粉探伤法的操作规程 E1951 十字线和光学显微镜放大倍率的校准指南
钢中非金属夹杂物的分类 (一) 夹杂物的来源 钢中非金属夹杂物按其形成原因可分为两类：即内生夹杂物和外来夹杂物。 内生夹杂物的来源主要有以下几个方面： (1) 脱氧剂及合金添加剂和钢中元素化学反应的产物，在钢液凝固前未浮出而残留在钢中。 (2) 出钢、浇注过程中钢水与大气接触，钢水中易氧化、氮化元素的二次氧化、氮化产物。 (3) 出钢至铸锭过程中，随钢水温度的下降，造成氧、硫、氮等元素及化合物溶解度的降低，因而产生或析出各种夹杂物。 一般的讲，内生夹杂物较为细小，合适的工艺措施可减少其含量，控制其大小和分布，但不可能完全消除。 外来夹杂物的主要来源有二个途径： (1) 冶炼、出钢及浇注过程中，钢水、炉渣及耐火材料相互作用而被卷入的耐火材料或炉渣等。 (2) 与原材料同时进入炉中的非金属夹杂物。 这类夹杂物一般较粗大，只要工艺、操作适当是可以减少和避免的。钢中常规检验遇到的夹杂物多数是内生夹杂物。 (二) 夹杂物的分类 1.按夹杂物的化学组成分类 通常根据夹杂物的化学组成可分为简单氧化物(如Al2O3，SiO2)；复杂氧化物(如FeO?Al2O3，CaO?Al2O3)；硅酸盐及硅酸盐玻璃(如2FeO?SiO2)；硫化物(如MnS，FeS)；氮化物(如TiN)；复杂夹杂如硫氧化物(Ce2O2S)，氟氧化物(LaOF)，氮碳化物(TiCN)，硫碳化物(Ti4C2S2)等。 钢中实际存在的夹杂物与钢的成分、冶炼过程、脱氧方法等因素有关。 2. 按夹杂物的塑性及分布分类 在生产检验中又根据夹杂物的塑性及分布特性分为脆性夹杂物、塑性夹杂物、点状不变形夹杂物。
(1) 塑性夹杂物热变形时具有良好的范性，沿变形方向延伸成条带状。属于这类的夹杂物有硫化物及含SiO2量较低的铁锰硅酸盐等。 (2) 脆性夹杂物热加工时形状和尺寸都不变化，但可沿加工方向成串或点链状排列。属于这类的夹杂物有Al2O3，Cr2O3等。 (3) 点状(或球状)不变形夹杂物铸态呈球状，热加工后形状保持不变，如SiO2及SiO2含量较高的硅酸盐等。 (4)半塑性夹杂物指各种复相的铝硅酸盐夹杂。基底铝硅酸盐有范性，热加工时延伸变形，但其中包含着的析出相如Al2O3等是脆性的，加工时保持原状或只是拉开距离。 除此之外，夹杂物还可根据化学稳定性的不同，分为易溶于稀酸，甚至在水中就能分解的不稳定夹杂物和在热的浓酸中才能溶解的稳定夹杂物。或按照钢的类型和成分分类等。
钢中常见的元素、夹杂物对钢性能的作用及影响 常见元素主要有C、Si、Mn、P、S、N、H、O及其他非金属夹杂物。 碳（C）： 是对钢的性能影响最大的基本元素。不同的碳含量依据钢中杂质元素含量和轧后冷却条件的不同对于钢的性能影响是不同的，随着钢中碳含量的增加，碳钢在热轧状态下的硬度直线上升，塑性和韧性降低。在亚共析范围内，碳对抗拉强度的影响是，随着碳含量增加，抗拉强度不断提高，超过共析范围后，抗拉强度随碳含量的增加减缓，最后发展到随碳含量的增加抗拉强度降低。另外，含碳量增加时碳钢的耐蚀性降低，同时碳也使碳钢的焊接性能和冷加工（冲压、垃拔）性能变坏。 硅（Si）： 硅在碳钢的含量≤0.50％。硅也是钢中的有益元素。在沸腾钢中，含硅量很低，硅是作为脱氧元素加入到钢中。在镇静钢中硅的含量一般为0.12～0.37％。硅增大了钢液的流动性，除了形成非金属夹杂外，硅溶于铁素体中。随着硅含量的提高，钢的抗拉强度提高，屈服点提高，伸长率下降，钢的面缩率和冲击韧性显著降低。 锰（Mn）： 在碳钢中，锰是有益元素。锰是作为脱氧除硫的元素加入到钢中的。对于镇静钢来说，锰可以提高硅和铝的脱氧效果，可以同硫形成硫化锰，相当程度上降低硫在钢中的危害。锰对碳钢的力学性能有良好的影响，它能提高钢热轧后的硬度和强度，原因是锰溶入铁素体中引起固溶强化。因此，精炼过程中要按照技术要求严格稳定控制各炉次的锰含量。 磷（P）： 一般来说，磷是钢中的有害元素。它来源于矿石和生铁等炼钢原料。磷能提高钢的强度，但使塑性和韧性降低，特别是使钢的脆性转折温度急剧上升，即提高钢的冷脆性（低温变脆）。由于磷的有害影响，同时考虑到磷有较大的偏析，因而对其含量要严格的控制。但是在含碳量比较低的钢种中，磷的冷脆危害比较小。在这种情况下，可以用磷来提高钢的强度，如鞍钢生产的高强度IF钢就需要加入磷。另外，在适当的情况下，还利用磷的其他一些有益作用，如增加钢的抗大气腐蚀能力，如集装箱用钢；提高磁性，如电工硅钢；改善钢材的易切削加工性，减少热轧薄板的粘结等。 硫（S）: 一般来说，硫是有害元素，他主要来自于炼铁、炼钢时加入的原材料和燃烧产物，二氧化硫。硫最大的为危害是引起钢在热加工时开裂，即产生所谓的热脆。硫能提高钢材的切削加工性，这是硫的有益作用。 氮（N）： 钢中的氮来自炉料，同时，在冶炼、浇铸时钢液也会从炉气和大气中吸收氮。氮引起碳钢的淬火时效和形变时效，从而对碳钢的性能发生显著的影响。由于氮的时效作用，钢的硬度、强度固然提高，但是塑性和韧性降低，特别是在形变时效的情况下，塑性和韧性的降低比较显著。因此，对于普通低合金钢来说，时效现象是有害的，因而氮是有害元素。但对于一些细晶粒钢以及含钒、铌钢，由于氮化物的强化细化晶粒作用，氮成为有益元素。另外，作为合金元素，氮在不锈耐酸钢中得到应用，此外，氮化处理方法能使机器零件获得极好的综合力学性能，从而使零件的使用寿命延长。 氢（H）：
《利用扫描电镜对钢中夹杂物进行评定和 分类的方法》编制说明 （送审稿） 一、任务来源 随着我国钢铁行业的发展，夹杂物的检测分析日益受到技术人员的重视，目前利用光学显微镜对夹杂物进行评定和分类已不能满足高性能钢铁产品质量控制的要求，对于尺寸较小（如2μm以下）的夹杂物，光学显微镜难以辨认，且光学显微镜不能给出夹杂物的化学组成信息，然而利用扫描电镜则可对钢中夹杂物进行形态、尺寸和成分的完整分析，为此有必要引进国外利用扫描电镜对钢中夹杂物进行评定和分类的先进标准，以满足国内钢铁产品夹杂物检测的发展要求。 目前国外标准有ASTM E45《钢中夹杂物含量的测定方法》和ASTM E1122《利用图像分析仪进行夹杂物评级的方法》，国内标准有GB/T 18876.2-2006《应用自动图像分析测定钢和其他金属中金相组织、夹杂物含量和级别的标准试验方法—第2部分：钢中夹杂物级别的图像分析与体视学测定》，这些标准提供了夹杂物的金相评定方法，而ASTM E2142-2008《利用扫描电镜对钢中夹杂物进行评定和分类的方法》提供了夹杂物的扫描电镜评定方法，涵盖了夹杂物的化学组成信息，可得到更准确的夹杂物分类评级结果。 根据全国钢标准化技术委员会钢标委“2011年第二批国家标准制定计划项目”321号的要求，由首钢技术研究院、冶金工业信息标准研究院共同承担《利用扫描电镜对钢中夹杂物进行评定和分类的方法》国家标准制定工作，项目编号为：GB 20111039-T-605，并要求于2012年完成。
以首钢技术研究院、冶金工业信息标准研究院为主要起草单位的《利用扫描电镜对钢中夹杂物进行评定和分类的方法》项目组，根据近年来国内钢铁产品夹杂物检测分析的实际情况、用户反馈意见以及会议讨论意见，形成了标准的送审讨论稿。 二、标准主要制定内容 1、修改采用国际ASTM标准E2142–2008 ―Standard Test Methods for Rating and Classifying Inclusions in Steel Using the Scanning Electron Microscope‖。 主要技术内容：介绍了利用扫描电镜（SEM）对钢中夹杂物进行尺寸分布、化学分类及评级的程序。描述了2种方法，方法1主要依据化学组成、形态及宽度对夹杂物进行自动分类和评级。方法2对夹杂物进行个性化的自定义分析，如体积分数、数量分数等。 2、根据我国工业的特殊需要，本标准在采用E2142–2008时进行了如下修改： a）在第1章―范围‖内修改1.2条，为突出扫描电镜的化学分类优势，删掉原方法1，只采用原方法2和方法3，并在新标准中重命名为方法1和方法2； 并增加了适用范围，方法1是扫描电镜分类法，依据化学组成、形态和宽 度分类评级，适用于压缩比大于或等于3的轧制或锻制钢材中的2μm以 上非金属夹杂物的显微评定。方法2用来确定某类夹杂物的具体细节，如 体积分数、数量分数等体视学参数，适用于各种铸坯或钢材中所有尺寸 （包括2μm以下）夹杂物的统计分类。删除了文中的相关章节，如原文 第12章。 b）引用文件用相应的国家标准代替：E1122用GB/T 18876.2-2006代替，E1245用GB/T 18876.1-2002代替，E45用GB/T10561-2005代替，E768用
冶金熔体 题目：钢液夹杂物的行为及去除 姓名： 王接喜 学号： 103511050 序号： 20 学院： 冶金科学与工程学院 专业： 有色金属冶金 完成时间： 2010- 12- 29 Central South University
钢液夹杂物的行为及去除 王接喜 （中南大学冶金科学与工程学院，长沙，410083） 摘要：钢液中夹杂物的行为涉及的内容很广，其基本的物理过程大致包括：形核、生长、聚合、传递等，夹杂物去除可以视为传递过程的结果。钢中夹杂物去除的主要环节为夹杂物的长大、上浮和分离。钢中夹杂物去除技术有：气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙和RH-NK-RERM法；电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动；渣洗技术；过滤器技术。 关键词：钢液；夹杂物；生长；去除；中间包；电磁场 Behavior and removal of inclusions in molten steel WANG Jiexi, ZHOU Yongmao (School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha, China 410083) Abstract：The behavior of inclusions in molten steel includes physical processes such as nucleation, growth, polymerization and transmission. The removal of inclusions can be seen as the result of transmission, which involves inclusion growth, floating and separating. The key progress on technique for removal of inclusions in steel is gas stirring-ladle argon blowing, gas shielding weir and dam in tundish, RH-NK-RERM method, electromagnetic cleaning-ladle electromagnetic stirring, tundish centrifugal separating and mold electromagnetic braking, slag washing and filter technique. Key words：molten steel, inclusions, growth, removal, tundish, electromagnetic field 引言 钢中非金属夹杂物事氧化物、硫化物、氮化物、硅酸盐等以及由它们组成的各种复杂化合物的统称[1]。根据国家标准，金属夹杂物分为五类，分别为以硫化物为主的A类、以氧化铝为主的B类、以硅酸盐为主的C类、以球形氧化物为主的D类和以单颗粒球为主的Ds类。 夹杂物的主要来源为内生夹杂和外来夹杂。内生夹杂包括四个方面：脱氧时的脱氧产物；钢液温度下降时S、O、N等杂质元素溶解度下降而以非金属夹杂形式出现的生成物；凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；固态钢镶边溶解度变化生成的产物[2]。 钢的内在质量与钢液的纯净度有很大的关系。钢液中的非金属夹杂物可导致产品性能的恶化、内在品质的下降，同时非金属夹杂物有助于气孔的形成，降低铸件的致密度[3]；夹杂物的存在破坏了基体的连续性，造成金属组织的不均匀，使金属的力学性能变差，对材料的加工(拉拔和深冲)性能、疲劳性能、表面质量和耐腐蚀性能等产生不利影响[4-5]；另外还使钢的冷热加工性能变坏。夹杂物还容易在壁面沉积，造成结晶器水口、RH上升和下降管堵塞，不仅降低冶金容器的寿命，而且直接危及生产的连续性和稳定性[6]。 由于非金属夹杂对钢的性能影响严重，因此在炼钢、精炼和连铸过程中，应最大限度地降低钢液中夹杂物的含量，控制其形状和尺寸。减少钢中夹杂物，提高钢的洁净度可以显著改善钢材的延展性、韧性、抗腐蚀性等。
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+ Al2O3 2FeO+ Si SiO2+2Fe nFeO+mSiO2 nFeO·mSiO2 nAl2O3+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。 二.显微夹杂物的分类 钢中非金属夹杂物的种类很多，应将性质相似、形态相似对钢的性能影响作用相似的各种夹杂物划分类别。从检验方便考虑，分类方法力求简单、明了、科学。 非金属夹杂物除按来源可分为内在夹杂物如外来夹杂物外，尚可按化学成分分类，分为氧化物、硫化物和氮化物等，而氧化物又可分为简单氧化物，复杂氧化物和硅酸盐（见下图）
钢中非金属夹杂物特征 钢中氧和硫分别以氧化物和硫化物夹杂形式存在，很早以前就发现，钢的洁净度取决于上述氧化物和硫化物夹杂，这些夹杂物的尺寸、形状、物理性质、出现频率对钢的质量有很大的影响。 钢中常见的内在夹杂物有脆性夹杂物（氧化物及脆性硅酸盐）塑性夹杂物（硫化物及塑性硅酸盐）、点状不变形夹杂物和氮化物等。 一、氧化物： １．氧化铝夹杂物：Al2O3（脆性） 这种夹杂物热加工后不变形、而是沿加工方向分布成短线状颗粒带，在明场下呈灰色。过多的Al2O3会使钢的疲劳强度和其他力学性能下降。 ２．SiO2夹杂物 除了氧化铝夹杂物外，在钢中还有硅脱氧产物SiO2，也称石英。 二、硫化物：FeS、MnS（塑性） 这类属于塑性夹杂物，具有很高的塑性，热加工后沿加工方向延伸成条状分布，在明场下呈灰色。 三、氮化物： 在含钛、锆、钒的合金中，钛、锆和钒容易和氮结合成稳定的氮化物夹杂，氮化物热加工中不变形，多呈方形、长方形，在明场下有淡黄和金黄色彩。四、点状不变形夹杂物： 铬轴承钢中的点状不变形夹杂物主要由镁尖晶石和含钙的铝酸盐所构成，此外还有含铝、钙、锰的硅酸盐，点状不变形夹杂物加工后仍不变形，仍保持较规则的图形。 五、硅酸盐： 硅酸盐是金属氧化和硅酸根的化合物，是钢中常见的夹杂物，在使用硅锰、硅铁合金脱氧时，形成可变形的硅酸盐，最常见的硅酸盐是硅酸亚铁和硅酸亚锰。 钢中常见的硅酸盐有硅酸亚铁（２FeO.SiO2）、硅酸亚锰（２MnO.SiO2），硅酸盐分脆性硅酸盐和塑性硅酸盐。脆性硅酸盐热加工后沿加工方向成为短线状颗粒带，类似氧化物，塑性硅酸盐热加工后沿加工方向延伸成条状。但硅酸盐一
GB10561-89“钢中非金属夹杂物显微评定方法”标准的执行与理解 钟传珍潘淑红 （大连钢厂中心试脸室116031） 非金属夹杂物是钢中不可避免的夹杂，它的存在使金属基体的连续性受到破坏，非金属夹杂物在钢中的形态、含量和分布都不同程度地影响了钢的各种性能，诸如常规力学性能、疲劳性能、加工性能等。因此，正确测定与评价钢中非金属夹杂物是提高钢材质量不可忽视的环节。 测量非金属夹杂物的方法虽已标准化，但长期以来我国-直没有相应的国家标准。1989年由于新标准GB/T10561-1989取代YB25-77而使非金属夹杂物的评定更趋详细和全面。为了更好地执行和掌握新标准的评级原则，保证新旧标准的衔接，在实际检验工作中，我们针对具体试样加深对新标准的学习与理解，现将GB/T10561-1989所需检验的氧化物、硫化物、硅酸盐及点状不变形夹杂物的有关问题分述如下。 1 钢中非金属夹杂物的分类 钢中非金属夹杂物种类很多，按其来源和大小大体分为两大类： 1）显微夹杂物或称内在夹杂物，这类夹杂物是钢在冶炼或凝固过程中，由-系列物理和化学反应所生成。例如，在冶炼的过程中，由于脱氧剂的加入，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于钢液中，即为内在夹杂物。 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注过程中，由于耐火材料的混入造成的，其特点是大而无固定形状。其次，非金属夹杂物还可按化学成分分类，分为氧化物、硫化物和氮化物，而氧化物又可分为简单氧化物，复杂氧化物和硅酸盐详见图1。 图1 2 非金属夹杂物的测定 2.1 A类夹杂物和C类夹杂物 标准YB25-77其检验项目只有脆性夹杂物和塑性夹杂物之分，对检验中出现的硅酸盐夹杂物按塑性变形能力和形态确定其归属。新标准GB10561-89则不仅有硫化物（A类夹杂物）评级图片，而且明确制定了塑性硅酸盐，C类夹杂物（粗系和细系）的评级图片。硫化物和硅酸盐有其相似的地方，往往容易混淆。A类夹杂物（硫化物）具有良好塑性，在加工方向被拉长，在明场中反光能力较强，