夹杂物的研究方法
发表日期：2008-1-26阅读次数：520
归纳夹杂物鉴定技术，可分为两类。第一类是在位鉴定检查。在位鉴定检查是在夹杂物和钢的基体不分离的情况下进行检查，它可分为宏观在位检查和微观在位检查。宏观在位检查有：低倍酸浸、硫印、X光透射、超声波检查等。这些方法可以确定夹杂物（或缺陷）在钢材或工件中的位置、尺寸和分布。根据这些检查的结果可以评价工艺因素对钢清洁度的影响，可以发现肉眼难于发现的夹杂物缺陷，避免继续加工或投入使用，造成不应有的损害和损失。但是宏观在位检查往往不能确定夹杂物的类型和组成。微观在位检查弥补了这方面的不足。微观在位检查是用显微镜鉴定钢中的缺陷或夹杂物。显微镜鉴定法已有很长的历史，用显微镜可检查夹杂物的光学特征，如透明度、色泽、偏光效应、耐磨性和耐侵蚀性等。人们根据这些特征来推断夹杂物的类型和组成。但是，由于它不是直接分析，即使是有经验的内行也难免有时误判。近些年来随着X光显微镜分析技术的发展，使微观在位分析产生了飞跃。只要镜下观察到的夹杂物，就比较容易确定其元素组成，根据元素组成又可推断夹杂物的矿物结构。
另一类鉴定方法是移位检查鉴定。在位检查鉴定有很多优点，生产上应用很广，但在位鉴定不能确定夹杂物的平均组成。夹杂物的移位鉴定弥补了这方面的不足。常用的移位分析法有酸法、卤素法、电解法等，其中尤其是以电解法最为安全方便，便于分析夹杂物类型、粒度和组成。移位鉴定分析可以避免基体对分析的干扰；但处理不当时，会损害夹杂物形貌。下面就夹杂物的检测方法作一介绍：
1.金相观察
金相显微镜是研究钢中非金属夹杂物的重要工具，是发展历史最长，应用最广的一种检测方法。在20世纪50、60年代已经发表过专著[x1][16]。近几十年来，虽然现代物理冶金的研究工具有了飞跃的发展，但由于金相显微镜具有操作简便、造价低廉、功能多等特点，它不仅能够鉴别夹杂物的类型、形状、大小和分布，并可研究夹杂物与材料性能之间的定量关系，所以传统的金相技术至今仍被广泛应用。
金相鉴别方法具有以下优点：
1）观察者可直接通过金相显微镜观察试样抛光表面上夹杂物的形状、大小及分布，不需要对夹杂物进行电解分离，从而避免了非金属夹杂物遭受化学试剂或电流的影响以及外来杂质的干扰；
2）金相显微镜造价低廉，操作简便，试验周期短，适合于生产中对产品和材料质量检验的需要；
3）通过直接观察夹杂物的形状、大小及分布，研究钢中非金属夹杂物与钢基体之间的变形行为和断裂关系，为评价夹杂物对金属材料性能的影响提供参考依据；
4）随着体视学与定量金相技术的发展，材料研究进入了三维组织形貌与材料使用性能建立内在联系的阶段。利用图像自动分析仪，可迅速而准确地测定钢中非金属夹杂物的含量、粒度、质点间距和体积百分数，为合理地利用材料和科学地评定产品质量提供了可靠的原始分析数据；
5）金相显微镜具有功能多的特点，目前大型金相显微镜都带有明视场、暗视场、偏振光、相对、干涉相衬和显微硬度等附件。利用这些特殊装置可测定非金属夹杂物的光学性质、力学性质和本来色彩等特征；
6）在金相鉴别的基础上，可为电子探针成分测定和电子衍射结构分析提供最小的分析范围。
金相鉴别方法的不足在于：
1）单独使用金相分析方法不能直接确定非金属夹杂物的化学成分及某些物理性质；
2）由于非金属夹杂物在钢中的存在比较复杂，它的类型、组成、结构、形态和尺寸大小等常常随着钢的成分、冶炼条件、冷却速度和其它处理条件的改变而变化，如果不和其它分析方法（如电子探针、扫描电镜等）结合起来进行综合试验，单独采用金相方法不能全面地鉴定和研究未知的夹杂物；
3）采用金相方法虽然可以确定金属材料中非金属夹杂物的分布、数量、形状和大小，但往往受到金相磨面的限制。
2.扫描电镜
扫描电子显微镜（SEM）是材料学领域中应用最为广泛的一种电子显微镜。SEM广泛使用是因为它既具有光学显微镜制样简易性，又具有昂贵、复杂的透射电镜的众多功能和适用性。SEM是20世纪30年代在德国由Knoll和Von Ardenne首创的。在20世纪40年代，美国RCA 研究所实验室的Zworykin，Hillier和Snyder对它的进展起了重要作用，但是，他们的成功最终受到当时真空条件的限制。现代的SEM是Oatley和他的学生从1948年到1965年期间在剑桥大学的研究成果。
SEM是近几十年来才趋于完善的一种电子光学仪器，它利用入射电子束与试样作用产生的各种信号，可对试样进行形貌观察、成分分析等多方面工作。SEM具有分辨本领高、放大倍率变化范围宽（放大率可从十几倍连续放大到几十万倍）、成像焦深长、立体感强等特点，可对凸凹不平的断口表面的宏观和微观形貌特征进行观察和分析。SEM还备有X射线谱仪，可对断口表面进行成分分析。
3.电子探针X射线显微分析
电子探针X射线显微分析简称电子探针。它的结构与扫描电镜相似，新型的电子探针是一种综合性的测试分析仪器，能同时获得微区成分、微观形貌、晶体结构等信息，是研究冶金缺陷的先进工具之一。由于电子探针具有分析区域小、分析元素范围广、分析灵敏度高、分析速度快且不损耗试样等特点，它在冶金学、地质和矿物学、材料科学等领域得到了广泛的应用。在分析钢中非金属夹杂物的成分时，将电子探针与金相鉴别方法紧密的结合起来，直接测量与金相观察相对应的夹杂物成分，对识别钢中非金属夹杂物的属类和进一步追溯夹杂物的来源是很有价值的。
4.大样电解法[x3]
电解法是从钢中提取夹杂物的重要方法。用电解法分离钢中的夹杂物是Fitterer于[x4]1931年提出的，当时电解法用于分离碳钢中的一些稳定氧化物。七十多年来，电解法的研究不断深入，现在对各种合金钢和纯铁中的各种夹杂物，包括化学性质很不稳定的一些硫化物，都能应用电解法分离。所以电解法是目前应用最广泛的分离夹杂物方法。
大样电解是由德国人开发的，随着连铸的发展，日本各大钢铁公司相继使用了这种方法。北京科技大学冶金系炼钢实验室参照有关资料，自1981年开始筹建设备，1982年运转，1985
年正式通过冶金部鉴定。马鞍山钢研所在大样电解方面也做了些工作。大样电解法在我国日益受到人们的重视。大样电解具有以下特点：
1）试样大，电解时间长。大样电解为了捕获更多的夹杂，试样尺寸为φ60×150mm2，样重3～5公斤，电解时间约20天左右；
2）大样电解法利用碳化物粒径比较细小的特点，用淘洗法（或水簸法）把碳化物淘洗掉，将大颗粒夹杂和铁氧化物留在槽底，最后用磁选还原，把夹杂物分离出来；
3）可按夹杂物的粒径进行分级；
4）大样电解法的不足是不能完全保留云雾状的αAl2O3团。
用大样电解检查连铸过程中不同工艺阶段钢中夹杂物的变化，对改进连铸工艺，提高连铸坯质量有重要作用。
5.硫印
硫印检验法是宏观印痕检验的主要方法。它可以直接显示硫化物在钢中的偏析和分布。它是利用硫酸溶液与钢中的硫化物发生反应放出硫化氢，再与印相纸上的银盐反应成棕色的硫化银沉淀物，以检验钢中的硫并间接检验其它元素的偏析情况。硫印法是随着连铸的发展而出现的，在评定钢的清洁度时，克服了金相法、全氧法和电解法试样较小的不足，检验所覆盖的面积大，具有较强的代表性。20世纪80年代日本等高连铸比的国家相继开始用硫印法评定连铸坯的清洁度[x5]。
但是，随着纯净钢冶炼技术的不断发展，钢中硫含量不断降低，硫印检验结果受到了一定的影响和限制。
6.树枝晶显示[x6]
用显示连铸坯的树枝晶和观察测量其次级组织（一次枝干间距、二次枝干间距）来研究钢液凝固中的问题，是20世纪60年代后期发展起来的检测方法。以往研究钢液凝同的方法，如为人们所熟知的翻倒法、测温法、示踪法等都是很繁杂的，很难在现场反复地进行。显示树枝晶，测量其二次枝干间距来定量地研究铸坯凝固的方法，是研究钢锭和连铸坯生产中质量问题的一种简便可靠的方法。
1950年B. H. Alexander和F.N. Rhines试图定量地表观树枝晶组织[x7]，以后人们通过广泛的实验发现一次枝干、二次枝干间距与溶质浓度、成长速度等有一定的关系。显示树枝晶一般采用电解腐蚀或化学腐蚀。碳素钢和低合金钢一般采用化学腐蚀，即采用显示磷偏析的Stecd试剂（含有铜盐的酸性腐蚀剂）。使用Steod试剂对钢的磨光表面进行腐蚀，可以清晰地显示出树枝晶的主干和次级组织。在酸性溶液中，铜离子被铁所置换，铁被溶解，铜则沉积下来。由于首先结晶的树枝晶枝干相对纯净，铜就优先在那里沉积。因此，腐蚀后的试样经过轻度抛光后，凹陷的枝干上因嵌有铜而发亮，轴间部位则发暗[x8][24]。这样就可以获得清晰的树枝晶图像。
采用显示树枝晶的方法腐蚀出树枝晶以及它的次级组织，定量测定树枝晶二次枝干间距，从而研究钢液凝固中的问题，是热酸浸和硫印显示低倍组织等方法难以实现的。根据枝晶显示所显示的枝晶形态，能够测得其二次枝晶间距，进而可推算出局部凝固时间和冷却速度，同时还可测得柱状晶生长的偏角，据此可以了解液相穴内钢液流动状态。这些对于研究铸坯中夹杂物分布以及凝固组织和铸坯质量的关系是非常有用的。
二次枝干间距可以在显微镜低倍放大（5～20倍）下直接测量，也可以按一定放大倍数拍成照片后间接测量。一般连续测量3～4个枝，然后取平均值，以得到较为准确的结果。在本研究中，根据枝晶显示得到的高分辨率图像，使用图像处理软件“Photoshop”和工具软件“万能标尺”测量二次晶间距。
7.光谱分析[x9]
光谱分析包括发射光谱分析、原子吸收光谱分析和X射线荧光光谱分析等几种。目前炉前
分析的主要方法为X射线荧光光谱分析。X射线荧光光谱分析是随着仪器工业的发展而出现的一种分析方法，其基本原理是：当物质受到强烈的X射线辐射时，物质中各组分的原子吸收一部分入射X射线的光量子，使原子发生阶跃。不同的阶跃过程所释放的能量亦不同，所得到的X射线荧光也有波长不同的谱线。只要测定每一条谱线的波长并考虑仪器的分辨率，就可定性分析试样中存在哪些元素。将测试样与标准试样的工作曲线进行比较即可定量分析元素的含量。X射线荧光光谱分析的优点是：操作方便、准确度高，分析速度快，既可作常量分析，又可测定纯物质中某些杂质元素。
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；
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
第28卷第1期 2010年1月 物理测试 Phy sics Ex aminatio n and T est ing V ol.28,No.1 Jan.2010 钢中夹杂物的透射电镜研究 张金民1, 王建顺2 (1.中国船舶重工集团公司第七二五研究所,河南洛阳471039;2.中油管道物资装备总公司,河北廊坊065000)摘 要:利用透射电镜研究了某钢中夹杂物的堆垛层错,电子衍射分析表明,夹杂物内存在15R 型长周期结构。利用双倾操作得到沿密排点列的特征衍射花样,分析夹杂物为面心立方结构,点阵常数为0.788nm 。观察了这种材料的(1-11- )系统衍射的一维晶格相及[011]晶带轴的高分辨像。关键词:钢;夹杂物;堆垛层错;长周期结构 中图分类号:T G 42,T G 115.21+5.3 文献标志码:A 文章编号:1001 0777(2010)01 0026 03 TEM Study of Inclusions in Steel ZH A NG Jin min 1, WANG Jian shun 2 (1.Luo yang Ship M aterial Research Inst itute.L uoyang 471039,Henan,China;2.Chines P et roleum Piping M aterial F ur nishment Par ent Co mpany,L ang fang 065000,H ebei,China) Abstract:T he stacking fault o f inclusio ns in a steel w as analy sed by tr ansmissio n electro n micr osco py (T EM ).It w as analysed by select ar ea diffr act ion patter ns (SA DP s)that there ex isted perio d stacking (L PS)str ucture of 15R ty pe in inclusio ns.Char acter istic SA DPs alo ng close packing r ang e of points wer e o btained by double tilt operation.T he structur e of inclusions is face centered cubic w ith lattice constant of 0.788nm.One dimension systematic reflex ions lattice imag es and H REM fo rmed by [011]zone axis w ere o bserv ed.Key words:steel;inclusion;stacking fault;L PS 作者简介:张金民(1975 ),男,硕士,工程师; E mail :zhangjin_min @yah https://www.doczj.com/doc/9217762920.html,; 收稿日期:2009 08 12 密堆长周期结构在晶体学中常常用密排层的堆垛来说明[1]。自然界中存在较多长周期结构材料。不同的工艺可以使材料具有不同的长周期结构,如镁合金在凝固过程中就形成18R 结构[2 3],其序列为ABABABCACA CABCBCBC,通过高温退火18R 结构基本转变为14H (ACBCBABABABCBC)。添加M n 、Cr 或V 等合金元素,可以提高T iA1晶体中电荷分布的对称性,可以降低T iA1的层错能[4]。研究长周期结构的堆垛方式,对于揭示材料性能具有重要作用。文章研究了一种T i A1 M n 长周期结构材料的微结构。 1 试验方法 将待观察钢试样线切割为0.5mm 的薄片,用砂纸打磨至50 m 左右。用5%高氯酸+95%酒精溶液双喷电解,然后离子减薄。观察用CM 200透射电镜,加速电压200kV,配有EDS 分析仪。 2 试验结果 图1(a)是夹杂物的T EM 形貌像,具有层状形 貌。EDS 分析其成分(原子数分数x ,%)主要为Ti 46.2、Al 34、M n 14.4、Cr 0.9、Fe 4.5,其选区电子衍射花样中,衍射花样沿密排点列方向上每隔4个弱的衍射斑点出现一个明亮的衍射斑,由于内部存在缺陷,有些斑点已经拉长形成条纹。可见夹杂物为密排长周期结构。绕密排点列进行大角度倾转双倾操作,选取3张特征衍射谱(图2),3张特征衍射谱对应电镜倾转台角度( , )分别为(8.1 ,-5 0 )、(38.06 ,-14.52 )、(48 ,-21.2 ),根据公式cos =cos( 1- 2)cos( 1- 2),可以计算出相对倾转角度分别为31.3 和11.95 。这与立方晶系[011]、[1-12]、[1- 23]晶向夹角30 和10.9 接近。以密排点列方向为x 轴,由平行四边形法则可以绘制密排点列方向晶带轴衍射斑点,如图3呈六角或 三角对称,为面心立方[1-11-]晶带轴电子衍射花样。因此夹杂物为面心立方结构,可以计算晶格常数为0.788nm,密排方向为[1-11-]方向。(1-11-)斑点距离之间有5个斑点[图1(c)]。可见其内部存在15R 长周期结构,可以表示为ABCBABCA CBCABAC 。
夹杂物的生成及控制 作者：shicm 发表日期：2007-5-28 阅读次数：763 1 非金属夹杂物情况及分类 按其化学成分组成和结构可以分以下几类 （1）氧化物夹杂：单一金属氧化物、硅酸盐、尖晶石和各种钙铝酸盐； （2）硫化物夹杂：MnS、CaS等，在轧制过程中具有良好的变形能力； （3）磷化物夹杂：CaP、BaP等还原脱磷产物，在一般钢种中较少出现； （4）氮化物夹杂：TiN、ZrN等夹杂物，是钢液从大气中吸氮的产物； （5）含不同类型夹杂物的复合夹杂。 按其来源主要分为两类： （1）外来夹杂物，主要来源为炉渣卷入钢液形成的卷渣、钢液或炉渣与炉衬耐火材料接触时的侵蚀产物、铁合金及其它炉料带入的夹杂等等，在浇铸过程未及时上浮而残留在钢中，它偶然出现，外形不规则，尺寸大，危害极大；（2）内生夹杂物，在液态或固态钢中，由于脱氧和凝固时进行的各类物理化学反应而形成的，主要是和钢中氧、硫、氮的反应产物,它的形成有四个阶段，钢液脱氧反应时形成的成为原生（一次）夹杂；出钢和浇铸过程中温度下降平衡移动时形成的成为二次夹杂；钢水凝固过程中生成为再生（三次）夹杂；固态相变时因溶解度变化而生成的成为四次夹杂；由于一次、三次夹杂生成和析出的热力学和动力学条件最有利，因此可以认为内生夹杂大部分是在脱氧和凝固时生成的，因此控制夹杂最主要的就是要加强脱氧和严格防止二次氧化。（3）一些尺寸较大的多相复合结构的夹杂物，有时是不同类型的内生夹杂复合而成，有时则是内生夹杂物与外来夹杂物互相包裹而形成的。 为了方便生产评级和比较，按照标准评级图显微检验法根据夹杂物形态和大小分布将夹杂物分为A、B、C、D、DS五类， 这五大类夹杂物代表最常观察到的夹杂物的类型和形态: —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； —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)； —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； —D类(球状氧化物类，如钙铝酸盐)：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； —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。 每类夹杂物又根据非金属夹杂物颗粒宽度的不同分成粗系和细系两个系列，每个系列由表示夹杂物含量递增从0.5至3级的六个等级图片组成，根据100倍显微视场下与标准图谱对比，来确定夹杂物级别。
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
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
【关键字】质量、问题、充分、整体、制定、研究、措施、规律、关键、稳定、理想、能力、结构、水平、检验、分析、形成、保护、满足、严格、开展、优先、发挥、解决、优化、调整、改善、加强、实现、提高、显著改善、实施、改进 20g钢中夹杂物研究 闫卫兵1，2，杨海平2，任毅1，2 (1．北京科技大学冶金学院，北京100083; 2．河北钢铁集团宣钢公司炼钢厂，河北宣 化075100) 摘要:20g钢在轧制过程中易发生表面纵裂，对钢水中氧、氮含量和纯净度要求严格。研究了宣钢炼钢厂生产20g钢过程中各工序钢中全氧及氮含量的变化，夹杂物的种类及粒度分布，大型夹杂物的组成、分布及其来源。介绍了非稳态浇铸对铸坯洁净度的影响，使用示踪剂追踪了夹杂物的来源，并制定了改进措施，20g钢铸坯质量得到显著改善。 关键词:20g钢;夹杂物;研究 1 前言 宣钢炼钢厂生产20g钢工艺流程为:120 t顶底复吹转炉→130t LF精炼→连铸。选取了20g钢1个中包浇次的中间包前2炉取样。在钢包和中间包钢液中取氧氮样、电解样，在连铸浇铸过程中切取铸坯样，取样前在钢包渣、中间包覆盖剂加入示踪元素，并利用结晶器保护渣中固有的示踪剂K和Na跟踪钢包渣、中间包覆盖剂、结晶器对钢液的污染。根据铸坯样中夹杂物的示踪剂判定夹杂物的来源，对铸坯样进行夹杂物的检验，分析其夹杂物的种类、数量、形态、分布。 2 各工序钢中全氧及氮含量的变化 钢中的氧、氮含量主要与转炉冶炼、炉外精炼及保护浇铸有关。因此，分别在钢包、中间包及铸坯取样，精炼过程钢中平均T［O］和［N］的变化规律如图1所示，浇铸过程中间包钢液中平均T［O］和［N］的变化规律如图2所示，铸坯中平均T［O］和［N］的变化规律如图3所示。 由图1可知，20g 钢在精炼过程中的氧、氮含量变化为:在LF精炼过程中吹氩搅拌，钢液面波动较大，极易发生二次氧化，致使钢中氧氮含量升高;LF精炼末期，钢水通过弱氩气底吹，使钢水中氧氮含量降低。 分析图1、2可知，20g钢在浇铸过程中的氧、氮含量变化为:钢液由钢包流入中间包时保护浇铸效果较差，二次氧化严重，且非稳态钢液面波动较大，容易造成卷渣，致使钢液污染，洁净度下降。非稳态浇铸时钢液洁净度较差，二次氧化严重，应严格保护浇铸。换包时应及时调整拉速，避免中间包钢液面产生较大波动。 一般在浇铸过程中，钢液中的夹杂物经过钢包和中间包的上浮，夹杂物数量减少，钢的洁净度升高。但在图3(a)所示的试验中，铸坯中的T［O］和［N］却有升高的反常现象，为了核实数据的准确性，将铸坯中切取的备样再次进行氧氮分析，结果如图3(b)所示。分析认为:中间包内钢液由1流向6流流动过程中有二次氧化，致使6流铸坯中氧氮含量升高。 3 各工序钢中夹杂物的分析 对20g钢试样进行金相试验，观察钢中夹杂物的形貌，主要有球形、三角形和不规则夹杂物3种。 3．1 LF精炼中夹杂物的组成 LF精炼中钢水的夹杂物主要是球形，其他氧化物和点状硫化物尺寸较小。其中钙铝酸盐和钙硅酸盐较多，硫化钙夹杂较少。钙铝酸盐夹杂组成为Ca 20%～50%、Al 10%～15%、Si 5%～7% 。 3．2 LF处理后夹杂物的组成 LF处理后钢水中沿晶硫化物较多，且有聚集状铝氧化物。钢水中的夹杂物主要有硫化
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
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
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。
钢中夹杂物分析方法探讨 钢中夹杂物主要以非金属化合态存在，如氧化物、硫化物、氮化物等，造成钢的组织不均匀。夹杂物的几何形状、化学成分、物理性能等不仅影响钢的冷热加工性能和理化性能，而且影响钢的力学性能和疲劳性能。随着产品对夹杂物的分析提出更高的要求，需要建立适合生产现场的快速检测钢中夹杂的分析方法，以便降低钢中的夹杂含量，因此，对各种夹杂分析方法进行调研，并从单一和综合两方面进行分析。 单一方法 (1)金相显微镜观测法(MMO)。金相显微镜观测法是一种传统的方法，用光学显微镜检测二维钢样薄片，并且用肉眼定量。通过观察夹杂物的形状、光学特征或用化学法辅助，可以测定夹杂物类型，直接观测夹杂物的尺寸与分布情况，判断夹杂物的生成。 (2)图像扫描法(IA)。采用高速计算机显微镜扫描图像，根据灰度的断续分辨明暗区，比肉眼观测的MMO法大有改进，容易测定较大面积和较多数量的夹杂物，自动化程度高，可获得体积分数、粒度分布直方图、定量等信息，但有时易将非金属夹杂物引起的划痕、麻点和凹坑分析错，且易受尘埃干扰，细小夹杂可能从磨面脱落。 (3)硫印法。通过对富硫区进行腐蚀，区分宏观夹杂和裂纹。 (4)电解(蚀)法。该方法精确度高但费时，以钢样作为电解池的阳极，电解槽为阴极，通电后钢的基体呈离子状态进入溶液溶解，非金属夹杂物不被电解呈固相保留。较大的钢样(2～3kg)被电解，然后对电解泥淘洗、磁选、氢气还原分离铁，最后称量分级；较小的钢样(50～120g)被电解或稀酸溶解，将残渣经碳化物处理、过滤、灼烧，得到氧化物总量。马钢钢研所和北京科技大学成人教育学院运用大样电解法对钢样进行测定，并得到夹杂物不同粒度分布的百分含量。 (5)电子束熔炼法(EB)。在真空条件下，用电子束熔化钢样，夹杂物上浮到钢水表面。通常电子束熔炼查找的是上浮夹杂物特定区域。电子束熔炼的升级法(EB-EV)用来评估夹杂物尺寸分布，根据测定区域的上浮夹杂物尺寸，推断所有夹杂物的上浮结果，从而计算夹杂物尺寸分布指数。 (6)水冷坩埚熔炼法(CC)。在电子束熔炼的条件下，先将熔融钢样表面的夹杂物浓缩，冷却后，样品被分解，夹杂物被分离出来。 (7)扫描电子显微镜法(SEM)。将电子束用电磁透镜聚焦照射于试样表面，同时用电子束扫描，在显像管上显示出试样发出的信号，可清晰地观测到各种夹杂物的主体像，了解其分布和形态，用电子探针分析仪(EPMA)测定其组成及含量，特别是鉴定夹杂物局部组成最有效，可分析的元素范围4Be～92U，对0.1μm以上的区域进行定性分析，对2μm以上的区域进行定量分析。 (8)单火花光谱分析法(SSA)即原位分析仪。对被分析对象原始状态的化学和结构进行分析。通过对无预燃、连续扫描激发的火花放电所产生的光谱信号进行高速的数据采集和解析，测定样品表面不同位置的原始状态下的化学成分分布、缺陷判别和夹杂状态分析，可获得夹杂物数量、组成、分布和粒度等多方面的信息；一次扫描即可得到元素成分、偏析、疏松和夹杂的定量分布结果，扫描范围达300mm×200mm，分析灵敏度优于常规火花光谱分析，样品无需抛光及处理，分析结果显示方式丰富，除了以列表方式显示各项分析数据和计数外，还同时以二维和三维多种图形显示成分、偏析、疏松和夹杂的分析结果，可直接应用于冶金炉前分析，实现临线快速分析，当样品太少时不能反映大型夹杂。 (9)曼内斯曼夹杂物检测法(MIDAS)。又名LSHP法，先使钢样波动，以排除气泡，然后超声扫描检测固态夹杂物和固气复合夹杂物。 (10)激光衍射颗粒尺寸分析法(LDPSA)。采用激光技术检测其他方法(如定泥法)已检测出夹杂物的尺寸分布。
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