钢中夹杂物的分类与鉴定
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摘要:根据钢中非金属夹杂物的来源和分类,综述了鉴定钢中非金属夹杂物的方法和定量评级标准,并且给出了典型夹杂物的扫描电镜照片,分析了不同类型夹杂物的形成机理及其在光学显微镜下的基本特征。
随着现代工程技术的发展,对钢的综合性能要求也日趋严格,相应地对钢的材质要求了越来越高。
非金属夹杂物作为独立相存在于钢中,破坏了钢基体的连续性,加大了钢中组织的不均匀性,严重影响了钢的各种性能。
例如,非金属夹杂物导致应力集中,引起疲劳断裂;数量多且分布不均匀的夹杂物会明显降低钢的塑性、韧性、焊接性以及耐腐蚀性;钢中呈网状存在的硫化物会造成热脆性。
因此,夹杂物的数量和分布被认定是评定钢材质量的一个重要指标,并且被列为优质钢和高级优质钢出厂的常规检测项目这一。
非金属夹杂物的性质、形态、分布、尺寸及含量不同,对钢性能的影响也不同。
所以提高金属材料的质量,生产出洁净钢,或控制非金属夹杂物性质和要求的形态,是冶炼和铸锭过程中的一个艰巨任务。
而对于金相分析工作者来说,如何正确判断和鉴定非金属夹杂笺也因此变得十分重要。
1 钢中非金属夹杂物的来源分类1.1 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,各种物理化学瓜形成的夹杂物。
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。
1.2 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肃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。
ASTM E45-05 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 。
宝钢金属夹杂标准
宝钢金属夹杂标准主要涉及以下几个方面:
1. 夹杂物分类:根据夹杂物的性质和形态,宝钢金属将其分为以下几类:A类(金属氧化物)、B类(非金属氧化物)、C类(金属硫化物)、D类(非金属硫化物)和E类(其他夹杂物)。
2. 夹杂物等级:宝钢金属夹杂物等级分为五个级别,分别为:I级(清洁度最高)、II级(清洁度较高)、III级(清洁度一般)、IV级(清洁度较低)和V级(清洁度最低)。
3. 夹杂物检测方法:宝钢金属采用以下几种方法检测夹杂物:光学显微镜观察、扫描电子显微镜(SEM)观察、X射线衍射(XRD)分析、能谱分析(EDS)等。
4. 夹杂物控制要求:宝钢金属在生产过程中,对各类夹杂物含量有一定的控制要求。
例如,对于氧化物夹杂,要求其总量不超过某一限值;对于硫化物夹杂,要求其形态和分布满足一定要求等。
5. 夹杂物去除和减少措施:为了提高金属产品的纯净度,宝钢金属采取了一系列去除和减少夹杂物的措施,如:选用高品质原料、优化冶炼工艺、严格控制浇注温度和冷却速度、采用净化剂净化金属液等。
这些标准旨在确保宝钢金属产品的质量和性能,满足国内外市场的需求。
同时,宝钢金属也不断研究和探索新的夹杂物控制技术,以进一步提高产品竞争力。
实验报告姓名:班级:冶金1401班学号: 20142019实验名称:钢中非金属夹杂物观察与分析实验实验日期: 2017.11.7实验:钢中非金属夹杂物观察与分析实验一、实验目的1.掌握钢的磨制方法。
2.了解球磨机的使用方法。
3.了解金相显微镜的原理及使用。
4.对钢中的非金属夹杂物进行分析。
二、实验原理。
A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(原生夹杂):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(再生夹杂):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;可以是单相的,也可以是多相的。
在铸坯凝固以及随后的冷却过程中,夹杂物不仅与钢基体保持平衡,而且夹杂物本身也不断发生改变,例如析出新的化合物以趋于稳定状态。
在轧制或热处理时,每次加热都为夹杂物和钢基体之间趋向平衡提供了条件,在室温下所观察到的夹杂物,实际上是经过了一系列复杂变化的结果。
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)。
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 硫化物硫化物是钢液中所含的硫在凝固时以沉淀物析出形成的产物。
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+ Al2O32FeO+ Si SiO2+2FenFeO+mSiO2 nFeO·mSiO2nAl2O3+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。
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。
钢的非金属夹杂物
钢的非金属夹杂物主要有氧化物、硅、磷、硫等。
1. 氧化物:钢材在高温下容易与氧气发生反应生成氧化物,主要有铝氧化物、铁氧化物、锰氧化物等。
氧化物夹杂物会降低钢材的强度和塑性,并且容易形成脆性氧化皮。
2. 硅:硅是钢材中常见的非金属夹杂物,主要来自原料和炼钢过程中的硅铁等添加剂。
硅夹杂物对钢的机械性能有较大影响,高硅含量会降低钢材的强度和韧性。
3. 磷:磷是钢材中的有害非金属夹杂物,容易导致钢的冷脆性增加,特别是在低温下会引起钢材的脆性断裂。
因此,钢材中磷含量的控制非常重要。
4. 硫:硫是钢材中常见的非金属夹杂物,主要来自原料和炼钢过程中的硫铁等添加剂。
高硫含量会降低钢的冷加工性能和焊接性能,还容易引起钢的脆性断裂。
为了降低非金属夹杂物对钢材性能的影响,炼钢过程中会采取适当的工艺措施和添加剂,如进行脱氧、脱硫等处理,以提高钢材的质量和性能。
钢中的非金属夹杂1. 试验目的非金属夹杂物破坏金属基体的连续性,其形态、数量、尺寸和分布影响钢的塑性、韧性、焊接性能、疲劳性能和耐蚀性等,因此,夹杂物的数量和分布被认为是评定钢材质量的一个重要指标。
2. 相关标准标准GBT 10516 2005,该标准代替GBT 10516 1989,于2005年5月13日发布,2005年10月1日实施。
夹杂物试样不经腐蚀,在明场下放大100倍,80mm 直径的视场下进行观察,选取夹杂物污染最严重的视场,与其钢种的相应标准评级图对比评定。
夹杂物分类:硫化物类,标准图谱命名为A 类。
属于塑性夹杂,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,经锻、轧后沿加工方向变形,呈纺锤形或线段形,例如FeS 、MnS 。
氧化铝类:标准图谱命名为B 类。
属于脆性夹杂,形态比(一般<3),为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)。
硅酸盐类:标准图谱命名为C 类。
是具有高延展性,较宽范围形态比(一般≥3)的单个呈黑色或深灰色的夹杂物,一般端部呈锐角。
例如2MnO ·SiO 2球状氧化物类:标准图谱命名为D 类。
不变形,带角或圆形的,形态比较小(一般<3),黑色或带蓝色,表现为无规则分布的颗粒。
例如SiO 2单颗粒球状类:标准图谱命名为DS 类。
为圆形或近似圆形,直径≥13μm 的单颗粒夹杂物。
非传统类型夹杂物的评定也可以通过其形状与上述五类夹杂物进行比较,并注明其化学特征。
沉淀相类如碳化物、氮化物、硼化物的评定,也可以根据它们的形态与上述五类夹杂物进行比较,并按上述方法表示其化学特征。
钢中的非金属夹杂物测定夹杂物类别A B C D DS 总长度 总长度 总长度 数量 直径 评级图级别iμmμm μm 个 μm 0.5 37 17 18 1 13 1 127 77 76 4 19 1.5 261 184 176 9 27 2 436 343 320 16 38 2.5 649 555 510 25 53 898 822 746 36 76 3(<1181)(<1147)(<1029)(<49)(<107)注:D 类夹杂物的最大尺寸定义为直径类别细系粗系最小宽度最大宽度最小宽度最大宽度μm μm μm μmA 2 4>4 12B 2 9 >9 15C 2 5 >5 12D 3 8 >8 13注:D类夹杂物的最大尺寸定义为直径3. 试样制备3.1 试样尺寸夹杂物形态很大程度上取决于钢材压缩变形程度,只有在变形度相似的试样坯制备的截面上才能进行结果的比较。
钢中夹杂物的鉴定一、实验目的在正常条件下,钢的温度冷却到固相线以下时就会发生硫化物、碳化物和氮化物的析出。
绝大多数氧化物和一些硫化物夹杂在钢液中形成。
在钢凝固之前,如果不去除这些夹杂物,将引起连铸产品的缺陷,对连铸生产顺利进行带来问题和困难,如,降低生产率、降低产品性能、降低金属收得率等。
本实验的主要目的是为了让同学了解钢中夹杂物对钢性能的影响,并掌握对钢中夹杂物的评级。
二、实验设备与试样1.蔡司金相显微镜2.非金属夹杂物的标准试样三、实验原理----钢中夹杂物的分类A类、(硫化物类)具有高延展性,有较宽范围形态比(长度/宽度>3)的单个呈灰色夹杂物。
B类、(氧化铝类)大多数没有变形,带角,形态比小(一般<3)呈黑色或者蓝色颗粒,沿轧制方向排成一行,至少三个。
C类、(硅酸盐类)具有高延展性,有较宽范围形态比(>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)不变形,带角或者圆形的,形态比小(<3)。
黑色或者带蓝色的,无规则分布的颗粒。
DS类、(单颗粒球状类)圆形,或近似圆形,直径不小于13um的单颗粒夹杂物。
四、实验内容及步骤2、国标《钢中非金属夹杂物的测定》(GB/T10561-2005)3、金相显微镜的操作4、非金属夹杂物的标样观察,并评级五、作业1、对下列三幅图中任选一副图,评级,并在实验报告中画出大概的图样。
2、去图书馆查阅非金属夹杂的书籍或者文献,书籍写出名称、作者名称、出版社,并摘抄前言或者概述中有关本书内容的简介,字数多于300。
文献写出名字,作者,期刊名,页数范围,以及摘要。
钢中非金属夹杂物含量测定方法最新国家标准摘要:对比分析了2005年修订发布的GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》与原GB/T10561-1989《钢中非金属夹杂物的显微评定方法》的区别。
修订后的新标准于2005年5月13日发布、2005年10月1日正式实施。
关键词:钢;非金属夹杂物;测定方法;国家标准Abstract:钢材是模具行业使用十分广泛的金属材料。
研究表明,钢中非金属夹杂物对钢的承载能力、塑性、冲击韧性及耐蚀性等都产生不利影响。
因此,一些重要的钢制零部件和模具,需要对钢中非金属夹杂物的含量加以限制。
作为规范钢中非金属夹杂物含量检验方法的GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》是一项钢材生产与使用企业常用的国家标准。
该标准等同采用ISO4967:1998《钢中非金属夹杂物含量的测定——评级图显微检验法》,代替原GB/T10561-1989《钢中非金属夹杂物的显微评定方法》,于2005年5月13日发布、2005年10月1日正式实施。
贯彻执行该项新标准,可以使我国钢中非金属夹杂物含量的检验评定方法与国际完全接轨。
1 采标程度本次修订,提高了采用国际标准的程度。
1989年版标准是等效采用国际标准,而新标准则是等同采用国际标准。
即直接由相应国际标准翻译而来,只做了个别的编辑性修改。
和国际标准最大不同点,就是增加了资料性附录NA。
该附录给出了制取试样时的注意点等。
供参考。
2 标准名称本次修订,标准名称由原来的《钢中非金属夹杂物显微评定方法》修改为《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》。
修改后的标准名称与相应国际标准的名称是基本一致的。
修改的原因,一是考虑到等同采用国际标准,标准名称也应与相应的国际标准的名称保持一致。
二是原标准名称范围过大,没有准确概括本标准的内容范围。
目前,用显微方法评定夹杂物含量,除了用标准评级图评定这一人工方法外,还有自动图像分析法。
钢中夹杂物等级判定标准
钢中夹杂物等级判定标准主要包括以下几点:
1.夹杂物类型:夹杂物可以分为氧化物、硫化物、氮化物、碳化物等不同类型。
根据夹杂物的类型,可以进一步判定其等级。
2.夹杂物形状:夹杂物的形状也会影响其等级。
例如,线状、片状、球状、点状等形状的夹杂物级别不同。
3.夹杂物数量:夹杂物数量越多,其等级就越高。
根据夹杂物数量的多少,可以将其分为低夹杂量、中夹杂量、高夹杂量等级。
4.夹杂物大小:夹杂物的大小也会影响其等级。
一般来说,夹杂物的大小超过一定限度,就会被判定为高等级。
综上所述,夹杂物等级的判定标准主要是根据夹杂物类型、形状、数量和大小等因素来确定。
在钢材检测中,必须对夹杂物进行严格的检测和评估,以确保钢材质量的合格性和可靠性。
夹杂物的研究方法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以介绍。
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[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。
摘要:根据钢中非金属夹杂物的来源和分类,综述了鉴定钢中非金属夹杂物的方法和定量评级标准,并且给出了典型夹杂物的扫描电镜照片,分析了不同类型夹杂物的形成机理及其在光学显微镜下的基本特征。
随着现代工程技术的发展,对钢的综合性能要求也日趋严格,相应地对钢的材质要求了越来越高。
非金属夹杂物作为独立相存在于钢中,破坏了钢基体的连续性,加大了钢中组织的不均匀性,严重影响了钢的各种性能。
例如,非金属夹杂物导致应力集中,引起疲劳断裂;数量多且分布不均匀的夹杂物会明显降低钢的塑性、韧性、焊接性以及耐腐蚀性;钢中呈网状存在的硫化物会造成热脆性。
因此,夹杂物的数量和分布被认定是评定钢材质量的一个重要指标,并且被列为优质钢和高级优质钢出厂的常规检测项目这一。
非金属夹杂物的性质、形态、分布、尺寸及含量不同,对钢性能的影响也不同。
所以提高金属材料的质量,生产出洁净钢,或控制非金属夹杂物性质和要求的形态,是冶炼和铸锭过程中的一个艰巨任务。
而对于金相分析工作者来说,如何正确判断和鉴定非金属夹杂笺也因此变得十分重要。
1 钢中非金属夹杂物的来源分类1.1 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,各种物理化学瓜形成的夹杂物。
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。
1.2 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肃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。
钢中夹杂物的分类与鉴定
2.河北省半钢水冶炼高洁净高品质特殊钢重点实验室河北承德 067000
随着现代工程技术的发展,对钢的综合性能要求也日趋严格,相应地对钢的材质要
求了越来越高。
非金属夹杂物作为独立相存在于钢中,破坏了钢基体的连续性,加大了
钢中组织的不均匀性,严重影响了钢的各种性能。
例如,非金属夹杂物导致应力集中,
引起疲劳断裂;数量多且分布不均匀的夹杂物会明显降低钢的塑性、韧性、焊接性以及耐腐蚀性;钢中呈网状存在的硫化物会造成热脆性。
因此,夹杂物的数量和分布被认定是评定钢材质量的一个重要指标,并且被列为优质钢和高级优质钢出厂的常规检测项目这一。
非金属夹杂物的性质、形态、分布、尺寸及含量不同,对钢性能的影响也不同。
所
以提高金属材料的质量,生产出洁净钢,或控制非金属夹杂物性质和要求的形态,是冶
炼和铸锭过程中的一个艰巨任务。
而对于金相分析工作者来说,如何正确判断和鉴定非
金属夹杂物也因此变得十分重要。
一、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
钢包等内壁肃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。
这类夹杂物一般外形不规则,尺寸比较大等,又称为粗夹杂。
这类夹杂物通过正
确的操作是可以避免的。
二、钢中非金属夹杂物按化学成分分类
1、氧化物系夹杂
简单氧化物有FeO、Fe2O3、MnO、SiO2、Al2O3、MgO和Cu2O等。
在铸钢中,当用硅铁或铝进行脱氧时,夹杂比较常见。
在钢中常常以球形聚集呈颗粒状成串
分布。
复杂氧化物,包括尖晶石类夹杂物和各种钙的铝酸盐等以及钙的铝酸盐
(图2)。
硅酸盐夹杂也属于复杂氧化物夹杂,这类夹杂物有2FeO·SiO2(铁硅酸盐)、2MnO·SiO2(锰硅酸盐)和CaO·SiO2(钙硅盐)等(图3)。
这类夹杂物在钢的
凝固过程中,由于冷却速度较快,某些液态的硅酸盐来不及结晶,其全部或部分
以玻璃态的形式保存于钢中。
2、硫化物系夹杂
主要是FeS、MnS和CaS等。
由于低熔点的FeS易形成热脆,所以一般均要
求钢中要含有一定量的锰,使硫与锰形成熔点较高的MnS而消除FeS的危害。
因
此钢中硫化物夹杂主要是MnS。
铸态钢中硫化物夹杂的形态通常分为三类:
①形态为球形,这种夹杂物通常出现在用硅铁脱氧不完全的钢中;
②在光学显微镜下观察呈链状的极细的针状夹杂;
③呈块状,外形不规则,在过量铝脱氧时出现。
3、氮化物夹杂
当钢中加入与氮亲和力较大的元素时形成A1N、TiN、ZrN和VN等氮化物。
在出钢和浇铸过程中钢液与空气接触,氮化物的数量显著增加。
三、夹杂物的鉴定
早期的工作者主要用光学显微镜配合X射线结构分析和化学成分分析,积累了宝贵的经验和丰富的资料。
近年来,采用电子探针对夹杂物进行微区成分分析日益增多。
目前鉴定夹杂物的大致方法有以下两种。
1、金相法与微区域成分分析结合
在金相观察中选出待定夹杂物后,用电子探险针(EPMA)进行微区成分分析或者应用扫描电镜(SEM)自带能谱分析(EDS)进行成分分析。
通常可以测定尺寸大于1um的夹杂物的组成元素和大致成分,如果采用个别元素的面扫描还可以得到更为直观的结果。
图4是使用扫描电镜对Q460钢中的一颗夹杂物进行的面分析图谱,依次进行硫、锰、硅和铁四种元素的面扫描,从扫描结果可以推断出,明场观察中夹杂物为MnS、SiO2和FeS,通过能谱仪(EDS)对其进行成分分析,还可直接得到各元素的质量分数。
2、光学金相法
在光学显微镜下利用明视场观察夹杂物的颜色、形态、大小和分布;在暗场下观察夹杂物的固有色彩和透明度;在正交偏振光下观察夹杂物的各种光学
性质,从而判断夹杂物类型。
根据夹杂物的分布情况及数量评定相应的级别,评判其对钢材性能的影响。
目前检验和研究钢中非金属夹杂物的方法很多,有化学法、岩相法、金相法、电子探针和电子扫描法等。
金相法鉴定夹杂物是根据夹杂物的形貌、分布及其在明场、暗场和偏光下的光学特征(表1),与已知的夹杂物特征对照以确定其类型。
必要时可以测定夹杂物的显微硬度或经受化学试剂腐蚀的能力。
非金属夹杂物的金相法鉴定步骤见表2。
表1 常见非金属夹杂物的光学特征表
表2 非金属夹杂物的金相法鉴定
四、结语
钢中非金属夹杂物含量虽然少,但对钢的性能影响极大,所以必须对它进行定性和定量的检测。
根据夹杂物在显微镜下不同的光学特征,可以定性鉴定钢中非金属夹杂物,在结合有关标准和相关微区成分分析可以定量评定夹杂物的级别,综合来判定钢的质量,进而找出规律,改进工艺,尽可能减少有害夹杂物的含量,提高产品质量。