走进金属材料:钢中非金属夹杂物的成因及影响

　　非金属夹杂物是钢中的一类组成物，它们在钢的凝固和冷却过程中形成，并在随后的冷热加工过程中经历一系列的变化。根据夹杂物的来源，通常把夹杂物分为外来的和内生的两大类。今天程诚小编就给大家简单介绍下钢中非金属夹杂物的成因及影响。
 

 

　　在钢的冶炼﹑出钢和浇注过程中，钢液同耐火材料和炉渣相接触，炉渣被卷入钢液中（特别是出钢时），它的颗粒混入钢液中，这些情况都是难于避免的。混入钢液中的耐火材料和炉渣颗粒通过与钢液起化学反应不断在成分和结构上发生变化。这些颗粒，不论是刚刚被机械的带入钢液中的，还是经历了相应变化的，一旦被滞留到钢锭或铸件中，就变成了钢中的夹杂物，这样的夹杂物叫外来夹杂物。

　　当某种元素在固相中的溶解度非常小，同时该元素又能同钢中的其他元素形成化合物时，则这个元素即使在钢液中的含量不大，在钢液凝固过程中也会从钢液中脱溶出来变成化合物并保留在固态钢中。

　　氧和硫属于这种元素，它们几乎全部成为氧化物﹑硫化物﹑硅酸盐等。这些化合物称为内生夹杂物。内生夹杂物主要来自脱氧后在浇注和凝固过程中所形成的夹杂物颗粒，这些颗粒没有来得及上浮到钢液的自由表面而被滞留在钢锭中。

　　1)氧化物：常见的有氧化铝，是用铝脱氧时产生的细小难溶、高硬度的脆性夹杂物。它在热加工过程中被碎化，然后沿加工方向将小颗粒呈带状分布，有时几条带并列。这些条带状氧化物使钢的疲劳强度显著降低。

　　2)硫化物：在高温下具有较高的塑性，热加工时可以随着变形而延伸。常见的有硫化亚铁、硫化锰等，硫化物使钢材的横向性能显著降低。

　　3)硅酸盐：在高温下具有较高的塑性，热加工时可以沿着加工方向延伸，外形粗糙，呈现纺锤形状。多为复合性夹杂物。

　　4)氮化物：它具有较高的熔点和硬度，在热加工过程中不变形，在显微镜下多呈现方形或者规则的几何形状。

　　5)点状不变形夹杂物：它经过热加工后仍然保持较规则的圆形或者椭圆形。
 

 

　　在轧制，锻造或热处理时，每次加热都为夹杂物和钢基体之间以及夹杂物内部各相之间趋近平衡提供了机会。所以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以后的结果。无论哪种冶炼方法炼出的钢种，总含有或多或少的夹杂物，一般非金属夹杂物对钢产生的有害影响主要有以下几方面：

　　1)冷加工和热处理时，由于夹杂物破坏了钢组织的连续性，一旦钢材受拉应力或切应力作用，沿夹杂物分布方向就易破裂。通常，硫化物造成热脆，而磷化物则造成冷脆。

　　2)夹杂物降低钢的力学性能，尤其是降低其横向力学性能，使Re.Z，A，AKU值和疲劳强度下降。

　　3)夹杂物降低钢的耐磨性和耐蚀性能，并导致形成带状组织。此外，对一些物理性能，如电阻、磁性、膨胀系数等，也产生很大影响。

　　4)在热处理中，由于夹杂物的膨胀系数与基体有着差异，所以易造成应力集中而在淬火时产生裂纹。

　　程诚小编结语：正是因钢中的夹杂物是有害的，所以需要通过各种措施，使其含量尽可能的降低。虽然可以采用尽量降低氧硫等形成非金属夹杂物的含量的方法来提高钢材的质量，但是，一方面由于工艺上的困难，经济上不允许，另一方面并不能无限制的降低非金属杂质的含量，所以，首先应该了解夹杂物的变化及其与钢性能的关系，从而科学的安排钢中夹杂物的类型，含量，分布，形态等等，最终达到提高钢材质量的目的。总括而言，提高钢的质量和性能，不仅在于降低非金属夹杂物的含量，更重要的是采取下列措施：

　　—使残留钢中夹杂物具有适宜的分布，尺寸，形态或组成等，降低或消除它对性能或质量的不利影响。

　　—根据不同的使用性能或受力状态来要求夹杂物的有关参量。

　　—根据不同钢种和不同受力状态时夹杂物对性能无害的临界尺寸或部位来控制夹杂物的形成。

　　—充分利用夹杂物对钢的性能的有利方面。