电子探针在析出物和夹杂物分析中的应用

电子探针的分析原理及构造

电子探针在找矿方面的应用 一、电子探针-基本概念 电子探针仪是 X射线光谱学与电子光学技术相结合而 产生的。1948年法国的R.卡斯坦制造了第一台电子探针 仪。1958年法国首先制造出商品仪器。电子探针仪与扫 描电子显微镜在结构上有许多共同处。70年代以来生产 的电子探针仪上一般都带有扫描电子显微镜功能，有的还 附加另一些附件，使之除作微区成分分析外，还能观察和 研究微观形貌、晶体结构等。 用波长色散谱仪（或能量色散谱仪）和检测计数系统， 测量特征X射线的波长（或能量）和强度，即可鉴别元素 的种类和浓度。在不损耗试样的情况下，电子探针通常能 分析直径和深度不小于1微米范围内、原子序数4以上的 所有元素；但是对原子序数小于12的元素，其灵敏度较 差。常规分析的典型检测相对灵敏度为万分之一，在有些 情况下可达十万分之一。检测的绝对灵敏度因元素而异， 一般为10-14～10-16克。用这种方法可以方便地进行点、 线、面上的元素分析，并获得元素分布的图象。对原子序数高于10、浓度高于10％的元素，定量分析的相对精度优于±2％。 电子探针仪主要包括：探针形成系统 (电子枪、加速和聚焦部件等)、X射线信号检测系统和显示、记录系统、样品室、高压电源和扫描系统以及真空系统。 二、电子探针-结构特点 电子探针X射线显微分析仪(简称电子 探针)利用约1Pm的细焦电子束，在样品表 层微区内激发元素的特征X射线，根据特 征X射线的波长和强度，进行微区化学成 分定性或定量分析。电子探针的光学系统、 真空系统等部分与扫描电镜基本相同，通 常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。 电子探针主要由电子光学系统（镜筒），X射线谱仪和信息记录显示系统组成。电子探针和扫描电镜在电子光学系统的构造基本相同，它们常常组合成单一的仪器。 电子光学系统 该系统为电子探针分析提供具有足够高的入射能量，足够大的束流和在样品表面轰击殿处束斑直径近可能小的电子束，作为X射线的激发源。为此，一般也采用钨丝热发射电子枪和2-3个聚光镜的结构。为了提高X射线的信号强度，电

夹杂物的生成及控制

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。

实验六 电子探针结构原理及分析方法

实验六电子探针结构原理及分析方法 一、实验内容及实验目的 1．结合电子探针仪实物，介绍其结构特点和工作原理，加深对电子探针的了解。 2．选用合适的样品，通过实际操作演示，以了解电子探针分析方法及其应用。 二、电子探针的结构特点及原理 电子探针X射线显微分析仪(简称电子探针)利用约1μm的细聚焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。电子探针的光学系统、真空系统等部分与扫描电镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。本实验这部分内容将参照教材，并结合实验室现有的电子探针，简要介绍与X射线信号检测有关部分的结构和原理。 三、电子探针的分析方法 电子探针有三种基本工作方式：点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析、以及对其中所含元素进行定量分析；线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化；面分析用于观察元素在选定微区内的浓度分布。 1．实验条件 (1) 样品：样品表面要求平整，必须进行抛光；样品应具有良好的导电性，对于不导电的样品，表面需喷镀一层不含分析元素的薄膜。实验时要准确调整样品的高度，使样品分析表面位于分光谱仪聚焦圆的圆周上。 (2) 加速电压：电子探针电子枪的加速电压一般为3~50kV，分析过程中加速电压的选择，应考虑待分析元素及其谱线的类别。原则上加速电压一定要大于被分析元素的临界激发电压，一般选择加速电压为分析元素临界激发电压的2~3倍。若加速电压选择过高，导致电子束在样品深度方向和侧向的扩展增加，使X射线激发体积增大，空间分辨率下降。同时过高的加速电压将使背底强度增大，影响微量元素的分析精度。 (3) 电子束流：特征X射线的强度与入射电子束流成线性关系。为提高X射线信号强度，电子探针必须使用较大的入射电子束流，特别是在分析微量元素或轻元素时，更需选择大的束流，以提高分析灵敏度。在分析过程中要保持束流稳定，在定量分析同一组样品时应控制束流条件完全相同，以获取准确的分析结果。 (4) 分光晶体：实验时应根据样品中待分析元素及X射线线系等具体情况，选用合适的分光晶体。常用的分光晶体及其检测波长的范围见有关表。这些分光晶体配合使用，检测X

钢夹杂物危害及应对措施

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

钢中夹杂物浅析

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

夹杂物与析出物的区别

夹杂物,即相对于基体而言，属于杂质，外来物；析出物，即从基体中析出的，属于内在物。 从化学成分上讲，夹杂物的成分和基体不一样，属于杂质；而析出物的成分和基体相同，只是相关元素的比例不同赞同第一句。析出物也不是内部的，是游离元素在晶界聚集。 一般说来，我们把夹杂物的化学成分将其分为两类： 1 氧化物类夹杂物 又分为： ①简单氧化物如FeO、MnO、Cr2O3、Al2O3、SiO2以及钛、钒、铌的氧化物等。 ②复杂氧化物其中尖晶石类夹杂物用化学式AO·B2O3表示(化学式中A表示二价金属,如镁、锰、铁等；B表示三价金属，如铁、铬、铝等)。这类化合物具有尖晶石MgO·Al2O3型结构,由此而得名。尖晶石类夹杂物为一大类氧化物,如MnO·Al2O3、MnO·Cr2O3、MnO·Fe2O3、FeO·Al2O3、FeO·Cr2O3、FeO·Fe2O3(Fe3O4)、MgO·Al2O3、MgO·Cr2O3、MgO·Fe2O3等。这些化合物都有一个相当宽的成分可变范围;实际遇到的尖晶石类夹杂物往往是多成分的。此类氧化物在工业用钢中比较常见。钙的铝酸盐如CaO·Al2O3、CaO·2Al2O3也属于复杂氧化物。但它们不具有尖晶石型结构,所以,不属于尖晶石型氧化物。 ③硅酸盐及硅酸盐玻璃通用化学式可写成ιFeO·mnO·nAl2O3·pSiO2。它们一般具有多成分形式。既可以是单相,也可以是多相。单相情况下,一般呈玻璃态。随脱氧情况的不同出现各式各样的硅酸盐如铁硅酸盐、铁锰硅酸盐、铁锰铝硅酸盐等。 2 硫化物夹杂 主要是FeS、MnS；此外,根据情况不同，可能出现CaS、TiS、稀土硫化物等。根据钢液的成分特别是钢液的脱氧程度，所形成的硫化物在铸态情况下具有不同形态：Ⅰ类是复合形式出现的硫化物(氧硫化物)，Ⅱ类是借共晶反应形成的硫化物，Ⅲ类是具有几何外形、任意分布的硫化物（图3）。 [b]而析出物并非成份与基体相同，而是合金钢在回火过程中由于合金元素和碳、氮元素的扩散、偏聚、结合产生的碳化物类，氮化物类。如VC,VN,NbC,NbN,TiC,TiN等等。 你所说的应该称之为偏析

电子探针结构原理及分析方法

《电子探针结构原理及分析方法》 实验报告 一、实验目的 1）结合电子探针仪实物，介绍其结构特点和工作原理，加深对电子探针的了解。 2）选用合适的样品，通过实验操作演示，以了解电子探针分析方法及其应用。 二、实验原理 电子探针X射线显微分析仪（简称电子探针）利用约1μm 的细焦电子束，在样品表层微区内激发元素的特征X射线，根据特征X射线的波长和强度，进行微区化学成分定性或定量分析。电子探针的光学系统、真空系统等部分分与扫描电

子显微镜基本相同，通常也配有二次电子和背散射电子信号检测器，同时兼有组织形貌和微区成分分析两方面的功能。电子探针的构成除了与扫描电子显微镜结构相似的主机系统以外，还主要包括分光系统、检测系统等部分。 三、实验内容 1）老师介绍电子探针的基本构造和工作原理，并进行演示操作。 2）学生十人一组观察老师的操作过程，记录相关的数据或图形。 四、分析方法 电子探针有三种基本工作方式：点分析用于选定点的全谱定性分析或定量分析，以及对其中所含元素进行定量分析；线分析用于显示元素沿选定直线方向上的浓度变化；面分析用于观察元素在选定微区内浓度分布。

1.实验条件 （1）样品样品表面要求平整，必须进行抛光；样品应具有良好的导电性，对于不导电的样品，表面需喷镀一层不含分析元素的薄膜。实验时要准确调整样品的高度，使样品分析表面位于分光谱仪聚焦圆的圆周上。 （2）加速电压电子探针电子枪的加速电压一般为3~50kv，分析过程中加速电压的选择应考虑分析元素及其谱线的类别。 （3）电子束流特征X射线的强度与入射电子束流呈线性关系。为提高X射线信号强度，电子探针必须使用较大的入射电子束流，特别是在分析微量元素或轻元素时，更需要选择较大的束流，以提高分析灵敏度。在分析过程中要保持束流稳定，在定量分析同一组样品时应控制束流条件完全相同，以获取准确的分析结果。 （4）分光晶体实验时应根据样品中待分析元素及X射线线系等具体情况，选用合适的分光晶体。 2.点分析 （1）全谱定性分析驱动分光谱仪的晶体连续改变衍射角θ，记录X射线信号强度随波长的变化曲线。检测谱线强度峰值位置的波长，即可获得样品微区内所含元素的定性结果。 （2）半定量分析在分析精度要求不高的情况下，可进行

电子探针分析过程浅析

电子探针分析过程浅析 电子探针（EPMA）是非常先进的元素定性和定量分析设备，是目前微区元素定量分析最准确的仪器。它使用细聚焦电子束入射样品表面，激发出样品元素的特征X射线，分析X射线的波长，即可知道样品中所含元素的种类；分析特征X射线的强度，可知样品中对应元素的相对含量，并配置能谱仪分析附件。电子探针可进行图像观察，并获得元素的定性定量分析数据。它的应用能为钢铁产品的研发工作及质量控制提供准确、有效的分析数据。针对此课题，本报记者采访了首钢技术研究院检验高级工程师严春莲。 电子探针在钢铁工业中有非常重要的作用，国内外许多科研院所、钢铁企业都利用电子探针进行固体样品的微区（微米到纳米级）分析，可分析的元素范围是B5—U92。它利用细聚焦的电子束照射样品，可查明钢铁样品微区中的元素成分，尤其是可以对C、N、O等轻元素进行定性定量分析，X射线取出角可达52.5°，以高信噪比及高灵敏度检测钢材中较轻元素的含量可达ppm级。这是扫描电镜所不能胜任的，因为扫描电镜和能谱仪一般是对元素周期表中Na元素以后的重元素进行定性和半定量分析。现阶段，利用电子探针已经突破这一局限，大大方便研发人员对样品中的轻元素进行微观分析研究。如板材产品会出现明显的碳偏析和析出相，通过电子探针进行微区观察分

析，会有助于生产实际问题的解决，促进新产品强化机理问题的深入研究。另外，电子探针还可以进行镀层成分、厚度的测定、粒度分布的测定及断面分析等。电子探针无疑是钢铁企业提高科研水平、改善产品质量的一种非常有效的技术手段。 与传统的成分分析仪相比，电子探针更偏重成分的微区定量分析，处于微米级的分析精度，它的检测极限一般为0.01—0.05wt%，对原子序数大于11，含量在10wt%以上的元素，其相对误差通常小于2%。而光谱类的分析仪是较宏观的检测，处于毫米级的分析精度。以380CL 车轮钢开裂分析为例，裂纹从边部开裂，沿着中心偏析带附近往里扩展，但未曾沿着中心偏析带开裂。裂纹开裂处周边无夹杂，无氧化物，周边组织无脱碳现象。利用金相显微镜、扫描电镜等分析后只能观察到有偏析带，但具体是什么成分偏析、偏析程度如何就无法准确判定，而利用电子探针分析发现试样中心偏析带附近存在着磷偏析带，裂纹沿着磷偏析带开裂。根据这一结果，倒推出当时在炼钢生产时，同一时间生产的高强钢也发现了严重的磷偏析，现场生产异常排除后，车轮钢至今未发现因磷偏析引起的开裂。 目前，首钢技术研究院利用电子探针开发铸坯枝晶组织显示、枝晶偏析定量分析等技术处于国内领先水平。通过设置适当的分析条件，电子探针的面、线、点分析功能可以较好地表征钢中微量元素的偏析状况，并可获得准确定量的微区化学成分。对成分偏析含量低、组织

钢中常见的元素、夹杂物对钢性能的作用及影响

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）：

轴承钢TiN夹杂物析出理论分析

轴承钢TiN夹杂物析出控制研究 曾新光 （东北特殊钢集团有限责任公司技术中心，中国，大连 116031） 摘要：通过对轴承钢中TiN夹杂析出的理论分析，得到不同凝固率下TiN夹杂析 出溶解度饱和线，据此提出防止TiN夹杂析出的[Ti]、[N]控制范围，同时提出了 生产过程[Ti]、[N]的控制措施。 关键词：轴承钢；TiN；凝固偏析比；凝固率；保护浇注 Control and study on TiN inclusion precipitation in bearing steel Zeng Xin-guang ( Technology Center, Dongbei Special Steel Group Co.,Ltd，dalian 116031，china) Abstract:Basing on theoretical analysis of TiN inclusion precipitation in bearing steel, the solubility saturation curve has been obtained to TiN inclusion precipitation under different solidification rate, in view of this, the control range for [Ti]、[N] is proposed to TiN inclusion precipitation and the control measures for [Ti]、[N] is also raised in the production process. Key words: Bearing steel；TiN；solidification segregation; solidification rate; protective casting 前言 轴承材料性能要求具有高疲劳寿命，轴承的疲劳寿命与钢的纯净度密切相关，特别是钢中脆性氧化物夹杂和点状不变形夹杂对轴承材料的疲劳寿命影响极大，随着纯净钢冶炼技术的发展，钢的纯净度大大提高，使得这类夹杂物的影响程度逐渐减弱，而硬度更高、脆性更高的TiN夹杂对进一步提高轴承材料的疲劳寿命的影响表现的更为突出，同尺寸的TiN夹杂对轴承材料疲劳寿命的影响远大于氧化物夹杂，6μm的氮化物夹杂对疲劳性能的危害作用 与平均尺寸为25μm的氧化物相当[1]。本文通过对GCr15钢TiN夹杂析出的理论分析，提出生产过程的控制措施。 1 、热力学分析 1.1 GCr15钢液相线和固相线温度的计算 GCr15钢主要成分见表1，理论液相线、固相线温度按式（1）计算,其中相关数据见表 2[2], 按控制目标成分计算结果见表3。 t=1536－∑△t·W[i] （1） 表1 GC15钢成分控制要求

连铸钢中的夹杂物及其引起的缺陷分析

连铸钢中的夹杂物及其引起的缺陷分析 【摘要】连铸钢中的夹杂物是影响钢质量的重要问题，也是增加连铸钢铸坯修磨工作量和废品的重要因素。目前，随着社会的进步，钢材应用范围越来越广，同时对钢材的需求量以及钢材的质量也具有很大的提高，所以对连铸钢中的夹杂物要求越来越低。本研究主要重点分析连铸钢中的夹杂物引起的缺陷，并提出一些减少连铸钢中夹杂物的工艺措施，以供参考。 【关键词】连铸钢；夹杂物；缺陷；分析 引言 钢中的夹杂物主要是以非金属化合物形式存在，造成钢组织不均匀，同时钢中夹杂物的物理性能以及化学性能也将会造成钢加工的过程的性能产生恶化现象，进而严重造成钢的疲劳性能和机械性能下降。因此，采取有效的方法减少连铸钢中的夹杂物对提高钢材的质量和性能具有重要的意义。 1、连铸钢中的夹杂物及其引起的缺陷 连铸钢中的非金属及杂物的来源主要内生夹杂物和外来夹杂物，其中内生夹杂物主要是由于钢水冷却凝固过程的析出物或者是钢脱氧后产生的物质；而外来夹杂物主要是钢水和外界之间的机械或者化学作用产生的物质；连铸钢中的夹杂物不仅会造成冷热加工性能以及理化性能降低，同时对钢的质量也具有严重的影响。 1.1连铸钢中夹杂的硅酸盐及缺陷 连铸钢中硅酸盐的夹杂主要是钢水凝固的过程中，由于冷却速度较快导致钢水中的液态硅酸盐来不及结晶而以玻璃态的留存于钢中。钢中夹杂的硅酸盐成分较为复杂，如果在800～1300℃的高温下，由于硅酸盐的存在将会造成连铸钢中的塑形发生变化。在连铸钢轧制的过程中，夹杂物硅酸盐也将会造成连铸钢的韧性和塑形降低，造成钢制造的过程中出现断裂以及带钢分层的现象。如下图所示为钢中存在的大量的硅酸盐而造成断口和分层的现象。 1.2连铸钢中氧化铝杂物及其缺陷 在镇静钢加工生产中，氧化铝是最为常见的夹杂物，其也是一种对钢性能影响最大的一种夹杂物，氧化铝夹杂物是一种脆性不变形夹杂物，其在钢中留存对钢的热变形能力有很大的影响。钢加工的过程中，由于热加工应力的作用，钢中夹杂的氧化铝及其脆性杂质，将会破碎形成具有尖锐棱角的夹杂物以及链状在钢中，这些不规则且坚硬的杂质很容易划伤钢基体，同时由于夹杂物周围产生集中应力直接达到交界面处形成裂纹，由于钢基体中夹杂物应力集中点在循环应力下将会造成钢材疲劳断裂，严重影响钢材的质量。

电子探针分析技术在地学中的应用进展

电子探针分析技术在地学中的应用进展 摘要电子探针分析技术（EPMA）是一种应用较早、且至今仍具有独特魅力的多元素分析技术。二战以后，世界经济和社会的迅猛发展极大地促进了科学技术的进步，电子探针分析技术（EPMA）也进入了一个快速发展时期。在地学领域的应用中,取得了令人瞩目的成就。文章就该技术的发展历史、发展趋势及在地学中的应用进展等方面做出了具体阐述。 关键词：电子探针；地学；应用进展 1引言 电子探针是电子探针X 射线显微分析仪的简称，英文缩写为EPMA (Electron Probe X-ray Micro-Analyser)，它用一束聚焦得很细（50nm～１μｍ）的加速到 5kV-30kV的电子束，轰击用光学显微镜选定的待分析试样上某个“点”（一般直径为1-50um），利用试样受到轰击时发射的X射线的波长及强度，来确定分析区域中的化学组成。 随着电子光学技术和计算机技术的发展，现在的EPMA同时具有扫描电镜SEM的形貌观察、结构分析等功能。不但像仪器发明之初那样，以金属和矿物样品中不同相或不同组成的成分分析为主要目的，而且也应用在冶金、电子电器件、陶瓷、塑料、纤维、木材、牙齿、骨骼、叶、根等等方面。其应用领域之广泛，可说目前已经涉及到所有固体物质的研究工作中，尤其在材料研究工作方面。这种仪器不仅是研究工作中的重要工具，而且也是质量检查的手段之一。本文仅对EPMA在地学领域中的应用进展加以阐述。 2电子探针的发展历史简介 电子探针分析的基本原理早在1913 年就被Moseley发现，但直到1949 年，法国的Castaing在guinier教授的指导下，才用透射电镜（TEM）改装成一台电子探针样机。1951年6月，Castaing在他的博士论文中，不仅介绍了他所设计的电子探针细节，而且还提出了定量分析的基本原理。现在电子探针的定量修正方法尽管作了许多修正，但是，他的一些基本原理仍然适用。1955年Castaing在法国物理学会的一次会议上，展出了电子探针的原形机, 1956 年由法国CAMECA公司制成商品，1958年才把第一台电子探针装进了国际镍公司的研究室中，当时的电子探针是静止型的,电子束没有扫描功能。

钢中非金属夹杂物的分类

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AlO，SiO);复杂氧化物(如232

FeO?AlO，CaO?AlO);硅酸盐及硅酸盐玻璃(如2FeO?SiO);硫化物(如MnS，FeS);氮23232 化物(如TiN);复杂夹杂如硫氧化物(CeOS)，氟氧化物(LaOF)，氮碳化物(TiCN)，硫碳22 化物(TiCS)等。 422 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SiO量较低的铁锰硅酸盐等。 2 (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AlO，CrO等。 2323 (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SiO 及2SiO含量较高的硅酸盐等。 2 (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AlO等是脆性的，加工时保持原状或只是拉开距离。 23 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。

稀土对钢中夹杂物的影响

稀土对钢中夹杂物的影响 钢在冶炼、浇注中不可避免的会形成夹杂，钢中的夹杂物对材料性能的影响主要取决于夹杂物的形状、尺寸、类型、分布、数量以及与钢基体的结合方式等。夹杂物在钢中是以不同于基体金属的的额外相存在的，它能将完整的组织分割开，使钢中组织变得不均匀，影响材料最终的使用性能。一方面它同基体的弹性模量不同，当外加应力作用时夹杂物相当于基体缺陷，在其周围容易形成应力集中；另一方面，夹杂物的热膨胀系数与基体材料有不同，因而两者在冷却时收缩程度会有差异，容易在钢中形成较多的缩孔，降低材料抗疲劳性能。数量较多且分布混乱的夹杂物明显降低钢最终的使用性能，如韧性、塑性、焊接性和耐腐蚀性等，特别是沿晶界析出的夹杂和团簇状的Al?O?大夹杂对钢中组织和性能的破坏性更大。 材料中夹杂物的形成机理主要是夹杂物先以异质点为核心独立形核、长大，同时在长大过程中，由于各个质点、元素表面活性不同，会发生相互吸引、靠拢，最终合并长成大尺寸的夹杂物。 图 3.1 中所选照片为众多扫描照片之一，观察照片看到，A 试样中夹杂物形态主要以椭圆形和纺锤形存在，能谱仪的元素分析表明该夹杂物主要由S、O、Mn、Al 等元素组成，进一步推断试验钢基体中夹杂物的 MnS、Al?O?夹杂，此外可能还有含有 Ti 元素的夹杂物出现，推断可能以TiS、TiO 的混合夹杂物。总之，照片中观察到的夹杂物并不是由单一的化合物组成，而是由MnS、Al?O ?、TiS、TiO 组成的复合夹杂物。 研究显示，当钢中Mn 含量较高时，硫化物夹杂主要是以MnS(或MnS 和FeS）的形式存在。并按其特征可以分为以下三种：第一种是在含氧量较高的情况下形成，这种MnS 夹杂在铸态中以球状分布，且加工塑性较低；第二种 MnS 夹杂沿晶界分布，在加工时容易沿着加工方向拉长；第三种MnS 夹杂主要形成在加有过量铝（脱氧剂）的钢中，此时 MnS 会呈现复杂形状分布，这种夹杂加工时塑性较好。通常第二种 MnS 夹杂对材料的综合性能影响最大，因此，在钢中要尽量避免第二种MnS 夹杂在晶界的分布。 图 3.2 为钢在加稀土后夹杂物的能谱照片，观察发现，添加稀土后夹杂物发生明显变化，形态由原来的椭圆形和纺锤形变为近球形，另外能谱仪分析结果

概述 夹杂物分类及形貌

材料与冶金学院 金属材料工程系 从善海主讲 夹杂物工程（第一部分）钢中夹杂物的种类、形态及对钢性能的影响 第一讲：概述、夹杂物分类及形貌 注意：一切关于它的组成、形貌、来源、以及如何消除它都是有价值的。 ●一个夹杂物核（内生的或外来）从它进入钢液的瞬间开始就一、 概述 非金属夹杂物最难掌握的特点： 不能预先确定它们将在什么地方以何种形式出现。 武钢机总大型夹杂物引起的淬火裂纹 因为碳化物是钢的基体中的组分，不应属于夹杂物。 碳化物或金属间相是否夹杂物 非金属夹杂物是指其存在状态不受一般热处理的显著影响的非金属化合物。

化学式:Al 2O 3 ，熔点2050oC，比重：3.96， 显微硬度：3000-4500㎏/㎜2，结晶类型：六方系(在钢的夹杂物中只发现Al 2O 3 ) 氧化铝物性 氧化物特征氧化铝电镜形貌 0.5 1.0 1.5 Energy (keV) 500 1000 cps O Al 氧化铝能谱 o Al Elmt Element Atomic Compound % % % Al 37.01 30.47 Al2O3 69.93 Ca 21.49 11.91 CaO 30.07 Elmt Element Atomic Compound Element Atomic Compound % % % Mg 0.52 0.48 Mg 0.52 0.48 MgO MgO MgO 0.86 0.86 Al 33.73 28.22 Al2O3 63.74 Ca 25.30 14.25 Ca 25.30 14.25 CaO CaO CaO 35.40 35.40 O 40.45 57.05 Elmt Elmt Element Element Atomic Atomic Compound Compound % % % % % % % Mg Mg 1.88 1.88 1.88 1.62 1.62 1.62 MgO MgO MgO 3.12 3.12 Al Al 46.85 46.85 46.85 36.22 Al2O3 88.52 36.22 Al2O3 88.52 Ca Ca 5.98 5.98 5.98 3.11 3.11 3.11 CaO CaO CaO 8.36 8.36 O 45.29 O 45.29 59.05 59.05 59.05

浅议硬线钢中夹杂物及对其性能的影响

浅议硬线钢中夹杂物及对其性能的影响 摘要立足企业实践,深度剖析钢中夹杂物存在状态及其对性能的影响。突出技术要求,强化质量在线管理。 关键词硬线钢;夹杂物;断裂 钢中夹杂物严重破坏了金属基体的连续性,造成应力集中,使钢的力学性能显著下降。因此,硬线钢组织应当尽量避免网状渗碳体和淬火组织(马氏体和屈氏体区域)。 1硬线钢中夹杂物的分类 按不同的标准可以将夹杂物进行分类。如按夹杂物的来源区分,则可以分为内生夹杂物和外来夹杂物;按夹杂物的化学性质又可以分为:氧化物系、硫化物系、氮化物系夹杂物。钢在加工变形中,各类夹杂物的变形性不同,按其变形能力可分为三类。 1.1脆性夹杂物 一般指那些不具有塑性变形能力的简单氧化物、双氧化物、氮化物和不变形的球形(或点状)夹杂物。对于变形率低的脆性夹杂物,在钢加工变形的过程中,夹杂物与钢基体相比变形甚小,由于夹杂物和钢基体之间变形性的显著差异,势必造成在夹杂物与钢基体的交界面处产生应力集中,导致微裂纹产生或夹杂物本身开裂。 1.2塑性夹杂物 这类夹杂物在钢经受加工变形时具有良好的塑性,沿着钢的流变方向延伸成条带状。属于这类的夹杂物有:含SiO2量较低的铁锰硅酸盐、硫化锰等。硫化锰是具有高变形率的夹杂物,在夹杂物与钢基体之间的交界面处结合很好,毫无产生微裂纹的倾向,并沿加工变形的方向呈条带状分布。硅酸盐的变形特征是在低温下变形率较低,温度达到800℃～1300℃时,变形率急剧增高。在正常轧制温度条件下,硅酸盐夹杂物比其他氧化物具有较高的变形能力,当热加工的温度恰当时,硅酸盐的变形率与基体相似,沿着加工变形方向呈连续的条带状分布。 1.3半塑性变形夹杂物 半塑性变形的夹杂物一般指各种复合的铝硅酸盐夹杂物,其中作为夹杂物的基体,在热加工变形过程中产生塑性变形,但分布在基体中的夹杂物不变形,夹杂物随着钢基体的变形而延伸,而脆性夹杂物不变形,仍保持原来的几何形状,因此将阻碍邻近的塑性夹杂物自由延伸,而远离脆性夹杂物的部分沿着钢基体的变形方向自由延伸。

钢中的非金属夹杂物分类方法如何

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

钢中常存杂质对钢性能的影响

实际使用的钢中，除了含有铁、碳与合金元素外，在冶炼过程中，不可避免地要带入一些杂质（如锰、硅、硫、磷、非金属类杂质以及某些气体，如氮、氢、氧等）。这些杂质对钢的质量有很大的影响。 1．锰 锰在钢中作为杂质存在时，一般均小于0.8％。它来自作为炼钢原料的生铁及脱氧剂锰铁。锰有很好的脱氧能力，还能与硫形成MnS，以消除硫的有害作用。这些反应产物大部分进入炉渣而被除去，小部分残留于钢中成为非金属夹杂物。此外，在室温下锰能溶于铁素体，对钢有一定强化作用。锰也能溶于渗碳体中，形成合金渗碳体。但锰作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响不显著。 2．硅 硅在钢中作为杂质存在时，一般均小于0.4％，它也来自生铁与脱氧剂。在室温下硅能溶于铁素体，对钢有一定的强化作用。但硅作为少量杂质存在时，它对钢的性能影响也不显著。 3．硫 硫是由生铁及燃料带入钢中的杂质。在固态下，硫在铁中的溶解度极小，而是以FeS的形态存在于钢中。由于FeS的塑性差，使含硫较多的钢脆性较大。更严重的是，FeS与Fe可形成低熔点（985℃）的共晶体，分布在奥氏体的晶界上。当钢加热到约1200℃进行热压力加工时，晶界上的共晶体已溶化，晶粒间结合被破坏，使钢材在加工过程中沿晶界开裂，这种现象称为热脆性。为了消除硫的有害作用，必须增加钢中含锰量。锰与硫优先形成高熔点（1620℃）的硫化锰，并呈粒状分布在晶粒内，它在高温下具有一定塑造性，从而避免了热脆性。硫化物是非金属夹杂物，会降低钢的机械性能，并在轧制过程中形成热加工纤维组织。因此，通常情况下，硫是有害的杂质。在钢中要严格限制硫的含量。但含硫量较多的钢，可形成较多的MnS，在切削加工中，MnS能起断屑作用，可改善钢的切削加工性，这是硫有利的一面。 4．磷 磷由生铁带入钢中，在一般情况下，钢中的磷能全部溶于铁素体中。磷有强烈的固溶强化作用，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低。这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。一般希望冷脆转变温度低于工件的工作温度，以免发生冷脆。而磷在结晶过程中，由于容易产生晶内偏析，使局部地区含磷量偏高，导致冷脆转变温度升高，从而发生冷脆。冷脆对在高寒地带和其它低温条件下工作的结构件具有严重的危害性，此外，磷的偏析还使钢材在热轧后形成带状组织。因此，通常情况下，磷也是有害的杂质。在钢中也要严格控制磷的含量。但含磷量较多时，由于脆性较大，在制造炮弹钢以及改善钢的切削加工