非金属夹渣物对钢制零件产品质量的影响
非金属夹杂物
知识创造未来
非金属夹杂物
非金属夹杂物是指在金属材料中含有的非金属物质。
这些夹杂物可
能是由金属制造过程中掺入的，也可能是在金属材料使用过程中产
生的。
非金属夹杂物的存在可能会对金属材料的性能产生一定影响。
例如，一些非金属夹杂物可能会降低金属材料的强度、硬度和延展性，甚
至可能引起脆性断裂。
此外，非金属夹杂物还可能影响金属材料的
耐腐蚀性能和疲劳寿命。
为了降低非金属夹杂物对金属材料性能的影响，通常采取以下措施：
1. 优化制造工艺，减少夹杂物的产生。
2. 使用高纯度的金属原料，减少夹杂物的含量。
3. 进行热处理，以促进夹杂物的析出和沉淀。
4. 加入特定的合金元素，改变夹杂物的性质和行为。
5. 采用合适的清洁和保护措施，以防止夹杂物的生成和对金属材料
的损害。
总之，非金属夹杂物对金属材料的性能具有一定的影响，需要通过
优化材料和工艺来降低其对金属材料性能的影响。
1。
钢中非金属夹杂对质量的影响及控制措施
1) 液体钢的脱氧产物; 2) 钢液从浇注温度冷却到凝固温度过程中，由
于温度的降低使溶液中溶质的溶解度降低，
即钢水温度的变化使反应平衡移动，重新析 出脱氧产物;
3) 钢液冷凝时发生溶质树枝形偏析所析出的脱 氧产物;
4) 固相线温度以下钢继续冷却或者由于相变的
缘故，引起的夹杂物重新析出。
1.2
1.5
按化学成分分类
FeS、MnS
A类夹杂：硫化物
B类夹杂: 氧化铝、氧化铁 Al2O3+FeO C类夹杂：硅酸盐、氮化物 2MnO.SiO2 TiN、BN、NbN等 D类夹杂：球状氧化物类 小型氧化物 FeO、MnO、TiO2等
Ds类夹杂：单个大型球状氧化物类
1.6
钢中夹杂物的形貌
25
2.2夹杂物的检测
1.钢材出厂检验：
• • • ASTM标准（A、B、C、D、Ds类夹杂物）； 用户标准（SKF、米其林、贝卡尔特等）； 分析检验手段：光学显微镜。
2.科学研究：
• • 光学显微镜； 扫描电镜（+EDS）；
•
• •
投射电镜（+EPMA、EDS）；
图像分析； PDA（Pulse Distribution Analysis）。
炼钢钢坯
氧化铝+硫化钙
氧化铝
15102486N
氧化铁 视场50X
硫化钙
氧化铝
轧钢钢板
氮化物
2、非金属夹杂物对性能影响
使用性能的影响： 1、疲劳性能↓ 2、冲击韧性↓ 塑性↓ 3、耐腐蚀性↓
对工艺性能的影响： 1 、对锻造和冷加工、淬火加热和焊接过程 易开裂。 2 、轧制后表面质量以及磨削后零件表面粗 糙度降低。
钢中非金属夹杂对质量的影响及控制措施解析
- 强化内生类夹杂物去除效果； - 严格“杜绝”二次氧化； - 对夹杂物成分、尺寸、分布、性能的控制。
2. 开发新工艺，降低成本，提高对夹杂物控制效率：
- 缩短或取消LF精炼； - 强化LF、VD、RH精炼； - 针对不同类型钢材，对夹杂物实行“重点控制”。
发生交互反应是一种普遍现象； ⑵脱氧的钢液与卷入的炉渣 (包括保护渣)或耐火材料接触时，
总会或多或少地起反应，因此仍保持原来的内生或外来夹杂 物的成分和结构是不多见的;
★
1.4 按夹杂物尺寸分类
1) 亚显微夹杂，粒径＜lμm。在纯净钢中亚显微夹杂包括氮 化物、硫化物和氧化物，总数约为1011个/cm3，其中氧化物 夹杂个数约占108/cm3。一般认为这种微小氧化物对钢质(除 硅钢片外)多半无害，对它在钢中的作用，目前研究得不够。
夹杂物对钢板冲击的影响
当夹杂物颗粒比较大（＞5０μｍ），特别是夹 杂物含量较多、尺寸较大时，明显降低钢的冲击。 且冲击功曾几何状下降，尤其冲击断口出现夹渣时， 冲击值几乎为个位数。主要原因是夹杂物阻碍了冲 击的扩展功能量的释放。
夹杂物对钢板厚拉（Z向）的影响
当厚拉断口出现夹杂物含量较多、尺寸较大时， 明显降低钢的Z向性能，性能几乎为个位数。尤其 是硫化物夹杂和氧化铝夹杂，破坏钢板基体组织的 连续性，厚度方向被该类别夹杂物穿晶破坏。
1.5 按化学成分分类
A类夹杂：硫化物 FeS、MnS B类夹杂: 氧化铝、氧化铁 Al2O3+FeO C类夹杂：硅酸盐、氮化物 2MnO.SiO2 TiN、BN、NbN等 D类夹杂：球状氧化物类 小型氧化物 FeO、MnO、TiO2等 Ds类夹杂：单个大型球状氧化物类
钢中非金属夹杂物及其危害
专题钢中非金属夹杂物及其危害姓名（西安建筑科技大学，陕西西安，710055）摘要:对钢中非金属夹杂物按来源和化学成分进行分类，讨论它产生的原因及其对钢的危害和钢性能的影响，最后简述降低钢中非金属夹杂物的措施。
关键词: 钢；非金属夹杂物；分类；危害Non-metallic Inclusions in Steel and its Hazards.English name(Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'anShanxi , 710055)Abstract: The non-metallic inclusions in steel is classified by source and the chemical composition is presented in this paper. The course of its production ,the hazards of it to steel and its effect to the quality of the steel are described in this paper.At last,the measure of reducing the non-metallic inclusions in steel is evaluated.Key words: steel; non-metallic inclusions; classification; hazards0 前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、硅酸盐和氮化物。
它们是钢在冶炼过程中由于脱氧剂的加入形成氧化物、硅酸盐和钢在凝固过程中由于某些元素(如硫、氮) 溶解度下降而形成的硫化物、氮化物, 这些夹杂物来不及排出而留在钢中。
外来夹杂物是炉渣或耐火材料或其它夹杂在钢液凝固过程中未及时浮出而残留于钢中。
钢中的非金属夹杂物
什么是非金属夹杂？钢中非金属夹杂物，如氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等一般都呈独立相存在，主要是由炼钢中的脱氧产物和钢凝固时由于一系列物化反应所形成的各种夹杂物组成。
非金属夹杂的影响非金属夹杂物的存在，破坏了钢基体的连续性，使钢组织的不均匀性增大。
一般来说钢中非金属夹杂物，对钢的性能产生不良影响，如降低钢的塑性、韧性和疲劳性能，使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏等。
因此评定钢中夹杂物类别、级别对保证钢材质量十分重要。
分类按夹杂物的化学成分：氧化物、硫化物及氮化物。
根据夹杂物的可塑性：塑性夹杂物、脆性夹杂物、不变形夹杂物及半塑性夹杂物。
● 塑性夹杂物钢中塑性夹杂物在钢经受加工变形时具有良好塑性，沿着钢的流变方向延伸成条带状。
● 脆性夹杂物指那些不具有塑性的简单氧化物和复杂氧化物以及氮化物。
●不变形夹杂物这类夹杂物在铸态的钢中呈球状，而在钢凝固并经形变加工后，夹杂物保持球形不变。
● 半塑性夹杂物指各种多相的铝硅酸盐夹杂物。
其中作为基底的夹杂物（铝硅酸盐玻璃）一般当钢在热加工时具有塑性，但是在这基底上分布的析出相晶体（如Al2O3、尖晶石类氧化物）的塑性很差。
钢经热变形后，塑性夹杂物相（基底）随钢变形而延伸，但脆性的夹杂物相不变形，仍保持原来形状，只是彼此之间的距离被拉长。
按夹杂物的来源：内生夹杂物、外来夹杂物。
● 内生夹杂物在钢的熔炼、凝固过程中，脱氧、脱硫产物，以及随温度下降，S、O、N等杂质元素的溶解度下降，于是这些不溶解的杂质元素就形成非金属化合物在钢中沉淀析出，最后留在钢锭中。
内生夹杂物分布相对均匀，颗粒一般比较细小。
可以通过合理的熔炼工艺来控制其数量、分布和大小等，但一般来讲内生夹杂物总是存在的。
● 外来夹杂物炉衬耐火材料或炉渣等在钢的冶炼、出钢、浇铸过程中进入钢中来不及上浮而滞留在钢中称为外来夹杂物。
其特征是：外形不规则、尺寸比较大，偶尔在这里或在那里出现，正确的操作可以避免或减少钢中外来夹杂物的入侵。
关于钢中非金属夹杂物及有害(2)
各种夹杂物的线膨胀系数（0～800℃）
夹杂物类型 钢基体 硫化物 成分 MnS CaS CaO(Al2O3)6 CaO(Al2O3)2 CaO(Al2O3) 12CaO 7(Al2O3) CaO3(Al2O3) MgO· Al2O3 MnO·Al2O3 FeO·Al2O3 Al2O3 Cr2O3 （Al2O3)2· (SiO2)2 (MnO)2· (Al2O3)2· (SiO2)2 TiN MnO MgO CaO FeO Fe2O3 热膨胀系数 泊松比 12.5 0.29 18.1 0.3 14.7 8.8 5 0.23 6.6 7.6 10.1 8.4 0.26 8 0.25 7 5 0.24 2 9.4 0.192 14.1 0.306 13.5 0.178 13.5 0.21 14.2 12.3 -
硫含量对钢断面收缩率的影响
磷对钢性能的影响
• 钢中磷可以增加钢的强度和硬度、提高抗大气腐蚀能力、改善 切削加工性能、增加钢的脆性、改善钢的流动性等作用，故在 生产低碳镀锡薄板钢、耐蚀钢、易切削钢、炮弹钢及离心铸造 用钢的时候适当增加钢中的磷含量。但是对于绝大多数钢种， 特别是特殊钢来说，磷是有害的元素。 • 磷对钢的危害主要表现为使钢产生“冷脆”现象。实验发现， 随着钢中磷含量的增加，钢的塑性和韧性降低，使钢的脆性增 加，由于低温时脆性增加更为严重，所以称为“冷脆”。 • 造成“冷脆”现象的原因是，磷能显著扩大固液相之间的两相 区，使磷在钢液凝固结晶时偏析很大，先结晶的等轴晶中磷含 量较低，而大量的磷在最后凝固的晶界处以Fe2P析出，形成高 磷脆性夹层，使钢的塑性和冲击韧性大大降低。 • 磷是“易偏析元素”，磷的存在影响钢成分的均匀性，从而影 响钢性能的均匀性。
钢的非金属夹杂物
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。
非金属夹杂物分类及影响
钢中非金属夹杂物分类由于现代工程技术的发展对钢的强度、韧性、加工性能等要求日趋严格,所以对钢铁材质要求也越来越高。
非金属夹杂物作为独立相存在于钢中,破坏了钢基本的连续性,使钢组织的不均匀性增大。
因此钢中非金属夹杂物的存在,对钢的性能产生强烈影响。
根据非金属夹杂物的性质、形态、分布、尺寸及含量等因素的不同,对钢性能的影响也不同。
为了提高金属材料的质量,生产非金属夹杂物少的洁净钢,或控制非金属夹杂物性质和要求的形态,这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,是十分重要的。
鉴别非金属夹杂物的工作首先是在金相显微镜下进行,利用明视场观察夹杂物的颜色、形态、大小和分布;在暗视场下观察夹杂物的固有色彩和透明度;在偏振光正交下观察夹杂物的各种光学性质,从而判断夹杂物的类型,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、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、电子扫描法等等。
本文仅就用金相法检验钢中非金属夹杂物作一些介绍。
1钢中非金属夹杂物的来源分类1.1内生夹杂物它是金属在熔炼过程中,各种物理化学反应形成的夹杂物。
内生夹杂物一般来说分布比较均匀,颗粒也比较小。
1.2外来夹杂物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。
2钢中非金属夹杂物按化学成分分类2.1氧化物系夹杂简单氧化物有FeO、Fe2O3、MnO、SiO2、Al2O3、MgO、Cu2O等。
在铸钢中,当用硅铁或铝进行脱氧时,SiO2和Al2O3夹杂比较党见。
Al2O3在钢中常常以球形聚集呈葡萄状。
在铝、镁合金中,夹杂主要是Al2O3和MgO。
复杂氧化物,包括尖晶石类夹杂物和各种钙的铝酸盐等,钙的铝酸盐如图1所示。