钢夹杂物危害及应对措施
钢中非金属夹杂物对质量的影响及控制技术

钢中非金属夹杂物对质量的影响及控制技术夹杂物概念及分类1内生夹杂物钢在冶炼过程中,脱氧反应会产生氧化物等产物,若这些产物在钢液凝固前未浮出,将留在钢中;Mn+FeO → Fe+MnOSi+2FeO → SiO2+2Fe2Al+3FeO → 3Fe+Al2O3Ti+2FeO → 2Fe+TiO2溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元素在降温和凝固时,或固溶体中析出,最后留在钢锭中。
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,不过一般是不可避免的。
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。
这类夹杂物一般特性是外形不规则,尺寸比较大,也无规律,又称为粗夹杂。
这类夹杂物通过正确的操作是可以避免的。
按化学成分分类按变形能力分类按形态与分布分类A类(硫化物类):具有高的延展性,有较宽范围形态比的单个灰色夹杂物,一般端部呈圆角。
B类(氧化铝类):大多数没有变形,带角,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的胆颗粒夹杂物。
非金属夹杂物对钢性能的影响对使用性能的影响1、疲劳性能↓2、冲击韧性↓塑性↓3、耐腐蚀性↓对于尺寸小于10μm的夹杂物促进组织形核,焊接时组织晶粒长大。
(1)由于加入Nb、V、Ti等合金元素,在连铸、加热过程中都会析出,形核C、N化合物(一种微型夹杂物)(2)钙化处理的硫化物、硅酸盐类以及细小的氧化亚铁可以细化晶核。
钢中夹杂物的产生与去除途径

钢中夹杂物的产生与去除途径李振旭钢中夹杂物对钢质量的影响越来越受到重视,怎样减少钢中夹杂物对钢材性能的影响,各大院校、钢铁研究机构有很多研究成果及文献。
生产清洁钢有很多措施与手段,在此不作详细介绍,我想就电弧炉单设备冶炼,结合很多的文献作一下具体分析与验证。
钢中夹杂物的来源无非有两大类:一、外来夹杂。
二、内生夹杂。
外来夹杂是由原材料、炉渣、耐火材料等引起的。
如炼钢的废钢带入的泥沙、铅锌砷锑鉍等,出钢时钢液混渣,炉衬、出钢槽、盛钢桶等耐火材料的侵蚀、冲刷剥离等造成的。
内生的夹杂物是由脱氧产物、析出气体的反应产物构成的。
一般脱氧产物称为一次夹杂。
二次夹杂为钢液从浇注温度下降到液相线,由于温度下降气体的溶解度下降析出而产生的夹杂物。
三次夹杂是金属在固相线下由于结晶而产生的。
四次夹杂是结晶完成后到常温过程中由于发生组织转变而产生的。
由此可以看出钢中的夹杂物大部分是一次夹杂和二次夹杂。
外来夹杂通过现场管理及使用优质耐火材料是可以控制或减少的,三、四次夹杂是无法消除的,故此不做讨论。
重点讨论一二次夹杂的产生与去除。
钢在熔炼的过程中为了去除由原料带入的杂质及有害元素,往往采取氧化法冶炼。
利用碳氧沸腾来增加熔池的动能,通过一氧化碳的排出将熔于钢液中的气体及夹杂物去除,氧化以后钢液得到净化。
但当氧化结束以后,钢液中存在较多的溶解氧及氧化铁,这种钢液在浇注时会因气体含量高而引起冒涨而导致无法使用,那么就要对钢液进行脱氧操作。
目前脱氧主要有沉淀脱氧、扩散脱氧及两种方法结合的综合脱氧法。
硅铁、锰铁是目前最常用的脱氧剂,其他的有铝、硅铝铁、硅锰合金、硅钙合金、硅钙钡、硅铝钡、硅镁、镍镁合金混合稀土等等。
用于扩散脱氧的有碳粉、硅铁粉、硅钙粉、铝粉、碳化硅粉等。
作为沉淀脱氧剂的硅铁、锰铁等直接加入钢液,它的脱氧产物是SIO2和MnO,MnS等,用铝作为终脱氧剂脱氧其产物是AI2O3,其中一部分会上浮排除,当然还会有部分存在于钢液中,造成氧化物夹杂。
钢中夹杂物的去除方法

钢液中存在着夹杂物会严重影响着钢的性能,制约着钢材的使用,因此,必须采取有效措施,去除钢中夹杂物,改善钢的性能。
钢液中夹杂物的去除方法主要有钢液吹氩技术,结晶器电磁技术,中间包过滤技术。
1、吹氩技术吹氩搅拌是现代炼钢应用较为成熟的1种技术。
其原理是利用特殊装置将惰性气体均匀分散地吹入钢液中形成微小的气泡,气泡上浮时依靠界面张力将夹杂颗粒吸附在表面,上浮至液面除去。
在吹氩技术上又发展了1种技术,即中间包气幕挡墙,它是在包底埋入1排透气装置,通过向钢液内吹入微型气泡,形成1道气幕挡墙,夹杂物经过时与气泡发生碰撞,并吸附于气泡表面上浮,适合50-200μm夹杂物外墙岩棉复合板去除。
2、结晶器电磁技术结晶器电磁技术包括电磁搅拌和电磁制动,它们工作原理相似。
电磁搅拌是在结晶器内板坯后方设置直线运动式传感器,产生移动磁场,以驱动结晶器内弯月面附近的钢水沿着水平方向旋转流动,达到搅拌目的。
适合小于20μm夹杂物去除。
电磁制动是在结晶器的两个宽面处外加1对恒定的电磁场,使磁场方向垂直穿过结晶器的两个宽面。
钢液从水口侧孔流出后,高速垂直穿过磁场,因钢水导电,会产生感应电流,在电磁场作用下,钢液会受到和自身流动方向相反的电磁力,是钢液流动速度降低,达到制动的目的。
该技术最早由瑞典和日本联合开发,冶金效果良好。
3、中间包过滤技术中间包过滤技术是在挡墙挡坝的基础上增加过滤器装置,主要通过机械阻挡和表面吸附作用去除夹杂。
过滤器由带有微孔结构的耐火材料制成,它横跨在中间包的两个宽面上,将中间包完全隔开,钢水只能从微孔通过。
这样既延长了夹杂物在钢液中的停留时间,又保证了微型夹杂物在钢液中的停留时间,又保证了微型夹杂物有足够的时间吸附在过滤器上,达到去除夹杂物的目的。
适合大于20μm的所有夹杂颗粒。
应用中,现有的技术很难单独完成彻底去除夹杂的任务,所以应将多种技术结合起来,寻求更为合理可行的夹杂物去除方法和技术参数,做到“零夹杂”。
管线钢夹杂物的危害及来源

管线钢夹杂物的危害及来源发布时间:2014年04月21日点击数: 611)管线钢中夹杂物的危害管线钢中夹杂物主要以非金属化合物形态存在,如氧化物、硫化物、氮化物等,非金属夹杂物对钢的强度、塑性、韧性等性能有很大影响,这些影响与夹杂物的种类、数量、形状、分布有关,通常只有当非金属夹杂物的尺寸小于1μm,且其数量少、夹杂物彼此之间的距离大于10μm 时,才不会对材料的宏观性能造成影响,当然不同的钢种对钢的纯净度与钢中夹杂物的要求也不一样。
对管线钢性能影响较大的夹杂物主要有Al2O3、MnS及钙铝酸盐。
(1)Al2O3此类夹杂物为钢中内生夹杂物。
管线钢中,采用有Al脱氧工艺即用Fe-Al或Al脱氧时,Al2O3是常见氧化物夹杂物中对钢质影响最大的一类,它属于脆性不变形夹杂物,与基体的热变形能力差异较大,在热加工的应力作用下,大块的Al2O3等脆性夹杂物,经变形破碎成具有尖锐菱角的夹杂物,并成链状分布在基体中,这些坚硬的形状不规则Al2O3夹杂物能将基体划伤,并在夹杂物周围产生应力集中场直至在交界面处形成空隙或裂纹,同时作为应力集中点,在循环应力作用下,造成管线钢的疲劳断裂。
(2)MnS管线钢中线性硫化物是裂纹源,使产品易于断裂,对于中厚板易于产生SSC裂纹和HIC裂纹。
钢中硫等有害元素严重恶化钢的性能,主要表现在:损害全厚度韧性;降低上平台韧性和提高韧脆转变温度;导致性能各项异性,在横向和厚度方向上韧性严重恶化;增加热脆和焊接结晶裂纹的倾向性;导致氢致开裂;由于奥氏体转变可在夹杂物上形核,因而导致相变温度升高和软组织的形成。
(3)硅酸盐及钙的铝酸盐管线钢中此类夹杂物成分复杂,它的产生受钢液脱氧工艺、钢水条件及浇注系统中耐火材料使用情况等的影响,有内生的,也有外来的,还有内外共同作用的。
在轧制过程中,这些夹杂物保持原来的球点状。
特别是硅酸盐夹杂物,它在钢的凝固过程中,由于冷却速度较快,某些液态硅酸盐来不及结晶,其全部或部分以过冷液体即玻璃态的形式存在于钢中,在800℃~1300℃内,塑性依其组成不同变化很快。
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。
焊接产生的裂纹、夹杂和夹渣及防止措施

1.气孔、夹杂和夹渣及防止措施(1)气孔焊接时,熔池中的气体在固体时能逸出二残留下来所形成的空穴成为气孔。
气孔是一种常见的焊接缺陷,分为焊接内部气孔和外部气孔。
气孔有圆形、椭圆形、虫形、针状形和密集型等多种,气孔的存在不但会影响焊缝的致密度,而且将减少焊缝的有效面积,降低焊缝的力学性能。
产生原因:焊件表面和坡口出有油、锈、水分等污物存在;焊条药条药皮受潮,使用前没有烘干;焊接电流太小或焊接速度太快;电弧过长或偏吹,熔池保护效果不好,空气侵入熔池;焊接电流过大,焊条发红、药皮提前脱落,失去保护的作用;运条方法不当,如收弧动作太快,易产生缩孔,接头引弧动作不正确,易产生密集气孔等。
防止措施:焊前将坡口两侧20~30mm范围内的油污、锈、水分清除干净;严格地按焊条说明书规定的温度和时间烘培;正确地选择焊接工艺参数,正确操作;尽量采用短弧焊接,野外施工要有防风设施;不允许使用失效的焊条,如焊芯锈蚀,药皮开裂、剥落,偏心度过大等。
(2)夹杂和夹渣夹杂时残留在焊缝金属中由冶金反映产生的非金属夹杂和氧化物。
夹渣时残留在焊缝中的熔渣。
夹渣可以分为点状夹渣和条状夹渣两种。
夹渣削弱了焊缝的有效断面,从而降低了焊缝的力学性能,夹渣还会引起应力集中,容易使焊接结构在承载时遭受破坏。
产生原因:焊接过程中层间清渣不净;焊接电流太小;焊接速度太快;焊接过程操作不当;焊接材料与母材料化学成分匹配不当;坡口设计加工不合适等。
防止措施:选择脱渣性能好的焊条;认真地清除层间熔渣;合理地选择焊接参数;调整焊条角度和运条方法。
2. 裂纹产生的原因及防止措施裂纹按其产生的温度和时间的不同分为冷裂纹、热裂纹和再热裂纹;按其产生的部位不同分为纵裂纹、横裂纹、焊根裂纹、弧坑裂纹、熔合线裂纹及热影响区裂纹等。
裂纹时焊接结构中最危险的一种缺陷,甚至可能引起严重的生产事故。
(1)热裂纹焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区间所产生的焊接裂纹成为热裂纹。
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
铁道车辆用车轴钢夹杂物分析及改善措施_1

铁道车辆用车轴钢夹杂物分析及改善措施发布时间:2022-08-10T03:19:17.978Z 来源:《城镇建设》2022年第5卷第3月第6期作者:莫子懿[导读] 在铁道车辆中,车轴钢是非常总要的一项内容。
莫子懿南宁轨道交通运营有限公司广西南宁市 530000摘要:在铁道车辆中,车轴钢是非常总要的一项内容。
本文首先分析了LZ50车轴钢生产工艺流程,其次探讨了夹杂不合原因,最后就改进措施及效果进行研究,以供参考。
关键词:车轴钢;大颗粒夹杂物;炼钢;中间包;浸入式水口引言随着高碳铬不锈钢技术标准的不断升级,特钢行业对航空轴承材料的质量要求越来越高。
G95Cr18是高碳高铬马氏体不锈钢典型钢种之一,具有良好的耐蚀、抗高温能力,作为轴承材料在航空工业中得到广泛应用。
该钢中夹杂物(尤其是氧化物、点状夹杂)显著降低钢的塑性、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1LZ50车轴钢生产工艺流程国内某钢厂车轴钢采用80t电转炉冶炼-80tLF精炼-80tVD真空脱气—连铸准690mm大圆连铸坯—铸坯红送—热轧250mm×250mm工艺流程生产。
采用电转炉冶炼,其成分要求如表1所示。
出钢要求C0.10%~0.51%,P≤0.010%,出钢温度范围为1640~1680℃。
LF精炼主要采用铝脱氧,LF精炼工序在调白渣后,保持时间≥25min。
LF出钢参考温度为1655~1675℃;VD真空处理需在高真空度(≤67Pa)下保持时间≥20min;脱气目标:钢液中[H]≤1.5×10-6,软吹时间≥15min。
连铸过程中过热度保持在(25±5)℃,中间包使用碱性覆盖剂,保护渣采用车轴钢专用保护渣,连铸二冷水配水采用弱冷工艺,拉速控制在0.20~0.24m/min,同时配备有结晶器电磁搅拌(M-EMS)、二冷区电磁搅拌(S-EMS)、末端电磁搅拌(F-EMS)。
连铸坯在红送到加热炉后其预热温度为700~900℃,加热速度≤150℃/h,均热温度控制在1260~1290℃;开轧温度1200~1250℃,终轧温度控制在850~950℃。
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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)。
(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的形态出现。
(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SiO2 40--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> 100μm。
(2)中型:也叫显微型,尺寸1-100μm。
(3)小型:也叫超显微型,尺寸<100μm。
三、夹杂物的来源钢的冶炼、浇注及凝固结晶是一个复杂的物理一化学过程。
内生夹杂是钢在液态及凝固过程中,由于复杂的化学反应而生成的各种化合物,当钢液凝固时,它们来不及上浮而嵌入钢中;或者是高温下溶解在钢中的非金属物质,当钢液温度降低时,这些非金属物质在钢中的溶解度降低而从钢中析出,以夹杂物的形式存在于钢中。
如液态铁在1540 ℃时,可溶解 1.26的硫,在固态下,硫几乎不溶于铁,结果当铁凝固时,就以硫化铁夹杂物的形式出现。
又如液态铁在l 520 ℃时,可溶解0.16 的氧,常温下氧在铁中的固溶度仅为0.035 ,超过此固溶度的氧也是以各种氧化物夹杂的形式存在于钢中。
一般炼钢生产多以锰铁、硅铁及铝等金属作为脱氧剂。
它们与氧结合生成的氧化物不能上浮至钢渣除去,即成为钢中的非金属夹杂物。
此外,还有氨,它在铁中的溶解度极小,在590 ℃时仅约为0.1 ,常温时仅0.00001左右、一般很少考虑它的影响,但在冶炼不锈钢时,由于钢中的合金元素钛、铬、铌与氮的亲合力很大,加之钢液可自大气中吸收大量的氮,因此使钢中出现氢化物夹杂。
所以,钢中的内在夹杂物,一方面是由于气体造成的,另一方面,也可以说是脱氧去气反应的产物。
外来的非金属夹杂物,主要是冶炼及浇注操作时的疏忽,混钢中的钢渣,或者是由于耐火材料质量不高,由炉衬、出钢槽、盛钢桶及浇注系统中剥落而混入钢中,当钢液凝固时,它们未能浮出而存在于钢中。
通常情况下,严格地区分内在的与外来的这两类非金属夹杂物是比较困难的。
一般地讲,内在夹杂物多比较细小,不容易控制;外来夹杂物多比较粗大,在很大程度上取决于一些偶然因素,通过加强操作等可予以避免。
钢中非金属夹杂物的存在,破坏了金属的连续性,降低钢的机械性能、物理性能、化学性能及工艺性能塑性夹杂物过高,会引起钢的热脆性。
钢中较多的非金属夹杂物,淬火时会引起应力集中而形成裂纹,降低疲劳强度,甚至使工件直接报废;夹杂物的存在,会使零件在腐蚀介质中在夹杂物处引起腐蚀。
按钢的冶炼流程,在以下各个环节都有可能引起铸坯产生夹杂物:1.转炉出钢下渣挡渣出钢效果相对较差,出钢时带入钢包中的炉渣较多,再加上使用过的钢包有的不太干净,出钢时很多剩渣夹裹在钢水中,污染了钢水。
有的炉次吹气精炼不好,直接浇注,脱氧产物及钢水中悬浮的炉渣不能充分上浮,也造成钢水的污染。
2.钢包、中间包包衬侵蚀物在生产过程中如果钢包包衬侵蚀物进入钢水,尤其是LF精炼炉升温时对钢包上部打结料的侵蚀严重,会造成包衬侵蚀污染钢水。
大量的中间包填充料(粘土砖粉)和绝热板残块进入钢水也会造成污染,而被中间包填充料污染的钢水极易通过浸入式水口进入结晶器,所形成的夹杂物的尺寸也是最大的,对钢板性能的破坏亦最明显。
另外,浇注后期涂料侵蚀透后,中间包打结料侵蚀进入钢水也造成污染。
3.钢水二次氧化钢水由大包到中间包应采用全程密封保护,但在实际使用中,上部钢流往往暴露与空气中造成二次氧化。
还有浇注过程中用氧气烧高压保护箱内壁上的钢瘤等时形成的氧化物极易进入结晶器凝入坯壳。
精炼炉吹氩时,如果片面追求快速降温或缩短精炼时间,会使氩气压力过高,使大包液面翻动过大,一方面造成钢水面裸露二次氧化,另一方面,液面过度翻动使表面渣层裹入钢水,污染钢水。
4.中间包污染浇注过程中,上下炉钢水连接时,往往由于生产组织或其它方面的原因,造成连接不好,下炉钢水不能及时再浇,中间包液面过低,上层的渣子随水口涡旋进入结晶器。
中间包不干净,杂物及耐火材料碎块也污染钢水。
5.结晶器液面波动如果中间包塞棒开闭和拉速调整是由人工控制,结晶器有时液面波动较大,并且前一时期浸入式水口侧孔角度偏小,插入深度经常变化以改变水口渣线的位置,都加剧了结晶器液面的波动,保护渣被钢流冲至水口到侧弧板二分之一的位置聚集,并被钢流卷入钢水中,而结晶器面上下波动最易造成铸坯弯月面处初生坯壳皮下裹渣。
四、夹杂物对钢质量和性能的影响钢的性能主要取决于钢的化学成分和组织。
钢中夹杂物主要以非金属化合物形态存在,如氧化物、硫化物、氮化物等,造成钢的组织不均匀,而且它们的几何形状、化学成分、物理因素等不仅使钢的冷热加工性能和某些理化指标恶化,而且还会降低钢的机械性能和疲劳性能。
使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏。
通过研究钢中夹杂物的行为,采用相关技术防止钢中夹杂物的进一步形成和减少钢液中已存在的夹杂物,对生产高纯净度的钢乃至于提高钢的性能具有十分重要的意义。
金属材料受力断裂的过程分三个阶段:一是裂纹萌生,二是裂纹扩展,三是断裂。
钢中大量夹杂物的存在,一方面剖裂了金属基体,减少了钢受力的有效横截面积,另一方面又提供了大量的裂纹源,使钢在较小的载荷作用下,便以某个夹杂为裂纹源产生应力集中,当这个应力增大到某一数值时,随即就在裂纹源处萌生裂纹。
萌生的裂纹一旦出现,应力松动效应便同时产生,因此在继续增加载荷时,所产生的应力不再增加,而被裂纹的扩展所松动。
推动裂纹扩展的应力大小由夹杂物的数量多少、尺寸大小、分布状态及其与应力的位相关系等因素决定。
它有时小于,则屈服点消失;有时它大于物理屈服现象虽然清晰可见,但往往引起钢材过早疲劳断裂,造成强度极限低废。
夹杂物对钢的性能影响的具体程度决定于一系列因素。
在考虑钢中夹杂物对钢的性能影响的时候,应当注意夹杂物的数量、颗粒大小、形态及分布,不同夹杂物与钢基体的连接能力的大小,夹杂物的塑性和弹性系数的大小,以及热膨胀系数、熔点、硬度等几何、化学和物理学方面的因素。
1.夹杂物对强度的影响当夹杂物颗粒比较大(>10μm),特别是夹杂物含量较低时。
明显降低钢的屈服强度,且同时降低钢的抗拉强度;当夹杂物颗粒小到一定尺寸(<0.3μm)时,钢的屈服强度和抗拉强度都将提高。