非金属夹杂物
非金属夹杂物评定类别
［ Ｍ］ ．Ｃ Ｒ Ｃ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ， ２ ０ ０ ９ ． ［ ２ ２ ］Ｆ ｅ ｒ ｇ ｕ ｓ ｏ ｎ Ｂ Ｌ ，Ｆ ｒ ｅ ｂ ｏ ｒ ｇ Ａ，Ｐ ｅ ｔ ｒ ｕ ｓ Ｇ，ｅ ｔ ａ １ ．Ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ －
［ １ ７ ］Ｂ ａ ｍｍ ａ ｎ ｎ Ｄ． Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａ ｃ ａ ｒ ｂ ｕ ｒ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ
ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｏ ｌ ： Ａ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ Ｃ ａ ｒ ｂ ｕ ｒ ｉ ｚ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ
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刊编辑部校对 ， 经本刊编委上海交大顾剑锋教授技术审定 。
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［ 知识 园地 ］
非 金 属 夹 杂 物 评 定 类 别
钢 中非金属 夹杂 物是钢 中夹带 的各 种非金 属物质 颗 粒 的统 称 ， 对 钢材 质 量评 价 有重 大作 用 。 国际 钢协 诠释 为 ： 当其直接 或 间接影 响产 品的生产 性能 或使用 性能 时 ， 该 钢就不 是洁净 钢 ； 如没有影 响 ， 就 可认 为是 洁 净钢 。一 般认 为洁净钢 是指 对钢 中的非金 属夹 杂物 （ 主要 是氧化 物 、 硫化 物 ） 进行严 格 控制 的钢 （ 包 括数 量 、 尺寸 、 分布 、 形状 、 类 型 的控制 ） 。而纯净 钢 则是指 除 对非金 属夹 杂物 进行 严格 控制 以外 ， 钢 中其他 杂质 元 素
含量 也少 的钢种 ， 杂 质元素 一般指 Ｃ（ 按材 料 而异 ） 、 Ｓ 、 Ｐ 、 Ｎ、 Ｈ、 ０及微量 元素 Ｐ ｂ 、 Ａ ｓ 、 Ｓ ｂ 、 Ｂ ｉ 、 Ｃ ｕ 、 Ｓ ｎ 。 按Ｇ Ｂ ／ Ｔ １ ０ ５ ６ １ －２ ０ ０ ５／ Ｉ Ｓ ０ ４ ９ ６ ７ ： １ ９ ９ ８ （ Ｅ）钢 中非 金属 夹 杂 物含 量 的测 定 标 准评 级 图显微 检 验 法把 钢
非金属夹杂物
概念 钢中存在的非金属化合物，如 氧 化物、硫化物、氮化物、硅酸物等都是独 立存在的相，统称为非金属夹杂物。
来源 主要是由脱氧产物和钢液凝固时 ，由于一系列物化反应所形成的各种夹杂 物组成。
非金属夹杂物
相关标准 GB/T 10561-2005 ISO 4967:2013(E) ASMT E45-13 DIN 50602-1985
评级原则： 每类分别评级
根据非金属夹杂物颗粒宽度的不同分成两 个系列，即粗系、细系 (DS除外) 。
每个系列由表示夹杂物含量递增的六级图 片组成，即0.5级～3.0级。，这些级别随着 夹杂物的长度或串（条）状夹杂物的长度 （A,B,C类），或夹杂物的数量（D类）， 或夹杂物的直径（DS类）的增加而递增。
表1 评级界限最小值
评级 图级 A总长度 别i μ m
0.5 37
夹杂物类别
B总长度 C总长度
μm
μm
17
18
D数量 个
1
DS直径 μm
13
1.0 127
77
76
4 19
1.5 261
184
176 9 27
2.0 436
343
320 16 38
2.5 649
555
510 25 53
3.0
898
822
非金属夹杂物
— 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；
钢中非金属夹杂物的检测
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。
金属冶炼过程中的非金属夹杂物控制
扫描电镜(SEM)
总结词
扫描电镜是一种高分辨率的显微镜，能够观察金属材料表面和内部的微观结构，适用于非金属夹杂物的检测和表 征。
详细描述
扫描电镜利用电子束扫描金属材料的表面，通过收集和分析反射回来的电子信号，形成高分辨率的图像。该方法 能够观察夹杂物的形貌、大小、分布和成分等信息，具有较高的精度和分辨率。
对金属材料性能的影响
力学性能
非金属夹杂物会降低金属的力学性能，如强度、韧性、疲劳寿命等 。夹杂物的存在会导致应力集中，降低材料的抗拉强度和疲劳极限 。
物理性能
非金属夹杂物对金属的物理性能也有显著影响。例如，夹杂物会降 低金属的导电性、导热性和磁性等。
工艺性能
非金属夹杂物还会影响金属的加工性能，如焊接、热处理、塑性加工 等。夹杂物的存在可能导致焊缝开裂、热处理时组织不均匀等问题。
X射线衍射(XRD)
总结词
X射线衍射是一种用于分析金属材料 晶体结构和相组成的检测方法，可以 用于非金属夹杂物的鉴别和定量分析 。
详细描述
X射线衍射利用X射线照射金属材料， 通过分析衍射图谱来判断材料的晶体 结构和相组成。该方法能够鉴别夹杂 物的矿物组成和含量，具有较高的精 度和可靠性。
04
非金属夹杂物的控制技术与实践
金属冶炼过程中的非金属 夹杂物控制
汇报人：可编辑 2024-01-06
目录
• 非金属夹杂物的基本概述 • 非金属夹杂物的来源与控制策略 • 非金属夹杂物检测与表征技术 • 非金属夹杂物的控制技术与实践 • 非金属夹杂物控制的效果评估与优化建议 • 案例分析：某钢厂非金属夹杂物控制实践
01
非金属夹杂物的基本概述
定期检查熔炼炉内衬，确保其完 好无损，防止剥落物混入金属溶 液。
钢中非金属夹杂物的鉴定
钢中非金属夹杂物的鉴定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[1-3]；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之一。
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。
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，各种物理化学反应形成的夹杂物[10-15]。
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[10-15]。
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。
非金属夹杂物的abcd分类
非金属夹杂物的abcd分类
非金属夹杂物ABcd分类是指专业人士根据非金属夹杂物所形成
的一系列分类方法。
为了弄清楚非金属夹杂物的结构特征，人们不仅
考虑各夹杂物的组分，还研究它们的比例和形态。
最近，人们发现，
将非金属夹杂物分成4个类别（ABcd）明显简化了它们的研究和分析。
A类夹杂物是由单细胞金刚石和超硬物质组成的，其具有规整的
构造，由金刚石的晶体以及超硬物质的核晶体组成。
因此，可以很容
易判断出，A类夹杂物是最强韧的，具有最高的硬度、抗拉强度和抗疲劳承受能力。
B类夹杂物有多种类型，其中一种主要由硫酸铁脱氢结晶而成，
具有不规则的层状构造。
它比A类夹杂物要弱，并具有较低的硬度、
抗拉强度、耐磨性和抗疲劳承受能力。
C类夹杂物主要由极细粉尘组成，具有不可均匀性，其粒子粒度小，表面分布不均匀，硬度低，但有时也可以具有较好的抗拉强度。
D类夹杂物大多为无规则结构，其中一种由由粉末无机物组成
（如硅砂、石墨云母等），具有疏松结构，抗弯性能低。
总之，非金属夹杂物的ABcd分类为我们提供了一种新的方法来
研究和分析非金属夹杂物的结构特征，有助于提高我们的了解，并利
用这一信息多方面改善材料的性能。
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。
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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。