钢中细小夹杂物的研究方法探讨

摘!要 以氧化物冶金领域中研究 最 为 广 泛 的 钛 脱 氧 产 物 为 例 通过扫描电镜 对金相 : ;' 大样 电解 萃取夹 杂物后 < 射线 衍射 分析 金 属薄 膜法制 样 试样和电解夹杂物 的 观察 < = > 的透射电镜 分 析 采用离子减薄技术后的电子背散射衍射 分析和通过采用 ? ;' ; @ : > 对细小夹杂物的研究方法尤其是内部结构和物相组 成的 研究 进 = ? A 法制样的透射电镜分析 行了探讨 实践表明 小样电解是提取钢中细小夹杂物的最好方法 而大样电解可能对夹杂物 造成损害 微米级夹杂物采用金属薄膜法制样 比较 困难 但 采用离 子减 薄后 在: ;' 下 可 清 晰的观察夹杂物的内部结构并采用 ; @ : > 分析其相组成 关键词 扫描电镜 透射电镜 离子减薄 细小夹杂物 物相
冶金分析 ! " # $ ! " # "! $ " # " # % & ! " # $ ' ( ) * + + , / 0 * +1 2 * + 4 / 4 ! " # "! $ " # " # % & . 3 文章编号 # " " "56 & 6 # ! " # " # "5" " " #5" &
钢中细小夹杂物的研究方法探讨
! 齐江华#! ! 吴 ! 杰#! 索进平!! 薛正良$! 付 ! 兵$! 田 ! 青#
" 集团 # 公司研究院 ! 湖北武汉 !8 湖北武汉 !8 # 7 武汉钢铁 " $ " " 9 "% ! 7 华中科技大学 ! $ " " 6 8% 湖北武汉 !8 # $ 7 武汉科技大学 ! $ " " 9 #
#! 结果和讨论
# " !! 夹杂物的外部形貌和尺寸研究方法 对于夹杂物的 外 部 形 貌 和 尺 寸 ! 目前常用的 方法是金相法和电解法 ' 如图 # 是金相试样上利 用: ;' 观 察 的 ? / % A % ' 2 % : 形 成 夹 杂 物 的 形 貌' 其中图 # 图# * 是二次电子像 ! T 是背散射电子像 ' 图# 图 *是反映夹杂物大小和成分的最常见 方法 ! 根据不同物相 # T 是在金相试样上的背散射 观察 !
( C)
纳米级夹杂物 ! 对微米级夹杂物来说只能采用金属 薄膜法 ! 通过 1 -离子对钢片和夹杂物同时进行轰 达到减薄夹杂物的目的 ' 但此方法的最大缺点 击! 是在钢片减薄至数百纳米甚至几个纳米过程中 " 高 分辩# ! 在能观察的区域夹杂物容易脱落 ' 将采用金属薄膜法制取的钛脱氧钢样品置于 绝大部分微米级夹杂物已经 ? ;' 下 观 察 发 现 ! 脱落 ! 在可观 察 的 区 域 内 仅 找 到 一 颗 ? / % A % ' 2 % : 形成的微米级复 合 夹 杂 物 ! 对此夹杂物中心最薄 区域进行 了 电 子 衍 射 和 高 分 辨 分 析 ! 如图8 " 图 ' 由于 8 * 上 1 点附近区域为夹杂物中心最薄区 # 中心区域夹杂物衍射花样 杂点 太多 " 如图 8 ! 标 T# 量出高分辨图象的晶格间距" 定困 难 ! 7 # 6 D2 E " 如图 8 # ! 却对应于立方晶系 ' " # 晶面 ' 0 2 : "! !! "
( ) $
置于抛光的金属片 " 如M 小样电解萃取出夹杂物 ! , 片# 上! 利用扫描电镜 " 和能谱仪 " # ! 对夹 : ;'# ; > : 杂物进行形貌 & 尺寸和元素组成分析 ' 如图 ! 是按 照此法观察到钛脱氧钢中夹杂物清晰的外部形貌 ! 微米级的钛氧化物 & 钛氮化物都能利用小样电解完 可见小样电解萃取夹杂是目前观察 整的萃取出来 ! 细小夹杂物形貌和尺寸的最好方法之一 '
# " #! 夹杂物的内部结构和物相研究方法 # " # " !! 夹杂物 A B C 分析 ! 常用的 ! 种物相研究 方法是 < 衍 射 和 透 射 电 镜 下 的 选 区 电 子 衍 射 " ' 对于 钢 中 夹 杂 物 尤 其 是 细 小 夹 杂 物 来 : 1 ># 说! 要提取足 够 < 衍 射 分 析 的 样 品 ! 采用小样电 解的方法萃取十分困难 ' 本文尝试了通过大样电 置于光滑 解的方法提取了 钛 脱 氧 钢 中 的 夹 杂 物 ! 的玻璃片上 ! 采 用 < 微 区 衍 射 进 行 分 析! 结果如 图$ 所 示'研 究 结 果 表 明! 钛脱氧钢中生成产物 为? / A !' + ! +
中图分类号 ? B # 8 ! 7 # $!!!! 文献标识码 1
形态 & 尺寸和分布对钢材 !! 钢中夹杂物的类型 & 夹杂物的控制技术越来越 性能有着重要的 影 响 ! 受到了冶金和材料界的高度重视 ' 随着冶金技术 传统的有害夹 杂 物 " 如粗大的 ' 的不断提高 ! 2 :& 已经能够得到有效控制 ' 但 近年来 ! 随 1 + !A $ 等# 着氧化物冶金技术的提出和大量功能钢铁材料的 钢中细小的 有 利 夹 杂 物 成 为 了 夹 杂 物 研 究 出现 ! 领域的重点
' 通过
图 #! 非水溶液小样电解萃取的各种夹杂物外部形貌 ' ( " #!* + ,/ . : + . 4 . 6 ( 2 4 1 5 ( . 2< + : . 1 +5 / = 4 4 5 = / 4 ,, 4 , < : . 4 ? = < ( . 2. 62 . 2 7 = 1 , . 1 5 5 . 4 1 < ( . 2 ) 0 ) >. ) 0 > @
'为了弄清这些夹杂物的形核过
程和功能机制 ! 更好的利用夹杂物 ! 首先必须对夹 尤其需要对夹杂物的内部结 杂物进行全面认 识 ! 构和物相组成进行研究 ! 但目前对细小夹杂物 " 尺 寸为 #"$# 的具体研究方法或研究细节 E 左右 # 的报道很少 ' 本文以氧化物冶金技术中研究最为 广泛的钛脱氧产 物 为 例 ! 对钢中细小夹杂物的各 种研究方法进行 了 总 结 和 对 比 ! 为广大冶金工作 者对今后夹杂物的研究工作提供参考 '
'分散晶体法是
将电解萃取出的 夹 杂 物 溶 于 有 机 溶 液 中 ! 经超声 分散 于 导 电 支 持 膜 上 用 于 电 镜 观 察 ' 此 震荡后 ! 方法的优 点 在 于 可 以 观 察 整 个 夹 杂 物 的 完 整 形 貌! 缺点在 于 只 能 应 用 于 极 细 小 夹 杂 物 " 或析出 物# 的观察 % 萃取复型法是将抛光后的金相试样经 过一次腐蚀 & 喷碳 & 二次腐蚀后脱膜 ! 最后将带有夹 杂物和组织特征的碳膜捞在支持铜网上用于 电镜 此方法的优点在于一方面可以观察到夹杂物 观察 ! 同时还能观察到机体组织的复型 ' 但是上 的实物 ! 述两种方法本身都不能将夹杂物减薄 ! 都只能用于
图D B C 分析结果 ! 采用大样电解萃取的钛脱氧产物 A ' ( " D!$ , < : 1 /. 6A B C: , 5 1 4 < . 6* ( 7 3 , . E ( 3 ( ? , 3 ) 0 : . 3 1 < 5 < + : . 1 +9 ( 5 = / 4 ,, 4 , < : . 4 ? = < ( . 2 0 ) ) 0 >
图 F! 透射电镜分析 ' ( " F!* %&= 2 = 4 5 ( 5 ) >
# % # % # ' * 7 夹杂物形貌 " R 2 0 + , 4 / J 2X * ) ) ( 2 T 衍射花样 " : 1 >X * ) ) ( 2 0 7 高分辨图象 " [= ;' . * H X
# " # " D! 夹杂物 $ %& 和 % G $ C 分析 ! 为 了弄清 夹 杂物的立体形貌 ! 将透射电镜样品置于扫描电镜 找到这颗夹杂物 ! 如图 & 所示是形如 下进行观察 ! , 桃状的 ? / % A % ' 2 % :形成复合夹杂物的内部形 貌! 对该夹杂物进行了元素分布面扫描发现 ! 该夹 杂物 , 桃核 部分 是 ? 外围是 ' / % A 化 合 物! 2 :" 1 点所示区域的确为 ' # ' 2 : 从图 8 和图 & 对比可以发现 ! ? ;' 下的二维 图 象 很 难 真 正 看 到 夹 杂 物 的 内 部 形 貌! 而: ;' 下的立体图象却可以清晰反应出复合夹杂物的内 部结构 ' 对于此 类 微 米 级 复 合 夹 杂 物 来 说 ! 由于 在离子减薄的过 程 中 ! 复合夹杂物内部不同物相 本身 的 价 键 结 构 和 表 面 硬 度 等 不 同 ! 在1 -离 子 轰击过程中会造成夹杂物的厚薄不均 ' 例如该夹 杂物外围的 ' 2 : 减薄速度相对 ? / % A 化合物较快 " 因夹杂物呈球 状 ! 中 心 厚& 外围薄也是重要原因 之一 # ! 如果要使 ? / % A 化合物达到电子束可以穿