钢中非金属夹杂物与金相鉴定分析

段丽飞，周 海

（江苏长强钢铁有限公司，江苏 靖江 214500）

钢中非金属夹杂物的金相鉴定工作是一项十分复杂与专业的工作，对钢中非金属夹杂物的判定十分重要，也能够对钢的质量进行反映。在金相显微镜下，对非金属夹杂物的形态与颜色等进行判断，并对透明度等各种性质进行分析。目前对钢中非金属夹杂物的判定有很多种方法，而本文在分析中以金相鉴定进行阐述。

1 钢中非金属夹杂物的来源

钢中非金属夹杂物一般情况下可来源于内生夹杂物与外来夹杂物。第一，内生夹杂物。在金属进行熔炼过程中，夹杂物是在物理与化学反应下生成的[1]。就内生夹杂物来说，分布都比较均匀，且具有细小的颗粒。第二，外来夹杂物。在金属进行冶炼过程中，当与外界产生作用后就会产生夹杂物。当金属冶炼过程中与炉料表面的沙土等进行作用后，就会产生一些熔渣留在金属中。外来夹杂物一般表现为大尺寸与不规则的外形等。因此只有对钢中非金属夹杂物的来源进行分析判定，才能做好下一阶段的工作，并更好的开展对钢中夹杂物的分析。

2 钢中非金属夹杂物按化学成分分类

在钢中非金属夹杂物按化学成分分类可分为三种，分别为氧化物系夹杂、硫化物系夹杂、氧化物夹杂，下面就对这三种夹杂物进行分析。

2.1 氮化物系夹杂

在炼钢过程中利用硅等进行脱氧处理时，会出现一些常见的Al2O3等夹杂物。Al2O3在钢中的形态一般以球形聚集呈颗粒状成串分布[2]。在一些复杂氧化物中，这些物质包括晶石类夹杂物等，复杂氮化物一般包括硅酸盐夹杂。出现这些夹杂的原因是由于钢在凝固过程中，冷却速度控制不合理，速度过快就会出现这样的情况，当液体硅盐酸还尚未凝结，它的形态就会保存在钢中，呈现的形态为玻璃。

2.2 硫化物系夹杂

在钢中产生的FeS等。在熔点较低的情况下，FeS很容易出现“热脆”的情况，因此对钢的要求是一般要有足够量的Mn，这样才能在熔点较高的情况下，产生MnS，对FeS产生的危害进行消除或者降低，所以一般情况下硫化物夹杂物为MnS。在铸态钢中，硫化物夹杂一般为，第一，球形形态,该夹杂物一般产生于硅铁脱氧不完全的钢中；第二，金相下的形态，一般与针状夹杂为主；第三，块状形态,一般情况下分布别较为随意，且具有不规则的外形，出现的情况为过量的Al。

2.3 氮化物夹杂

将氮亲和力较大的元素加入钢中，就会形成AlN、TiN等C化物。当在对钢进行浇注过程中，会与空气进行接触，这时在钢中，氮气的溶解就会增加，这时就会产生氮化物。

3 非金属夹杂物对钢质量的影响

在钢中非金属夹杂物的数量并不多，但对钢质量却有十分重要的影响，因此对非金属夹杂物对钢质量的影响研究十分重要[3]。钢的热脆性是由硫化物决定的。在钢的冷态下，钢的强度与延展性会受到夹杂物的影响。当钢中存在一些较为坚硬的角状夹杂物时，钢的断面收缩率会明显降低。对非金属夹杂物对钢质量的影响分析，能够让人们更加直观的看到这些夹杂对钢产生的影响，进而对钢中金属夹杂有一个良好的认识，并为提高钢的生产工艺具有重要作用。

钢的抗拉强度也会受到非金属夹杂的影响。当一些优良钢材出现破断后，一般属于塑性断裂，夹杂物偏折存在于钢中，这就会产生断裂，一般情况下存在这种情况下往往都会使钢的强度快速降低。

当钢中存在的夹杂物较为粗大时，对钢质量的影响也较大。同冷弯实验发现，当钢出现折叠等情况时，断口处会出现大量的夹杂物，这些夹杂一般呈颗粒状，严重为白色。造成钢中出现这种夹杂的原因基本都是有操作不当引起的。

4 试样制备对鉴定夹杂物的影响

对钢中夹杂物的鉴定工作会受到试样制备的影响。当在夹杂物鉴定过程中，选择普通金相试样的制备方法，一般情况下就会造成大量夹杂物的脱落，出现这种情况就会无法有效鉴定“拖尾”现象，也无法对夹杂物的形状、颜色、大小等进行准确的观察，对夹杂物的观察造成极大干扰。当试样表面过于粗糙时，异性夹杂物就会出现异性效应减弱的现象。严重的情况下会出现判断失误。所以在对试样进行选择过程中，为提高对夹杂物的鉴别工作，就要对试样进行精心准备，并保证表面的光滑细腻，且保证夹杂物的轮廓清晰。对试样的精心选择，就会降低出现剥落的情况，也会降低出现“拖尾”的情况，这样就能良好的保证夹杂物的光学性质，进而提高钢中夹杂物鉴定质量。因此试样制备的典型性选择，是对夹杂分析效果的重要内容，因此在实验前要合理选择夹杂试样。

5 钢中非金属夹杂物在显微镜下的特征及鉴定

（1）明视场下观察。对夹杂物的形状、大小与组织等在明视场下进行观察，并对夹杂物的属性等进行识别。

（2）夹杂物的外形。在显微镜下，钢中夹杂物外形有不同的形状，且不具有统一的规则。一般情况下球状的以玻璃质的SiO2为主，方形的则为TiN。当出现不规则形状时，一般以FeO的鹅卵形为主，碎粒状则一般以多角铝硅酸盐居多。

（3）夹杂物的分布。在钢中夹杂物的分布分为以下几种：第一，孤粒状，一般是硅盐酸出现这种状态分布；第二，串状分布，一般是MnO等氧化物聚集在一起时出现这种情况；第三，沿晶界分布，一般情况是FeS等。

（4）夹杂物的透明度与色彩。一般情况下在钢中夹杂物可以分为两种类别，分布为透明与不透明。夹杂物为透明的状态，在暗场下就会显得十分明亮，比如在钢中的硅盐酸就在暗场情况下具有较强的反光能力。在暗场情况下为透明状，且周围有反光的光环，在偏光情况下则出现黑暗的十字情况。在明场情况下硫化物等没有反光能力。在明场下，TiN具有较强的反光能力，颜色一般为金黄色。而灰蓝色为MnS。

（5）夹杂物的定量分析方法。在对夹杂物进行定量分析时，金相法是应用十分普遍的一种方法，在应用中较为简单与方便[6]。该方法其实就是通过显微镜，对钢中夹杂物含量通过对比、长度指数等方法进行测定。

（6）对比法。对被测试样品中的夹杂物大小、分布等进行测定，并与相关标准进行对比，从而得出夹杂物含量。我国对夹杂物的相关标准在不断完善中，日后该方法的应用也会越来越普遍。

国家标准为YB25-77，在其中将夹杂物的可塑性进行分类，一般分为脆性与塑性夹杂；对分布进行分类，一般分为集中与分散分布，在标准中，对定量的结果进行表示时，具有下面几个方法：第一，对钢的试样中，不同的夹杂物的最高级别进行表示；第二，对不同试样的不同夹杂物的最高级别的算术平均值进行计算与表示；第三，对不同试样中不同夹杂物最高级别的总和进行计算。值得注意的是，在评定过程中要对视场的直径大小进行保证，在YB25-77中，直径为0.8mm，当夹杂物的合格存在一定争议时，这时就要严格要求视场的大小。第四，夹杂物在钢中的含量是通过长度指数来表示时，要在测量过程中，要选在15个视场在检验面上，且要保证视场的均匀，对15个视场利用测微目镜进行测量过程中，要在每一个视场中夹杂的长度与数量进行准确测量，并将计算结果与相应的指数相乘，然后再将相乘算得的结果相加，最后就能算出每类夹杂物的总含量。

6 结语

综上所述：在钢中虽然夹杂物的含量十分少，但对钢的质量具有重要影响，因此就要对钢中的夹杂物进行研究。通过显微镜对夹杂物的特征进行分析，并在金相显微的方法下进行检验，这样就能对钢中夹杂物的含量以及性能进行鉴定，以及对其级别进行分析，并按照国家相关标准对钢的质量进行判断。这样才能在分析中对炼钢过程中的工艺进行优化，降低在钢中夹杂物的含量，这样才能提高钢的整体性能与质量，进而实现我国钢铁行业的可持续发展。