钢中非金属夹杂物的金相分析与鉴定

吴敏

摘  要：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。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。本文通过分析钢中非金属夹杂物的来源，分布及对钢的质量的影响，对钢中非金属杂物进行分析，以供读者参考。

关键词：非金属;夹杂物;金相分析;显微鉴定

一、引言

当代工程技术的发展非常迅速，并且对钢的强度、韧性以及加工的性能要求逐渐增高，对刚才的质量要求也逐渐增高。而非金属杂质作为独立的相，存在于钢材中，非金属杂质的存在导致钢的连续性遭到破坏，整体钢组织结构的不均匀性增多了，进而对于钢的性能产生了非常剧烈的影响。而不同的非金属夹杂物的性质、形态以及尺寸等因素都不同，对于钢性能的影响也是不尽相同的。因此为了进一步提升金属材料的质量，并且生产非金属杂物含量较少的洁净钢材，需要控制非金属的夹杂物含量，而这是冶铸过程中非常艰巨的任务，对金相的分析工作者而言也应当从鉴定和分离非金属杂质入手，提升金属材料质量。

非金属夹杂物的鉴定首先需要通过金相显微镜进行颜色、形态、大小和分布上的观察与判定，并且在暗场下整体观察夹杂物的色彩与透明度;随后在偏振光的正交情况下观察各种夹杂物的光学性质，分析夹杂物的不同类型。同时可以依据夹杂物的分布情况和对应的数量，来评定相关的级别，判别这些非金属夹杂物对于钢材的性能的影响。当前对于钢中的非金属夹杂物鉴定和处理的方法也是较多的，包括化学处理法、岩相法、金相法以及电子探针法和电子扫描法等。本文依据金相法为基础，检验钢中的非金属夹杂物，对其展开深入的分析。

二、钢中非金属夹杂物的来源分类

（一）内生夹杂物

所谓内生夹杂物，是指在金属的熔炼过程中，经过各种物理和化学的反应，从而形成的夹杂物，这种夹杂物的分布一般来说也都是较为均匀的，有着较小的颗粒特点。

（二）外来夹杂物

所谓外来夹杂物，是指金属熔炼的过程和外界发生了物质的接触和交换，并进一步发生了相关的作用。例如炉料表面的对应砂土以及炉衬都是可以和金术液体互相作用的，并且可以形成一定的熔渣，滞留在金属的内部。在这个过程中也有可能外界加入了一些熔剂，这类夹杂物的特点是外形比较不规则，且整体尺寸都是较大的。

三、钢中非金属夹杂物的金相分析

（一）试样制备对鉴定夹杂物的影响

试样的制备过程是和整体钢质量有密切关联的，而如果想要运用普通的金相试样制备方法，就很可能会导致大量的夹杂物剥落，出现较为严重的“拖尾”情况。而如果想要准确的观察夹杂物的不同形态、大小和分布情况，就需要更为深入透彻的进行金相检测。相当一部分试样的表面是较为粗糙的，并且可以讓各向的异性能夹杂物不同向的效应变弱，造成判断上的对应错误。所以如果要鉴别夹杂物的不同种类，就需要精心的制备对应的非金属试样，保障其表面光洁度的同时，也要让夹杂物的相边界轮廓较为清晰，不能存在“拖尾”的情况。需要进一步制备金相的试样才能够更为准确的测定出夹杂物的特性。

（二）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。

在明视场下可以较为清晰的观察夹杂物的形状以及分布情况，包括其中的杂物分布、变形情况、夹杂物数量、组织特点等，进一步可以识别夹杂物的不同种属。

2.夹杂物的外形及分布

不同的夹杂物有着不同的几何形状，并且根据其中的元素有着一定的规则。根据国家现行的夹杂物形态与分布标准，标准图谱分为A、B、C、D和DS这五大类。

一般来说，硫化物类是具有高延展性的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角;氧化铝类为黑色或蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行（至少3颗）;硅酸盐类是有高延展性的单个呈黑色或深灰色夹杂物，一般端部呈锐角;球状氧化物类是不变形，带角或圆形，黑色或深灰色无规则分布的颗粒;单颗粒球状类是球形或近似圆形，直径大于等于13μm的单颗粒夹杂物。

3.夹杂物的透明度和色彩

从物理特点来看，也可以将夹杂物的透明性进行分类。透明度较高的夹杂物在暗场下有着较高的反光性，例如硅酸盐在大部分暗场中都有较为明显的反光特点。并且在暗场下呈现透明的情况。对应的一些硫化物和氧化铁没有特定的反观能力。不同的杂质在明场和暗场中的表现也是不同的，呈现出多种色彩。

4.夹杂物的定量分析方法

对于钢中的非金属夹杂物，采用金相法可以有效的对其进行分析和测定。所谓金相法，就是指利用金相显微镜，基于长度指数法来测定钢中的夹杂物含量。

在金相法中，采用对比的方式是因为被测样品的夹杂物整体含量不同，应当和标准评级的图片进行对比，分析其中夹杂物的多少、分布以及形状。

根据我国现行的夹杂物形态与分布标准，根据夹杂物的可塑性和对应分类可以划分为脆性的夹杂和塑性的夹杂两种，其测定的结果包括：不同实验样品的夹杂物级别不够;试验样品的夹杂物最高级别的算术均值;不同试样的夹杂物最高级别综合等。

同时要在评定的过程中注意调节视场的直径大小，运用测微目镜来测量十五个视场中不同夹杂物的长度与个数，以指数的方式相乘，求出不同夹杂物的总含量。

（三）非金属夹杂物对钢质量的影响

虽然在大部分钢材中，非金属的夹杂物含量不多，但是其对于钢材的产品质量有着较大的作用。并且硫化物的存在很有可能会导致钢材的热脆性。在钢材的冷态下，部分夹杂物的存在会影响钢材的强度和延展性，同时硬的夹杂物会明显降低钢材的断面收缩率。而非金属的夹杂物对于钢的抗拉强度也有了一定的影响，导致优良钢材破断的时候塑性断裂，钢中存在夹杂物的偏析或者夹杂物分布的时候，往往也是从这些地方开始断裂，导致钢材整体的强度急剧降低。而对于较为粗大的夹杂物而言，其存在也让钢材的整体试样出现不同的影响，从而出现折叠、翻折以及断层等情况，都是由于操作不当而导致大量的夹杂物残留在钢材之中。

四、结语

综上所述，虽然钢材中的非金属夹杂物含量较少，但对于钢材的性能影响是较大的，因此需要对这类钢材进行全面的检测以及研究，并且依据夹杂物在显微镜中的不同特征，运用金相显微的方式可以更全面的鉴定非金属夹杂物的级别，根据不同的标准进行钢材的质量，找出对应的规律同时，也会尽可能的降低有害的非金属杂质含量，提升钢材的整体质量。

参考文献

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