鋼中非金屬夾雜物的金相分析與鑒定

吳敏

摘? 要：非金屬夾雜物作為獨立相存在于鋼中，破壞了鋼基本的連續性，使鋼組織的不均勻性增大。因此鋼中非金屬夾雜物的存在，對鋼的性能產生強烈影響。現代工程技術的發展對鋼的強度、韌性、加工性能等要求日趨嚴格，所以對鋼鐵材質要求也越來越高。本文通過分析鋼中非金屬夾雜物的來源，分布及對鋼的質量的影響，對鋼中非金屬雜物進行分析，以供讀者參考。

關鍵詞：非金屬;夾雜物;金相分析;顯微鑒定

一、引言

當代工程技術的發展非常迅速，并且對鋼的強度、韌性以及加工的性能要求逐漸增高，對剛才的質量要求也逐漸增高。而非金屬雜質作為獨立的相，存在于鋼材中，非金屬雜質的存在導致鋼的連續性遭到破壞，整體鋼組織結構的不均勻性增多了，進而對于鋼的性能產生了非常劇烈的影響。而不同的非金屬夾雜物的性質、形態以及尺寸等因素都不同，對于鋼性能的影響也是不盡相同的。因此為了進一步提升金屬材料的質量，并且生產非金屬雜物含量較少的潔凈鋼材，需要控制非金屬的夾雜物含量，而這是冶鑄過程中非常艱巨的任務，對金相的分析工作者而言也應當從鑒定和分離非金屬雜質入手，提升金屬材料質量。

非金屬夾雜物的鑒定首先需要通過金相顯微鏡進行顏色、形態、大小和分布上的觀察與判定，并且在暗場下整體觀察夾雜物的色彩與透明度;隨后在偏振光的正交情況下觀察各種夾雜物的光學性質，分析夾雜物的不同類型。同時可以依據夾雜物的分布情況和對應的數量，來評定相關的級別，判別這些非金屬夾雜物對于鋼材的性能的影響。當前對于鋼中的非金屬夾雜物鑒定和處理的方法也是較多的，包括化學處理法、巖相法、金相法以及電子探針法和電子掃描法等。本文依據金相法為基礎，檢驗鋼中的非金屬夾雜物，對其展開深入的分析。

二、鋼中非金屬夾雜物的來源分類

（一）內生夾雜物

所謂內生夾雜物，是指在金屬的熔煉過程中，經過各種物理和化學的反應，從而形成的夾雜物，這種夾雜物的分布一般來說也都是較為均勻的，有著較小的顆粒特點。

（二）外來夾雜物

所謂外來夾雜物，是指金屬熔煉的過程和外界發生了物質的接觸和交換，并進一步發生了相關的作用。例如爐料表面的對應砂土以及爐襯都是可以和金術液體互相作用的，并且可以形成一定的熔渣，滯留在金屬的內部。在這個過程中也有可能外界加入了一些熔劑，這類夾雜物的特點是外形比較不規則，且整體尺寸都是較大的。

三、鋼中非金屬夾雜物的金相分析

（一）試樣制備對鑒定夾雜物的影響

試樣的制備過程是和整體鋼質量有密切關聯的，而如果想要運用普通的金相試樣制備方法，就很可能會導致大量的夾雜物剝落，出現較為嚴重的“拖尾”情況。而如果想要準確的觀察夾雜物的不同形態、大小和分布情況，就需要更為深入透徹的進行金相檢測。相當一部分試樣的表面是較為粗糙的，并且可以讓各向的異性能夾雜物不同向的效應變弱，造成判斷上的對應錯誤。所以如果要鑒別夾雜物的不同種類，就需要精心的制備對應的非金屬試樣，保障其表面光潔度的同時，也要讓夾雜物的相邊界輪廓較為清晰，不能存在“拖尾”的情況。需要進一步制備金相的試樣才能夠更為準確的測定出夾雜物的特性。

（二）鋼中非金屬夾雜物在顯微鏡下的特征及鑒定

1.明視場下觀察。

在明視場下可以較為清晰的觀察夾雜物的形狀以及分布情況，包括其中的雜物分布、變形情況、夾雜物數量、組織特點等，進一步可以識別夾雜物的不同種屬。

2.夾雜物的外形及分布

不同的夾雜物有著不同的幾何形狀，并且根據其中的元素有著一定的規則。根據國家現行的夾雜物形態與分布標準，標準圖譜分為A、B、C、D和DS這五大類。

一般來說，硫化物類是具有高延展性的單個灰色夾雜物，一般端部呈圓角;氧化鋁類為黑色或藍色的顆粒，沿軋制方向排成一行（至少3顆）;硅酸鹽類是有高延展性的單個呈黑色或深灰色夾雜物，一般端部呈銳角;球狀氧化物類是不變形，帶角或圓形，黑色或深灰色無規則分布的顆粒;單顆粒球狀類是球形或近似圓形，直徑大于等于13μm的單顆粒夾雜物。

3.夾雜物的透明度和色彩

從物理特點來看，也可以將夾雜物的透明性進行分類。透明度較高的夾雜物在暗場下有著較高的反光性，例如硅酸鹽在大部分暗場中都有較為明顯的反光特點。并且在暗場下呈現透明的情況。對應的一些硫化物和氧化鐵沒有特定的反觀能力。不同的雜質在明場和暗場中的表現也是不同的，呈現出多種色彩。

4.夾雜物的定量分析方法

對于鋼中的非金屬夾雜物，采用金相法可以有效的對其進行分析和測定。所謂金相法，就是指利用金相顯微鏡，基于長度指數法來測定鋼中的夾雜物含量。

在金相法中，采用對比的方式是因為被測樣品的夾雜物整體含量不同，應當和標準評級的圖片進行對比，分析其中夾雜物的多少、分布以及形狀。

根據我國現行的夾雜物形態與分布標準，根據夾雜物的可塑性和對應分類可以劃分為脆性的夾雜和塑性的夾雜兩種，其測定的結果包括：不同實驗樣品的夾雜物級別不夠;試驗樣品的夾雜物最高級別的算術均值;不同試樣的夾雜物最高級別綜合等。

同時要在評定的過程中注意調節視場的直徑大小，運用測微目鏡來測量十五個視場中不同夾雜物的長度與個數，以指數的方式相乘，求出不同夾雜物的總含量。

（三）非金屬夾雜物對鋼質量的影響

雖然在大部分鋼材中，非金屬的夾雜物含量不多，但是其對于鋼材的產品質量有著較大的作用。并且硫化物的存在很有可能會導致鋼材的熱脆性。在鋼材的冷態下，部分夾雜物的存在會影響鋼材的強度和延展性，同時硬的夾雜物會明顯降低鋼材的斷面收縮率。而非金屬的夾雜物對于鋼的抗拉強度也有了一定的影響，導致優良鋼材破斷的時候塑性斷裂，鋼中存在夾雜物的偏析或者夾雜物分布的時候，往往也是從這些地方開始斷裂，導致鋼材整體的強度急劇降低。而對于較為粗大的夾雜物而言，其存在也讓鋼材的整體試樣出現不同的影響，從而出現折疊、翻折以及斷層等情況，都是由于操作不當而導致大量的夾雜物殘留在鋼材之中。

四、結語

綜上所述，雖然鋼材中的非金屬夾雜物含量較少，但對于鋼材的性能影響是較大的，因此需要對這類鋼材進行全面的檢測以及研究，并且依據夾雜物在顯微鏡中的不同特征，運用金相顯微的方式可以更全面的鑒定非金屬夾雜物的級別，根據不同的標準進行鋼材的質量，找出對應的規律同時，也會盡可能的降低有害的非金屬雜質含量，提升鋼材的整體質量。

參考文獻

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