鋼中非金屬夾雜物及鑒別方法
1 前言
非金屬夾雜物主要來源于在鋼液冷凝過程中,其氧、硫、氮的化合物平衡常數相應增大所形成的各種類型的非金屬夾雜物化合物,按化學反應而形成的產物,其名稱應為非金屬夾雜物,或簡稱夾雜物。夾雜物存在于鋼鐵中的數量雖然不多,但對鋼鐵材料及其產品質量有著不良的影響。隨著現代材料工程技術的發展,對鋼材質量要求日益嚴格,因此,深入探討和研究非金屬夾雜物,將對材質的鑒定、產品斷裂分析、廢品分析、失效分析都具有重大意義。
2 鋼中非金屬夾雜物來源
夾雜物的產生主要由于在鋼的熔煉過程中,熔融和凝固時所發生一系列的物理化學反應的結果,按其來源可分為內生(內在)夾雜物和外來(外在)夾雜物兩類。
2.1 內生夾雜物
內生夾雜物是指鋼在冶煉、澆鑄和冷凝的過程中,由于內部各種物質成分之間、或鋼與爐中的氣氛、容器等接觸而引起的化學反應所生成的產物,或鋼液在冷凝溫度下降時,因溶解度減小等因素而析出的顆粒物質。
2.2 外來夾雜物
外來夾雜物又稱外在夾雜物或偶然夾雜物。它是由于在冶煉、澆鑄生產過程中,從設備或容器上剝落下來而摻入鋼液中的雜質。另外,有時因冶煉操作的疏忽使耐火材料磚產生裂紋,受熱沖擊而脫落下來與其它各類氧化物形成產物,成為外來夾雜物。
3 夾雜物對鋼材質量的影響
夾雜物的危害性取決于其數量、形狀、大小、分布以及其熔點和物理、化學性能。當夾雜物具有低熔點的性質時,在熱加工變形過程中由于其熔融或軟化,使鋼產生熱脆性而導致開裂。當鋼中存在鋁夾雜物或其他氮化物時,使鋼的表面硬度不均勻,造成冷加工切削和研磨困難。當鋼中夾雜物已超標時,給熱處理和焊接工藝帶來很大的困難,例如造成化學熱處理滲層不均勻,焊接時將會導致焊接件的強度大大降低或開裂等。
4 夾雜物的金相鑒定方法
金相鑒定法除了對夾雜物的化學成分、晶體結構不能鑒定外,在光學金相顯微鏡下可以直接觀察和鑒別夾雜物的形態、大小、數量、分布、類型等,同時金相法還具有操作簡便、容易實施的特點。
4.1 金相試樣的截取與制備
為了保證截取的試樣能夠具有代表鑒別非金屬夾雜物的結果、其截取的部位應符合相應技術條件的要求。對于鍛坯件、可從鍛坯的中心至邊緣的不同部位如在鍛坯的頭部、中部、尾部取樣;對軋制和冷拔的鋼材,要通過中心線沿縱向取樣為宜;對淬火開裂、鍛造裂紋、熱軋、沖壓、失效疲勞斷口等,都應在開裂、斷口處截取樣品;對于特殊鋼材或產品零件,可按照相應的標準進行。
試樣在磨制時依次使用由粗到細的金相砂紙,下道磨制工序都要與上道磨制工序的磨痕垂直,知道磨痕消失為止。在拋光過程中,用適當的壓力使試樣的拋光面在拋光盤半徑的部位來回移動,同時試樣自身也應不斷地轉動。最終要求試樣未浸蝕在100倍視場下,其表面無劃痕、無剝落、無水痕、無污跡、平整光亮如鏡。
4.2 夾雜物的類型和形態
硫化物具有高的延展性,有較寬范圍形態比(長度/寬度)的單個灰色夾雜物,一般端部呈圓角;氧化鋁類大多數沒有變形,帶角的,形態比小(一般<3),黑色或帶藍色的顆粒,沿軋制方向排成一行(至少三個顆粒);硅酸鹽類具有高的延展性,有較寬范圍形態比(一般≥3)的單個呈黑色或深灰色夾雜物,一般端部呈銳角;球狀氧化物類不變形,帶角或圓形的,形態比小(一般<3),黑色或帶藍色的,無規則分布的顆粒;單顆粒球狀類形態為圓形或近似圓形,直徑≥13μm的單顆粒夾雜物。
5 結束語
鋼中的非金屬夾雜物類型很多,在常規檢驗中,往往采用與標準等級對照的方法進行評級,相關的標準為GB/T 10516-2005 鋼中非金屬夾雜物含量的測定方法[1],ASTM E45-2013測定鋼材夾雜物含量的試驗方法[2] ,DIN 50602-1985 用標準圖譜評定優質鋼中非金屬夾雜物含量的微觀檢驗方法[3]。
參考文件
[1] GB/T 10561-2005 鋼中非金屬夾雜物含量的測定方法
[2] ASTM E45-2013 測定鋼材夾雜物含量的試驗方法
[3] DIN 50602-1985 用標準圖譜評定優質鋼中非金屬夾雜物含量的微觀檢驗方法
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文章來源:美信檢測
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