鋼中非金屬夾雜物與金相鑒定分析

段麗飛，周 海

（江蘇長強鋼鐵有限公司，江蘇 靖江 214500）

鋼中非金屬夾雜物的金相鑒定工作是一項十分復雜與專業的工作，對鋼中非金屬夾雜物的判定十分重要，也能夠對鋼的質量進行反映。在金相顯微鏡下，對非金屬夾雜物的形態與顏色等進行判斷，并對透明度等各種性質進行分析。目前對鋼中非金屬夾雜物的判定有很多種方法，而本文在分析中以金相鑒定進行闡述。

1 鋼中非金屬夾雜物的來源

鋼中非金屬夾雜物一般情況下可來源于內生夾雜物與外來夾雜物。第一，內生夾雜物。在金屬進行熔煉過程中，夾雜物是在物理與化學反應下生成的[1]。就內生夾雜物來說，分布都比較均勻，且具有細小的顆粒。第二，外來夾雜物。在金屬進行冶煉過程中，當與外界產生作用后就會產生夾雜物。當金屬冶煉過程中與爐料表面的沙土等進行作用后，就會產生一些熔渣留在金屬中。外來夾雜物一般表現為大尺寸與不規則的外形等。因此只有對鋼中非金屬夾雜物的來源進行分析判定，才能做好下一階段的工作，并更好的開展對鋼中夾雜物的分析。

2 鋼中非金屬夾雜物按化學成分分類

在鋼中非金屬夾雜物按化學成分分類可分為三種，分別為氧化物系夾雜、硫化物系夾雜、氧化物夾雜，下面就對這三種夾雜物進行分析。

2.1 氮化物系夾雜

在煉鋼過程中利用硅等進行脫氧處理時，會出現一些常見的Al2O3等夾雜物。Al2O3在鋼中的形態一般以球形聚集呈顆粒狀成串分布[2]。在一些復雜氧化物中，這些物質包括晶石類夾雜物等，復雜氮化物一般包括硅酸鹽夾雜。出現這些夾雜的原因是由于鋼在凝固過程中，冷卻速度控制不合理，速度過快就會出現這樣的情況，當液體硅鹽酸還尚未凝結，它的形態就會保存在鋼中，呈現的形態為玻璃。

2.2 硫化物系夾雜

在鋼中產生的FeS等。在熔點較低的情況下，FeS很容易出現“熱脆”的情況，因此對鋼的要求是一般要有足夠量的Mn，這樣才能在熔點較高的情況下，產生MnS，對FeS產生的危害進行消除或者降低，所以一般情況下硫化物夾雜物為MnS。在鑄態鋼中，硫化物夾雜一般為，第一，球形形態,該夾雜物一般產生于硅鐵脫氧不完全的鋼中；第二，金相下的形態，一般與針狀夾雜為主；第三，塊狀形態,一般情況下分布別較為隨意，且具有不規則的外形，出現的情況為過量的Al。

2.3 氮化物夾雜

將氮親和力較大的元素加入鋼中，就會形成AlN、TiN等C化物。當在對鋼進行澆注過程中，會與空氣進行接觸，這時在鋼中，氮氣的溶解就會增加，這時就會產生氮化物。

3 非金屬夾雜物對鋼質量的影響

在鋼中非金屬夾雜物的數量并不多，但對鋼質量卻有十分重要的影響，因此對非金屬夾雜物對鋼質量的影響研究十分重要[3]。鋼的熱脆性是由硫化物決定的。在鋼的冷態下，鋼的強度與延展性會受到夾雜物的影響。當鋼中存在一些較為堅硬的角狀夾雜物時，鋼的斷面收縮率會明顯降低。對非金屬夾雜物對鋼質量的影響分析，能夠讓人們更加直觀的看到這些夾雜對鋼產生的影響，進而對鋼中金屬夾雜有一個良好的認識，并為提高鋼的生產工藝具有重要作用。

鋼的抗拉強度也會受到非金屬夾雜的影響。當一些優良鋼材出現破斷后，一般屬于塑性斷裂，夾雜物偏折存在于鋼中，這就會產生斷裂，一般情況下存在這種情況下往往都會使鋼的強度快速降低。

當鋼中存在的夾雜物較為粗大時，對鋼質量的影響也較大。同冷彎實驗發現，當鋼出現折疊等情況時，斷口處會出現大量的夾雜物，這些夾雜一般呈顆粒狀，嚴重為白色。造成鋼中出現這種夾雜的原因基本都是有操作不當引起的。

4 試樣制備對鑒定夾雜物的影響

對鋼中夾雜物的鑒定工作會受到試樣制備的影響。當在夾雜物鑒定過程中，選擇普通金相試樣的制備方法，一般情況下就會造成大量夾雜物的脫落，出現這種情況就會無法有效鑒定“拖尾”現象，也無法對夾雜物的形狀、顏色、大小等進行準確的觀察，對夾雜物的觀察造成極大干擾。當試樣表面過于粗糙時，異性夾雜物就會出現異性效應減弱的現象。嚴重的情況下會出現判斷失誤。所以在對試樣進行選擇過程中，為提高對夾雜物的鑒別工作，就要對試樣進行精心準備，并保證表面的光滑細膩，且保證夾雜物的輪廓清晰。對試樣的精心選擇，就會降低出現剝落的情況，也會降低出現“拖尾”的情況，這樣就能良好的保證夾雜物的光學性質，進而提高鋼中夾雜物鑒定質量。因此試樣制備的典型性選擇，是對夾雜分析效果的重要內容，因此在實驗前要合理選擇夾雜試樣。

5 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。對夾雜物的形狀、大小與組織等在明視場下進行觀察，并對夾雜物的屬性等進行識別。

（2）夾雜物的外形。在顯微鏡下，鋼中夾雜物外形有不同的形狀，且不具有統一的規則。一般情況下球狀的以玻璃質的SiO2為主，方形的則為TiN。當出現不規則形狀時，一般以FeO的鵝卵形為主，碎粒狀則一般以多角鋁硅酸鹽居多。

（3）夾雜物的分布。在鋼中夾雜物的分布分為以下幾種：第一，孤粒狀，一般是硅鹽酸出現這種狀態分布；第二，串狀分布，一般是MnO等氧化物聚集在一起時出現這種情況；第三，沿晶界分布，一般情況是FeS等。

（4）夾雜物的透明度與色彩。一般情況下在鋼中夾雜物可以分為兩種類別，分布為透明與不透明。夾雜物為透明的狀態，在暗場下就會顯得十分明亮，比如在鋼中的硅鹽酸就在暗場情況下具有較強的反光能力。在暗場情況下為透明狀，且周圍有反光的光環，在偏光情況下則出現黑暗的十字情況。在明場情況下硫化物等沒有反光能力。在明場下，TiN具有較強的反光能力，顏色一般為金黃色。而灰藍色為MnS。

（5）夾雜物的定量分析方法。在對夾雜物進行定量分析時，金相法是應用十分普遍的一種方法，在應用中較為簡單與方便[6]。該方法其實就是通過顯微鏡，對鋼中夾雜物含量通過對比、長度指數等方法進行測定。

（6）對比法。對被測試樣品中的夾雜物大小、分布等進行測定，并與相關標準進行對比，從而得出夾雜物含量。我國對夾雜物的相關標準在不斷完善中，日后該方法的應用也會越來越普遍。

國家標準為YB25-77，在其中將夾雜物的可塑性進行分類，一般分為脆性與塑性夾雜；對分布進行分類，一般分為集中與分散分布，在標準中，對定量的結果進行表示時，具有下面幾個方法：第一，對鋼的試樣中，不同的夾雜物的最高級別進行表示；第二，對不同試樣的不同夾雜物的最高級別的算術平均值進行計算與表示；第三，對不同試樣中不同夾雜物最高級別的總和進行計算。值得注意的是，在評定過程中要對視場的直徑大小進行保證，在YB25-77中，直徑為0.8mm，當夾雜物的合格存在一定爭議時，這時就要嚴格要求視場的大小。第四，夾雜物在鋼中的含量是通過長度指數來表示時，要在測量過程中，要選在15個視場在檢驗面上，且要保證視場的均勻，對15個視場利用測微目鏡進行測量過程中，要在每一個視場中夾雜的長度與數量進行準確測量，并將計算結果與相應的指數相乘，然后再將相乘算得的結果相加，最后就能算出每類夾雜物的總含量。

6 結語

綜上所述：在鋼中雖然夾雜物的含量十分少，但對鋼的質量具有重要影響，因此就要對鋼中的夾雜物進行研究。通過顯微鏡對夾雜物的特征進行分析，并在金相顯微的方法下進行檢驗，這樣就能對鋼中夾雜物的含量以及性能進行鑒定，以及對其級別進行分析，并按照國家相關標準對鋼的質量進行判斷。這樣才能在分析中對煉鋼過程中的工藝進行優化，降低在鋼中夾雜物的含量，這樣才能提高鋼的整體性能與質量，進而實現我國鋼鐵行業的可持續發展。