談針對鋼中非金屬夾雜物的有效檢驗

亓成雙，都魯平

（1.山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司，山東 濟南 271104；2.山東鋼鐵集團煙臺鋼管有限公司，山東 煙臺 265304）

鋼中非金屬夾雜物的來源無法控制、分布不規律、數量少以及光學顯微鏡下特征復雜等特點決定了其檢驗工作難度之大。因此，本人圍繞鋼中非金屬夾雜物的來源、特點、分類、影響等方面展開研討，為相關工作人員提供或加深對其的了解與認識。

1 鋼中非金屬夾雜物的來源

鋼的冶煉、澆注、凝固和結晶是一個極其復雜的過程，因此，在這一過程中極容易有非金屬夾雜物的產生。鋼中的非金屬夾雜物是鋼材料脫氧、鋼液凝固的過程中產生的非金屬化合物，分為了外來夾雜物和內生夾雜物兩大類。其中，外來夾雜物是指在金屬熔煉過程中和外界物質發生接觸進而作用產生的夾雜物。而內生夾雜物又可以分為兩種情況，一種是在鋼材熔煉過程中，鋼液凝固前未及時浮出而留在鋼中的脫氧反應產生的氧化物等產物；另一種則是由于在凝固和降溫時溶解度的降低，鋼液中溶解的雜質元素和其他元素結合并以化合物的形式從固液體、液相中析出最終留于鋼錠之中[1]。

2 鋼中非金屬夾雜物的特點

2.1 外來夾雜物的特點

此類夾雜物往往尺寸比較大、外形也不規則，沒有特定規律，因此也被稱為粗雜夾。但只要在熔煉過程中保證操作的正確，此類夾雜物其實是能夠避免的。

2.2 內生夾雜物的特點

內生夾雜物顆粒比較小，分布也比較均勻，理論上，通過合理、正確的操作是可以改變其大小、成分、分布情況并且減少其數量的，但一般來說是難以避免的。

3 鋼中非金屬夾雜物的分類

3.1 依據非金屬夾雜物的化學成分分類

依據非金屬夾雜物的化學成分，其可以分為硫化物系、氧化物系、氮化物系。

（1）硫化物系夾雜物。首先是硫化物系，此類非金屬夾雜物包括了FeS、MnS，而FeS的熔點低，有著較大的幾率在鋼中形成熱脆，所以，為了避免熱脆的影響，在鋼的熔煉過程中，往往需要加入錳，使得鋼中有一定的硫化物含量；此類非金屬夾雜物有球形、鏈狀、針狀等，有著各種不規則的外形。

（2）氧化物系夾雜物。其次是氧化物系，此類非金屬夾雜物又被細分為了硅酸鹽類氧化物、簡單氧化物、復雜氧化物三種。硅酸鹽類氧化物包括了CaO·SiO2（鈣硅酸鹽）、2MnO·SiO2（錳硅酸鹽）等；簡單氧化物主要包括了MnO、FeO、Al2O3、SiO3等，往往以球形聚集在鋼中，并且呈顆粒狀成串分布；復雜氧化物主要包括了2FeO·SiO2（鐵硅酸鹽）。我們平時較為常見的幾種氧化物都是屬于簡單氧化物，例如Al2O3、SiO3等。

（3）氮化物系夾雜物。最后是氮化物系，其形成較為簡單，基本上都是空氣和鋼液發生反應而形成的，例如AIN、TIN以及ZrN等。

3.2 依據非金屬夾雜物的來源分類

（1）外來夾雜物。在鋼的熔煉過程中，鋼和外部接觸并發生作用產生的夾雜物就是外來夾雜物。一般包括了鋼的熔煉、澆注過程中并且在鋼液凝固前留于鋼中的爐渣、煉銅爐渣、鋼包渣等。因此，通過正確的操作，外來夾雜物的存在是可以避免的。

（2）內生夾雜物。含有硫、氧、氮等元素的雜質隨著溶解度的降低依然保留在鋼中而未浮出，這些雜質的結構和組成都非常的復雜，并且占鋼中總夾雜物的含量較高，能夠達到40%～60%。雖然理論上是可以通過正確的操作以及高超的工藝來減少其數量的，但實際操作上是無法避免內生夾雜物的產生的。

3.3 依據非金屬夾雜物的形態分類

（1）點狀（或球狀）不變形夾雜物。此類夾雜物呈球狀，并且在熱加工后依然保持不變，主要包括了高熔點的硫化物、SiO2、含SiO2高于70%的硅酸鹽。

（2）塑性夾雜物。在鋼的加工過程中，塑性夾雜物由于其熔點低，其會在鋼變形的同時也發生形變，并且順著變形的方向延伸，呈條帶狀。主要包括了MnS以及FeS等。

（3）脆性夾雜物。此類夾雜物完全不同于塑性夾雜物，其無塑性、硬度高、熔點高，在鋼的熱加工時不會有任何形狀或尺寸上的變化，呈點鏈狀沿加工方向分布。

4 鋼中非金屬夾雜物的影響

鋼在加工變形時，只要有非金屬夾雜物的存在，其金屬基本的連續性就會遭到破壞，其物理性能、化學性能、力學性能甚至其工藝都會降低。并且，非金屬夾雜物的分布、形狀、成分、數量等都會對鋼的抗疲勞、韌性、塑性、強度以及切削和耐腐蝕等性能有著或多或少的影響。

（1）對鋼疲勞性能的影響。據相關研究顯示，在點狀、粗大脆性夾雜物處，最容易發生嚴重的疲勞破壞，并且，鋼的疲勞強度會隨著夾雜物含量的增多而降低，夾雜物越多，鋼的疲勞強度越低。主要有兩方面的體現。其一，加工期間，鋼材料會因為夾雜物的存在而產生微裂痕，成為鋼材疲勞的開始。其二，在鋼材投入使用后，由于內部有夾雜物的存在，其存在處無法有效地傳遞應力，從而會產生裂紋。

（2）對鋼切削性能的影響。鋼中所存在的非金屬夾雜物對于其切削性能的影響主要有兩方面。第一方面，部分夾雜物的存在是能夠提升鋼的切削性能的，例如夾雜的球狀硫化物，它能有效地提升鋼材料的切削性能，并且，球狀硫化物的顆粒越大，切削性能越好。第二方面，部分夾雜物的存在對于鋼的切削性能是會產生削弱作用的。

（3）對鋼塑性的影響。鋼中的非金屬夾雜物會對鋼的橫向延性產生明顯影響，當鋼中有夾雜物甚至夾雜物總含量較多的時候，鋼的橫向斷面收縮率會有明顯的降低。但鋼中的非金屬夾雜物對于鋼的縱向延性不會產生明顯的影響。除此之外，夾雜物的存在也會導致鋼的高溫延性的降低。

（4）對鋼強度的影響。當鋼中有非金屬夾雜物的存在時，金屬發生變形而夾雜物無法與金屬同時發生變形，會造成夾雜物附近應力的集中從而出現裂紋，而隨著時間越長，金屬發生變形的次數越多，夾雜物附近的裂紋也會加劇甚至出現斷裂。據相關研究顯示，鋼強度受到非金屬夾雜物的影響和非金屬夾雜物的尺寸大小有著莫大的關系，當夾雜物不超過10μm時，鋼的屈服強度不會有大幅度的下降，而當其超過10μm時，不僅鋼的屈服強度會有大幅下降，鋼的抗拉強度也會有所削弱。

5 鋼中非金屬夾雜物的檢驗

（1）中國非金屬夾雜物檢驗標準。我國現行有五個有效的非金屬夾雜物檢驗標準，由于GB/T10561-2005[2]是鋼材相關企業主要用到的檢驗標準，因此接下來我將主要介紹GB/T10561-2005這一評定標準。

（2）夾雜物的分類。在GB/T10561-2005這一評定標準中，夾雜物被分為三類：常見類、沉淀相類、非傳統類。其中常見類夾雜物又被分為了五類：A，B，C，D，DS。A類夾雜物主要是硫化物，其具有較高的延展性，一般呈灰色單個，并且端部呈圓角。B類非金屬夾雜物多部分都是未發生形變的，形態較小，呈顆粒連成的鏈狀排列，顆粒呈帶藍色或灰色，并且帶角，主要包括氧化鋁。C類夾雜物也具有較高延展性，一般呈深灰色或黑色的單個，端部呈銳角，主要類型為硝酸鹽。D類夾雜物也不發生變形，一般呈帶藍色或黑色的顆粒，其分布無規則，形狀有帶角的、圓形的，主要指球狀氧化物。DS類是指單顆粒球狀類夾雜物，單顆粒，呈近似圓形或圓形狀并且直徑大于或等于13μm。

（3）夾雜物含量級別檢驗。每類夾雜物都分為6個等級，夾雜物的尺寸越大或數量越多，其對應的級別數字也越大。由于形狀不同，A，B，C三類夾雜物是由其長度決定的，D類夾雜物是由其數量決定的，DS類夾雜物是由其直徑決定的。

（4）夾雜物的評級。其規定了兩種夾雜物評定方法：A法（最惡劣視場評定）和B法（逐個視場評定）。

6 結語

由于產品質量最基礎的保障條件就是產品各零部件的質量,這就需要鋼材的質量有保證，其化學成分、金屬內部顯微組織結構以及非金屬夾雜物等級等眾多要素均要符合甚至超過國家標準，如此方能滿足產品功能的實現甚至提升。非金屬夾雜物在鋼中的含量雖然不大，但十分影響鋼的性能，因此，系統地認識鋼的來源、影響等，掌握科學的檢驗方法，對于提高鋼材質量有著深遠意義。