Page 23 - 理化检验-物理分册2021年第十二期
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张国滨, 等: 钢中非金属夹杂物分析


            化物夹杂才析出于树枝晶间。硫化物按其脱氧方法                             保护渣主要作用是保温、 防钢液二次氧化、 吸附夹杂
            不同, 在铸态下呈现3种形貌特征: Ⅰ型球状( 硅锰                         物等  [ 6 ] 。引发保护渣卷渣原因多与中包水口破损
            脱氧、 含氧高, 随机分布)、 Ⅱ型枝晶状( 用铝脱氧、 含                     ( 水口渣线部位主要成分为氧化锆或内衬所含氧化
            硫高, 沿晶分布)、 Ⅲ型颗粒状( 过量铝脱氧, 随机分                       锆) 未及时更换造成浇注过程产生“ 钢流翻” 有关; 也
            布) , 冷却速度越快, 析出的硫化物颗粒越小, 但数                        可能与结晶器电搅拌参数不佳、 拉速异常波动等因
                [ 4 ]
            量增多。硫化物是一种塑性夹杂物, 沿轧制变形方                            素有关。另外, 保护渣中碳含量较高, 有时卷渣中的
            向呈细条状分布。                                           高碳含量会向其周围扩散而致使周围产生明显增碳
                 氧化铝类脆性夹杂物尺寸较大时对钢的不利影                          现象, 造成组织异常、 硬度异常, 后续加工或使用过
            响很大。为了减轻脆性夹杂物的危害, 除了尽可能                            程易开裂扩展。块状镁铝尖晶石多来源于各种耐火
            去除他们或降低其含量外, 改变夹杂物的形态也很                            材料, 有棱有角、 硬度很高, 受力后极易产生应力集
            重要。用钙处理、 稀土处理钢液的目的就是控制夹                            中而造成开裂。
            杂物的形态。绝大多数钢是用铝脱氧的, 不可避免                                无论是内生夹杂物还是外生夹杂物, 其影响钢
            地产生氧化铝夹杂簇, 氧化铝类夹杂物多数熔点较                            材性能的因素包括: 成分、 类型、 尺寸、 数量、 形状、 分
            高, 在连铸过程中易在中包水口处聚积引起堵塞使                            布、 加工变形能力以及在基体中的空间分布和夹杂
            水口栓塞, 妨碍浇注工艺的正常进行。钙处理是在                            物之间的距离等, 且随钢的使用条件而异。铝酸钙
            钢液中加入钙系合金对钢液中的氧化铝夹杂物进行                             等球状不变形夹杂物在轧钢时金属基体围绕夹杂物
            形态控制, 由于氧化铝转变为铝酸钙, 不易粘附在耐                          变形, 夹杂物两侧形成空腔; 高氧化铝的铝酸盐和氧
            火材料上, 所以水口栓塞问题也相应得以解决                      [ 5 ] 。  化铝簇等脆性夹杂物轧制时沿变形方向破碎成串状
            钙处理不仅使氧化铝转变成铝酸钙, 同时也使硫化                            小颗粒; 塑性的硫化物和硅酸盐夹杂物轧钢后成为
            锰转变成硫化钙并包覆在铝酸钙外面。球形硫化钙                             条带状, 使垂直于轧制方向的力学性能如强度、 韧性
            夹杂物是钙处理后所形成的不变形夹杂物, 较大尺                            等都显著降低, 造成了钢材的各向异性, 对于钢板、
            寸的球形硫化钙易于上浮排除, 而残留于钢中的小                            管材等横向受力较大的材料危害很大。串状的脆性
            球形硫化钙由于没有各向异性, 所以少量小球形硫                            颗粒夹杂物对钢的表面粗糙度、 塑性、 韧性及钢的冷

            化钙对钢的性能影响不大。                                       加工性能十分有害。条带状的塑性夹杂物, 可使钢
                 采用硅锰脱氧的钢中所形成的氧化物主要是硅                          及焊接钢构件形成层状撕裂。球状夹杂物对钢的横
            酸盐夹杂物, 硅酸盐夹杂物种类很多, 单相的硅酸盐                          向性能损害不大, 但形成的空腔引起应力集中, 损害
            如硅酸铁、 硅酸锰等由硅锰脱氧生成, 沸腾钢或半镇                          钢的疲劳强度。表面或皮下存在大型夹杂物会在淬
            静钢中可见到这类夹杂物。在铝镇静钢和钙处理钢                             火过程中因局部应力集中而开裂; 晶界夹杂物偏聚
            中很少形成硅酸盐类夹杂物, 但在特殊情况下如钢                            会引起钢材的热脆性; 塑性和脆性夹杂物偏聚均能
            液浇注温度偏高、 钢液发生二次氧化后会形成较多                            导致钢材在腐蚀介质中引发点蚀和应力腐蚀开裂;
            球状硅酸盐夹杂物。                                          夹杂物是引发钢材产生氢鼓泡和氢脆的发源地。
                 钢的微合金化是在钢中加入微量的铌、 钒、 钛等
            碳化物和氮化物形成元素, 通过碳化物、 氮化物的溶                         4 结束语
            解和析出, 来达到细化晶粒和析出强化的效果。钛                                非金属夹杂物的性质、 形态、 分布、 尺寸及含量
            与氮的亲和力比较强, 二者结合析出细小的氮化钛                            不同, 对钢性能的影响也不同。所以提高钢材质量,
            颗粒, 在高温下可起到阻止奥氏体晶粒长大、 细化晶                          生产出洁净钢, 或控制非金属夹杂物性质和形态, 是
            粒的作用, 但如果工艺控制不当, 形成微米级大尺寸                          冶炼和铸造过程中的一个艰巨任务。钢中存在的内
            的带有棱角的氮化钛不但起不到有效的晶粒细化作                             生和外来夹杂物对钢的性能均有不利影响, 其破坏
            用, 反而会破坏钢基体的连续性, 受力时易产生应力                          了钢基体的均匀性、 连续性, 易造成应力集中, 促进
            集中成为裂纹源, 对钢产品的疲劳性能危害极大。                            裂纹的产生, 并在一定条件下加速裂纹扩展, 降低使
            所以生产微合金化钢的工艺控制非常重要。                                用寿命。钢中存在少量非金属夹杂物是不可避免
                 钢中外来夹杂物具有偶发性、 随机性, 分布无规                       的, 新钢种的研制、 新工艺的实施也可能造成新的非
            律, 一般尺寸较大且较硬, 其危害性更大。结晶器中                                                            ( 下转第17页)

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