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(shù)相應(yīng)增大所形成的各種類型的非金屬夾雜物化合物,按化學(xué)反應(yīng)而形成的產(chǎn)物,其名稱應(yīng)為非金屬夾雜物,或簡稱夾雜物。夾雜物存在于鋼鐵中的數(shù)量雖然不多,但對鋼鐵材料及其產(chǎn)品質(zhì)量有著不良的影響。隨著現(xiàn)代材料工程技術(shù)的發(fā)展,對鋼材質(zhì)量要求日益嚴(yán)格,因此,深入探討和研究非金屬夾雜物,將對材質(zhì)的鑒定、產(chǎn)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(chǎn)生主要由于在鋼的熔煉過程中,熔融和凝固時所發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果,按其來源可分為內(nèi)生(內(nèi)在)夾雜物和外來(外在)夾雜物兩類。
2.1 內(nèi)生夾雜物
內(nèi)生夾雜物是指鋼在冶煉、澆鑄和冷凝的過程中,由于內(nèi)部各種物質(zhì)成分之間、或鋼與爐中的氣氛、容器等接觸而引起的化學(xué)反應(yīng)所生成的產(chǎn)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(zhì)。
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(chǎn)過程中,從設(shè)備或容器上剝落下來而摻入鋼液中的雜質(zhì)。另外,有時因冶煉操作的疏忽使耐火材料磚產(chǎn)生裂紋,受熱沖擊而脫落下來與其它各類氧化物形成產(chǎn)物,成為外來夾雜物。
3 夾雜物對鋼材質(zhì)量的影響
夾雜物的危害性取決于其數(shù)量、形狀、大小、分布以及其熔點和物理、化學(xué)性能。當(dāng)夾雜物具有低熔點的性質(zhì)時,在熱加工變形過程中由于其熔融或軟化,使鋼產(chǎn)生熱脆性而導(dǎo)致開裂。當(dāng)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(dāng)鋼中夾雜物已超標(biāo)時,給熱處理和焊接工藝帶來很大的困難,例如造成化學(xué)熱處理滲層不均勻,焊接時將會導(dǎo)致焊接件的強(qiáng)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(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)不能鑒定外,在光學(xué)金相顯微鏡下可以直接觀察和鑒別夾雜物的形態(tài)、大小、數(shù)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(jié)果、其截取的部位應(yīng)符合相應(yīng)技術(shù)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(yīng)在開裂、斷口處截取樣品;對于特殊鋼材或產(chǎn)品零件,可按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
試樣在磨制時依次使用由粗到細(xì)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(dāng)?shù)膲毫κ乖嚇拥膾伖饷嬖趻伖獗P半徑的部位來回移動,同時試樣自身也應(yīng)不斷地轉(zhuǎn)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(tài)
硫化物具有高的延展性,有較寬范圍形態(tài)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(shù)沒有變形,帶角的,形態(tài)比小(一般<3),黑色或帶藍(lán)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(tài)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(tài)比小(一般<3),黑色或帶藍(lán)色的,無規(guī)則分布的顆粒;單顆粒球狀類形態(tài)為圓形或近似圓形,直徑≥13μm的單顆粒夾雜物。
5 結(jié)束語
鋼中的非金屬夾雜物類型很多,在常規(guī)檢驗中,往往采用與標(biāo)準(zhǔn)等級對照的方法進(jìn)行評級,相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)圖譜評定優(yōu)質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)圖譜評定優(yōu)質(zhì)鋼中非金屬夾雜物含量的微觀檢驗方法
—End—
文章來源:美信檢測
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