脫氧和非金屬夾雜物(2)

6 7脫氧和非金屬夾雜物 鋼中存在的非金屬化合物 如氧化物 硫化物 氮化物等都呈獨立相存在 統(tǒng)稱為非金屬夾雜物 它們的存在破壞了鋼的基體的連續(xù)性 鋼中非金屬夾雜物來源于原材料 脫氧產物 熔渣和耐火材料 以及出鋼和澆注過程的二次氧化產物 6 7 1鋼中非金屬夾雜物的種類及其形態(tài)6 7 1 1按夾雜物的化學成分分類 根據(jù)夾雜物的化學成分不同 可以分成 1 氧化物系夾雜物 1 簡單氧化物 2 復雜氧化物 3 硅酸鹽及硅酸鹽玻璃 2 硫化物系夾雜物鋼中硫化物主要是FeS MnS Mn Fe S和CaS等 3 氮化物當在鋼中加入與氮親合力較大的元素時形成AlN TiN ZrN VN BN Si3N4 Fe4N Fe2N等氮化物 6 7 1 2按夾雜物的形態(tài)分類 1 不同夾雜物的塑性 1 FeO MnO及 Mn Fe O在室溫下能和金屬一起變形 隨溫度升高逐漸喪失了變形能力 2 Al2O3和鈣的鋁酸鹽在鋼的整個熱加工溫度范圍內以及室溫下 均無塑性不變形 3 硅酸鹽在室溫下不能變形 但在800 1300 范圍內 依其組成不同 塑性變化很快 鋼的熱加工溫度就處于上述范圍內 可見對于鋼材性能來說 硅酸鹽的組成很重要 4 尖晶石類夾雜物在通常鋼的熱變形溫度范圍內不變形 當鋼倍加熱到更高溫度 1280 時能稍微變形 5 在1000 以下 硫化錳具有較高的塑性 超過1000 時隨著溫度的升高塑性逐漸減小 但仍具有較強的變形能力 2 按夾雜物的形態(tài)分類 1 A型夾雜物是在熱加工時沿加工方向延伸成條帶狀的硫化物FeS MnS 2 B型夾雜物它在熱加工時不變形 而被破碎成碎屑沿加工方向聚集呈顆粒狀斷續(xù)排列 3 C型夾雜物是加工過程可以產生塑性變形的硅酸鹽 雖然硅酸鹽通常是黑色的 而硫化物是灰色的 但在顯微鏡下準確區(qū)分硫化物和硅酸鹽則有困難 4 D型夾雜物它在熱加工時保持原來的球點狀而任意分布 6 7 1 3按夾雜物的來源分類 1 外來夾雜物這類夾雜物是由于耐火材料 熔渣等在冶煉 出鋼 澆注過程中進入鋼中并滯留在鋼中造成的 一般外來夾雜物具有的特征是 外形不規(guī)則 尺寸比較大 偶然地在這里或在那里出現(xiàn) 2 內生夾雜物這類夾雜物是在液體或固體鋼內 由于脫氧和凝固時進行的各種物理化學反應而形成的 主要是和鋼中氧 硫 氮的反應產物 6 7 1 4按夾雜物尺寸分類 按夾雜物的大小不同 一般把夾雜物大致分為三類 亞顯微夾雜 顆粒 1 m 顯微夾雜 1 100 m 和大型夾雜 100 m 6 7 2夾雜物對鋼的性能的影響6 7 2 1夾雜物和裂紋的形成及應力集中 1 夾雜物與裂紋的形成夾雜物往往被作為顯微裂紋的發(fā)源地 2 夾雜物與應力集中如果材料中有非金屬夾雜物則出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象 6 7 2 2夾雜物對鋼的塑性和韌性的影響 1 夾雜物與塑性夾雜物對塑性的影響在斷面收縮率上比在延伸率上表現(xiàn)得更顯著 通常夾雜物對鋼材的縱向塑性影響不大 而對橫向塑性的影響卻較顯著 2 夾雜物與韌性如果材料中有非金屬夾雜物 則鋼的韌性下降 6 7 2 3夾雜物對鋼的疲勞性能的影響 1 夾雜物類型與疲勞壽命線膨脹系數(shù)小于鋼的夾雜 促進了疲勞裂紋的發(fā)生和發(fā)展 2 夾雜物的大小 分布與疲勞壽命對于同一種類型的A12O3夾雜物來說 隨其含量增加疲勞極限下降 當其他條件相同時 夾雜物顆粒越大 則不利的影響越大 多角形夾雜物的影響大于球狀夾雜物的影響 深部的夾雜物 成為疲勞核心的臨界尺寸變大 在表面或靠近表面存在的夾雜物 尺寸雖小但也有害 而在深部存在的夾雜物 超過一定臨界尺寸才帶來不利的影響 3 氧含量與疲勞壽命氧化物夾雜的總量與鋼中氧含量成正比 6 7 2 4夾雜物對鋼的加工性能的影響 1 夾雜物對熱加工性能的影響硫化物夾雜物使鋼的熱加工性能變壞 2 夾雜物對彎曲性能的影響鋼中長條狀夾雜物往往使鋼的彎曲性能出現(xiàn)各向異性 且橫向性能變壞 3 夾雜物對焊接結構件層狀撕裂的影響4 夾雜物對鋼的切削性能的影響硫化物增加鋼材的脆性 鋼的切屑容易斷裂 6 7 2 5夾雜物對鋼的物理化學性能的影響 1 夾雜物對鋼的電磁性能的影響非金屬夾雜物不是鐵磁性物質 它的存在減少了鐵磁性基體的體積 破壞了金屬基體的連續(xù)性 其次 夾雜物的存在 在晶界上或晶粒內 使基體變形產生內應力 因而基體磁化不均勻 磁性下降 2 夾雜物對鋼的點腐蝕的影響點腐蝕是局限在金屬表面的點或小孔的局部腐蝕 形狀呈空腔 點蝕起源于硫化物夾雜和與硫化物復合的某些氧化物夾雜 主要是鋁酸鈣和氧化鋁 上 而單獨氧化物則沒有這種作用 6 7 5夾雜物形態(tài)控制6 7 5 1硫化物形態(tài)控制 1 脫氧元素與硫的反應向鋼中加入脫氧元素除進行脫氧反應外 還可能發(fā)生脫硫反應 對于不同元素的脫氧和脫硫能力有以下規(guī)律 和氧結合的能力 Ca A1 Si Mn 和硫結合的能力 Ca Mn Al 和鈣結合的能力 O S 和錳結合的能力 S O 2 加稀土控制硫化物形態(tài)稀土元素RE能降低鋼液中氧和硫的溶解度 并以生成球狀小顆粒夾雜方式改善第 類MnS夾雜 6 7 5 2氧化物形態(tài)控制 1 鋁酸鈣的類型及物性鋁鎮(zhèn)靜鋼用鈣處理的主要目的是將A12O3夾雜變性為鋁酸鈣 其中