1概述、夾雜物分類及形貌

1、在煉鋼過程中，少量 爐渣、耐火材料及冶煉中反應(yīng)產(chǎn)物 可 能進入鋼液，形成非金屬夾雜物。危害：（1）降低鋼的機械性能，特別是降低塑性、韌性及疲勞 極限。嚴(yán)重時，還會使鋼在熱加工與熱處理時產(chǎn)生裂紋或使用 時突然脆斷。（2）促使鋼形成熱加工纖維組織與帶狀組織，使 材料具有各向異性。嚴(yán)重時，橫向塑性僅為縱向的一半，并使 沖擊韌性大為降低。對重要用途的鋼（如滾動軸承鋼、彈簧鋼等）要檢查非金 屬夾雜物的數(shù)量、形狀、大小與分布情況。此外，鋼在整個冶 煉過程中，都與空氣接觸，因而鋼液中總會吸收一些氣體，如口 氮、氧、氫等。它們對鋼的質(zhì)量也會產(chǎn)生不良影響。概述武鋼機總大型夾雜物引起的淬火裂紋非金屬夾雜物 最難掌

2、握的特點：不能預(yù)先確定它們將在什 么地方以何種形式出現(xiàn)。注意：一切關(guān)于它的組成、形貌、來源、 以及如何消除它都是有價值的。一個夾雜物核（內(nèi)生的或外來）從它進入鋼液的瞬間開始就 對鋼的未來使用壽命產(chǎn)生影響。許多夾雜物不斷改變它們在液態(tài)和固態(tài)中的成分和形貌，直到擴散速率可以忽略為止。探討夾雜物的形成過程和成份分布，了解各類非金屬夾雜物的 形成和來源，對控制和去除冶煉過程中的非金屬夾雜物具有特別 的意義。非金屬夾雜物主要來源在鋼液冷凝過程中，氧、硫、氮與鋼液的平衡隨著溫度降 低而移動，導(dǎo)致氧、硫、氮的各種化合物的平衡常數(shù)相應(yīng) 增大，因此而形成各種非全屬化合物（稱為非金屬夾雜 物，簡稱為夾雜物）。非金

3、屬夾雜物通常指氧化物、硫化物和一些 高熔點氮化物以及硒化物、碲化物、磷化物。碳化物或金屬間相是否夾雜物答：不是。因為碳化物是鋼的基體中的組分，不應(yīng)屬于夾雜物概括而言，非金屬夾雜物是指其存在狀態(tài)不 受一般熱處理的顯著影響的非金屬化合物。鋼中的非金屬夾雜物破壞鋼基體的連續(xù)性，使 鋼的組織和性能的不均勻性增加，質(zhì)量降低。對 鋼中非金屬夾雜物的研究和控制是當(dāng)前各國冶金 界的最主要課題之一。非金屬夾雜物對鋼質(zhì)量的影響是個極其復(fù)雜 的問題，夾雜物的類型、組成、形態(tài)、含量、尺 寸和分布都會影響鋼的性能。有些化合物 碳氮硫化物 如M4 （ CxNy ） 2S2，其中：M為Ti或Zr, x+y=1 ;硫碳化物

4、如 Zr4C2S2、（ Ti , Mn , Fe） 4C2S2）;碳氮化物如Ti （CN ）、Zr （ CN）等；其碳原子也參加形成夾雜物。在氮化物中如TiN , ZrN等這些氮化物的溶解和析出與一般熱處理無明顯關(guān)系，通稱為夾雜物。但是CrN，AlN等氮化物則受到熱處理的影響，不稱為夾雜物。、鋼中的非金屬夾雜物提高鋼的質(zhì)量或性能，不僅在于降低非金屬夾雜物的含 量，更重要的是采取下列措施：（1）使殘留在鋼中的夾雜物具有適宜的分布，尺寸，形態(tài)或組成等，降低或消除它對性能或質(zhì)量的不利影響。（2）根據(jù)不同的使用性能或受力狀態(tài)來要求夾雜物的有 關(guān)參量。（3）根據(jù)不同鋼種和不同受力狀態(tài)時夾雜物對性能無害

5、的臨界尺寸或部位來控制夾雜物的形成。（4）充分利用夾雜物對鋼的性能的有利方面。夾雜物的來源產(chǎn)生于冶煉和凝固過程中（|夕卜來非金屬夾雜物 來源于兩方面 j內(nèi)生非金屬夾雜物2.1外來非金屬夾雜物（1）冶煉及澆鑄中，鋼液表面所浮的爐渣、煉鋼爐、出 鋼槽等帶入鋼液中的爐渣、熔渣或剝落的耐火材料。（2）鋼液被大氣氧化所形成氧化物。常含有鋁酸鈣（AI2O3、CaO ）和鋁鎂尖晶石（MgOAI2O3 ）夾雜物，并且多生長在一起。已經(jīng)證明這種鋁酸鈣起源于用鋁和硅鈣的終脫氧, 尖晶石是爐襯和氧化鋁或鋁酸鹽反應(yīng)的產(chǎn)物。外來非金屬外形不規(guī)則，尺寸較大，夾雜物特點：數(shù)量少，分布集中。注意： 外來夾雜物系偶然產(chǎn)生，顆粒

6、大，呈多角形，為成分復(fù)雜的氧化物，分布也沒有規(guī)律。 外來夾雜物與鋼液發(fā)生交互作用，從而使其成分、形態(tài)都發(fā)生變化。內(nèi)生夾雜物在外來夾雜物上沉淀。可見，不能簡單地把外來夾雜物看作是鋼液中 機械的懸浮物，實際上它們與鋼液及內(nèi)生夾雜 物產(chǎn)生相互作用。示蹤法的許多測量結(jié)果表明，外來夾雜物在鋼中 的含量通常只占夾雜物總含量的很小一部分，有 時甚至難以測定。2.2內(nèi)生非金屬夾雜物2.2.1內(nèi)生夾雜物形成時間內(nèi)生非金屬夾雜物形成的時間可以分為四個階段： 鋼液脫氧時形成的脫氧反應(yīng)產(chǎn)物稱為一次夾雜（脫氧時形成的產(chǎn)物） 出鋼和澆注過程中由于鋼液溫度下降其內(nèi)部成分平衡移動時生成的稱為二次夾雜（出鋼和澆注時）； 鋼液凝

7、固過程中生成的成為三次夾雜（鋼液凝固中產(chǎn)生的）； 鋼凝固后的冷卻過程中由于發(fā)生相變使溶解度變化而析出的化合物稱為四次夾雜（凝固后發(fā)生相變使溶解度變化而析出的）。研究證明，鋼中的大部分非金屬夾雜物是在鋼液脫氧和凝固階段生成的，即主要是一次和三次夾雜物。這些氧化、 物，特別是一些比重大的產(chǎn)物沒有及時排除殘留在鋼中2.2.2內(nèi)生夾雜物形態(tài)相對來說，內(nèi)生夾雜物分布較均勻，尺寸較小。（1）如夾雜物以固態(tài)形式較早形成于鋼液中，則其在固態(tài)鋼中多具規(guī)則 幾何形狀（如氮化物）；（2）當(dāng)夾雜物以在鋼液中以液態(tài)形式存在，則其在固態(tài)鋼中鋼中多呈圓形或邊界彎曲（如低熔點的硅酸鹽 夾雜物）；（3）如在鋼凝固過程中形成，夾

8、雜物大多沿初晶的晶界分布，按其與晶界的潤濕程度，呈顆粒狀（FeO）或薄膜狀（FeS）分布。2.2.3內(nèi)生夾雜物來源主要來源于鋼液在脫氧脫硫和凝固過程時進行的各種物理化學(xué) 反應(yīng)形成的產(chǎn)物，大多是氧、硫、氮的化合物、硅酸鹽等。（1）脫氧形成的夾雜物加 Al 脫氧:3FeO+2AI & 3Fe+AI 2O3 （夾雜物） 加 Si脫氧:2FeO+Si - 2Fe+SiO 2 （夾雜物）FeO與其他氧化物相遇可能形成硅酸鹽：nFeO+mSSO 亍 nFeO mSiO2,nAl 2O3+m$fj（O2 AI2O3.mSiO2（2）鋼液溫度降低或凝固，沉淀出夾雜物隨著鋼液溫度降低，硫、氧、氮等雜質(zhì)元

9、素的溶解度 相應(yīng)下降，并與合金元素親和力的相結(jié)合而呈非金屬 化合物在鋼中沉淀。特點：分布較均勻，尺寸一般都較小，形狀多呈顆粒狀（FeO ），薄膜片狀（FeS）。內(nèi)生夾雜物的 類型和組成 取決于冶煉的脫氧制度 和鋼的成分。對碳素鋼而言，夾雜物的類型和組成取決于冶煉 和脫氧方法；對一些合金鋼，特別是對含有與氧、硫、氮親合 力很強的合金元素的合金鋼而言，鋼的成分的變 化對夾雜物的影響十分突出。2.3非金屬夾雜物按成分分類2.4鋼中非金屬夾雜物的類型非金屬夾雜物按成分分類(1 )簡單氧化物夾雜 廣(5)稀土夾雜物尖晶石類氧化物鈣鋁酸鹽硅酸鹽及硅酸鹽玻璃(一)按夾雜物成分特點分類(1)簡單氧化物常見的有

10、AI2O3，Cr2O3，TiO3等。在含Cr和Ti的 鋼中可能出現(xiàn)Cr2O3和TiO2夾雜物，在含Cr和Ti的鋼中可能出現(xiàn)Cr 2O3和TiO 2夾雜物；用Si-Fe或Al脫氧時則SiO2和Al 2O3為多見。氧化物特征氧化鋁物性| 化學(xué)式:Al O，熔點2050 cC,比重：3.96 , 顯微硬度：3000-4500kg/mm 2,結(jié)晶類型： 六方系(在鋼的夾雜物中只發(fā)現(xiàn)Al O )氧化鋁電鏡形貌100Al5106i.0 '1.5 ''cps氧化鋁能譜氧化鋁+氧化鈣氧化鋁+氧化鈣+ 氧化鎂ElmtEleme ntAtomicCompo und%Al37.0130.47

11、Al2O369.93Ca21.4911.91CaO30.07O41.5057.62Total100.00100.00100.00EM EEeeneert t AtoormcCOonppccudd%Mg0520.48mMooC0865Al33.7328.22Al2O363.74Ca25.301425GCODO40.4557.05Total100.00100.00100.00ElmtEleme nt蝕血祀OComppouidd%Mg1.881.62MgO331122Al44688536.22Al2O388.52Ca5.98311CaO&鈿O45.29599005Total100.00100

12、-00100.00氧化鎂+氧化鈣+氧化鋁+二氧化硅氧化鎂+氧化鈣+氧化鋁+二氧化硅ElmtEEmentAAomccCompo und%Mg0.970.95MgO 11661Al23.0020.30AI2O3 443.46Si0.990.84SiO2 2MCa37.75220CaO S2磁O7.2955.49Total100.001000.001100(00氧化鋁+氧化錳ElmtEleme ntAtomicCompo und%Al5.786.15Al2O310.92Ti27.8316.69TiO246.43Mn33.0317.27MnO42.65O33.3559.88Total100.00100

13、.00100.00(2)復(fù)雜氧化物它是由簡單氧化物復(fù)合成的化合物主要包括尖晶石類夾雜物各種鈣的鋁酸鹽夾雜物硅酸鹽及硅酸鹽玻璃a.尖晶石類氧化物常用AO B2O 3表示A代表二價金屬 Mg，M n , Fe等;B為三價金屬如Fe, Cr，Al等；O代表氧。ElmtEleme ntAtomicCompo und%Mg0.440.43MgO0.74Al19.2016.90Al2O336.27Si4.734.00SiO210.12Ca36.0021.33CaO50.36Ti1.500.74TiO22.50O38.1356.60Total100.00100.00100.00氧化鋁+氧化鐵Energy (

14、keV)常見尖晶石類夾雜物有 FeOFe2O3、FeOAO" MnO AI2O3、Mg Al 2O3' FeO' Cr2O3' MnO Cr2O3等。這些復(fù)雜化合物因具有尖晶石結(jié)構(gòu)而得名特點：(1) 在一個相當(dāng)寬的成分變化范圍，即AO- B2O3能夠溶解一定 范圍內(nèi)不同數(shù)量的AO或B2O3。(2) 熔點高，在鋼液中以固態(tài)形式存在并具有很高的硬度。尖晶石類化學(xué)式物理性質(zhì)MgO.AlOT *熔點：2135 C密度：13.58顯微硬度：2100-2400 kg /mm 2結(jié)構(gòu)類型：立方晶系a=8.08?Elmt . .EEHenramtAtomic % mmooCo

15、mpo und % 244244Mg14.62%12.23Al40.0930.22Al2O375.76O45.2857.55Total100.00100.00100.00ElmtEleme ntAtomicCompmpndind%Mg15.4912.96Mggo25660Al39.3329.64Al2O374.31O45.1857.41Total100.00100.00100.00b鈣鋁酸鹽類化學(xué)式：3CaO.AIO、 12CaO.7AlO 3、CaO.5AIO 3CaO.AIO、 CaO.2AO、 CaO. 6AllO物理性質(zhì)顯微硬度：930-2200 kg /mm 2結(jié)構(gòu)類型：立方晶系 單

16、斜晶系 六角晶系特 點：熔點高、硬度很高、在煉鋼溫度下呈固態(tài)存在; 熱軋不易變形，鍛壓加工時有時被壓碎；冷軋薄板損傷產(chǎn)品 表面。鋁酸鈣鋁酸一鈣ElmtEEamnintAtommcComppondd%Mg1.381.28MgO2222BAl33.47271922>Al2O3(63.欝Ca24.6313.83(COO344447O40.5156.98Total100.0011000011(0000二鋁酸一鈣ElmtEEementn%AAtomic(%CCompound(%Mg114551.30MgO2240Al39.0831.58Al2O373.85Ca16.989.23CaO(23徳O(shè)42

17、.4957.89Total10000100-00100.00EMElementAtomic Compou nd%Al18615.82Al2O335.19Si10.688871Sim22.815Ca29.561690(Caao441336Ti003660.17TiO20.60O40.7758.40Total100.00100.00100.00ElmtElementAtoomiccCmpoundd%Mg1.641.55MO 22771A29.6)25.21尿l2O3553Ca29.56臨亜CaO 441336O39.2056.30Totall100.00血00100皿六鋁酸鈣七鋁酸十二鈣ElmtE

18、Elerrenb t aooOcCompoundd %MgSi31.1120.7826.16 佃価(MgoSiiO2:S5O2Mn3.071.14MnO3396O繼齡§7.57Total100.00100.00100.00鎂橄欖石c.硅酸鹽及硅酸鹽玻璃常見：硅酸亞鐵2 FeOSiO2、硅酸亞錳2MnO SiO?、MnO SiO2、鐵錳硅酸鹽 n FeO>- m MnO p SiO2、Al2O3 SiO2 及3 MnO- Al 2O3 2 SiO2等。玻璃相特點:(1)鋼液的凝固過程冷速較快，一些液態(tài)的硅酸鹽夾雜物可能 來不及結(jié)晶，其全部或部分以玻璃態(tài)的形式存在于鋼中。(2)尺寸

19、大小與鋼的凝固速度和其中的SiO2含量有關(guān)。鋼凝固時冷卻速度愈慢或SiO2含量愈高，此類夾雜物尺寸就愈大。(3 )硫化物類硫化錳化學(xué)式：MnS物理性質(zhì)：熔點：1610 C 密度：3.99顯微硬度：170 kg /mm2ElmtElementAtomic%S36.1949.28Mn63.8150.72Total100100Energy keV)%Mg1.301.26MM&O22.15Al5.164.52 ,AI2O39.74Si20.6017.33SiO244.06Ca16.379.65CCOO22.90Ti2.121.05TiO23.54Mn133633 55887 MM11760O4

20、0.8360.32Total100.00 100.001000(00Eimt Eeemen t AOomCcCoCompndndfElmtElement %Atomic %Compo und %Al1.521.16Al2O32.86Si412330.4iSiiO288.20K0.22(01K2O(0郊Ca0_79(M1CaO11.10Ti1.03迦盜TiiO21.772Mn44541.71MnO5 £866O50.69065771Total100.001000000100.00硫化鉻氧化鋁+硫化錳(4 )氮化鈦類.TiN , ZrN , NbN , VN 和 AIN氧化鋁+氮化鈦+氧

21、化鎂ElmtEleme nt AtomicCompo und%Mg4.113.50MgO6.82Al45.8235.14AI2O386.57Ti3.961.71TiO26.61O46.1159.64Total100.00100.00100.00ElmtElementAOcrnCcCCmppound%Mg1.32仏310MgO22.18Al17.2515.J9瑟59Si3.763.23SiO28.05Ca39.1223L.5ACaOJ54L73Ti1.470.74TiO22.45O37.09fT7/r itjynj55.<83Total100.00100.00100(00ElmtEEement%AOmmCc %cCopoundd%Mg卑準(zhǔn)394MgO77065Al7W(6.165例I2O3卑506Si18.7515.02SiO24