鋼中非金屬夾雜物ABC

鋼中非金屬夾雜物是鋼中的一類具有非金屬性質(zhì)的組成物。它們?cè)谝睙?、凝固和冷卻過程中形成，并在隨后的冷、熱加工過程中發(fā)生形態(tài)變化，如氧化物、硫化物和硅酸鹽等。非金屬夾雜物的存在破壞了金屬基體的連續(xù)性，是鋼內(nèi)部組織產(chǎn)生應(yīng)力集中及裂紋的根源之一，對(duì)材料強(qiáng)度、塑性、斷裂韌性、切削、疲勞、熱脆以及耐腐蝕性能及冷熱加工性能均有很大影響，具體的影響程度取決于夾雜物成分、數(shù)量、尺寸、形狀及分布等諸多因素。因此，鋼中非金屬夾雜物的檢驗(yàn)分析直接關(guān)系到材料的質(zhì)量控制，尤其是對(duì)于高品質(zhì)鋼材，非金屬夾雜物的測(cè)定更是被列為關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)之一。 

根據(jù)來源的不同，鋼中夾雜物一般分為外來性?shī)A雜物和內(nèi)生性?shī)A雜物。前者是在冶煉、澆注過程中的爐渣及耐火材料剝落后進(jìn)入鋼液中形成的，屬于粗夾雜，一般通過正確的操作可以避免；而內(nèi)生性?shī)A雜物是鋼在冶煉過程中，由于脫氧劑的加入及在降溫和凝固過程中由于某些元素(如硫、氮) 溶解度下降而與金屬元素鐵、錳、鋁、鈦等形成并留在鋼中的氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物等。內(nèi)生性?shī)A雜物分布比較均勻，顆粒較小，通過正確的操作和合理的工藝措施可以優(yōu)化或減少，不過一般是不可避免的，因此是質(zhì)控和檢驗(yàn)分析的重點(diǎn)。

鋼中常見非金屬夾雜物示例

目前，鋼中非金屬夾雜物（內(nèi)生性?shī)A雜物）的評(píng)定和統(tǒng)計(jì)方法包括低倍檢驗(yàn)法、金相檢驗(yàn)法和掃描電鏡檢驗(yàn)法，且每種方法均有其適合的應(yīng)用場(chǎng)景及優(yōu)缺點(diǎn)：

1. 低倍檢驗(yàn)法能夠快速檢驗(yàn)鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量及嚴(yán)重程度，及時(shí)反映連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量，便于及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝。

2. 金相檢驗(yàn)法（源于GB/T 10561—2005《鋼中非金屬雜物含量的測(cè)定——標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖顯微檢驗(yàn)法》）是目前最常用的非金屬夾雜物檢驗(yàn)方法。能對(duì)經(jīng)過軋制后的鋼材中的非金屬夾雜物的形貌、種類及尺寸做出分析，可以作為判定鋼材質(zhì)量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。（備注：標(biāo)準(zhǔn)中將非金屬夾雜物分為A，B，C，D 和DS五大類，代表的類型分別為：硫化物類、氧化鋁類、硅酸鹽類、球狀氧化物類、單顆粒球狀類。）

3.  掃描電鏡檢驗(yàn)法是一種相對(duì)較新的方法，通過掃描電鏡+能譜儀（SEM/EDS）將形貌分析和成分分析結(jié)合起來對(duì)鋼中非金屬夾雜物進(jìn)行尺寸分布統(tǒng)計(jì)、化學(xué)分類及評(píng)級(jí)，在夾雜物的全自動(dòng)分析方面很有優(yōu)勢(shì)。

上述方法中，除了低倍檢驗(yàn)法只需在截取剖面低倍試樣后，經(jīng)磨床磨光即可直接腐蝕進(jìn)行觀察分析外，其它兩種方法均需對(duì)截取的試樣進(jìn)行金相制備，通過鑲嵌、研磨、拋光一整套步驟獲得滿足分析需求的檢驗(yàn)表面。

按標(biāo)準(zhǔn)要求，用于檢測(cè)夾雜物的試樣拋光面積應(yīng)約為200mm² （20mmx10mm），有些客戶會(huì)制備更大面積的樣品以觀察分析多個(gè)視場(chǎng)。通常，批量樣品可無須鑲嵌直接采用中心力試樣夾具固定進(jìn)行磨拋制備，也可以熱鑲嵌成不低于40mm的鑲樣塊進(jìn)行單點(diǎn)力或中心力制備。

非金屬夾雜物樣品的磨拋比普通鋼樣要求更高，試樣面要盡可能干凈，夾雜物的原始形態(tài)需不被影響。拋光面污染、夾雜物脫落、變形、腐蝕點(diǎn)等都會(huì)干擾對(duì)夾雜物的識(shí)別和判定，當(dāng)夾雜物細(xì)小時(shí)更是如此。

1. 平整度

夾雜物試樣的拋光表面需平整，無邊緣倒角。磨平步驟可采用金剛石磨盤（如QATM Galaxy系列金剛石磨盤）或新砂紙，以實(shí)現(xiàn)高效平整的材料去除；粗拋時(shí)選擇中等硬度絲織布確保樣品平整度。

此外，如果需要同時(shí)制備多個(gè)非鑲嵌的大尺寸樣品，采用磨石作為磨削介質(zhì)及中心力加載的預(yù)磨機(jī)是實(shí)現(xiàn)樣品快速磨平的極佳選擇。

QATM Qgrind XL預(yù)磨機(jī)

2. 夾雜物脫落

制備鋼中夾雜物試樣時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注避免出現(xiàn)夾雜相脫落（剝落）的情形?？偟脑瓌t是避免使用過大的磨拋力、避免長(zhǎng)時(shí)間的磨拋以及粗拋時(shí)不要使用長(zhǎng)絨布。

制樣導(dǎo)致的夾雜物脫落示例

3. 腐蝕點(diǎn)

腐蝕點(diǎn)（黑點(diǎn)）是鋼材料制備中時(shí)常會(huì)遇到的問題，在夾雜物樣品制備時(shí)也更為常見。相應(yīng)地，拋光過程中金剛石懸浮液最好搭配酒精基潤(rùn)滑劑使用；試樣清洗后應(yīng)迅速吹干表面，以防水分長(zhǎng)時(shí)間停留導(dǎo)致腐蝕生銹；另外，最終拋光的時(shí)間越短越好。

4. 表面清潔

用于夾雜物含量評(píng)定的試樣拋光后無須腐蝕，如果腐蝕反倒會(huì)使夾雜物的特征被掩蓋, 或與形貌及顏色相似的組織或相混淆。

要正確判斷和鑒定非金屬夾雜物,需對(duì)其的光學(xué)特性有充分了解。除了在光學(xué)金相顯微鏡的明場(chǎng)模式下觀察夾雜物的顏色、形態(tài)、大小和分布之外，也可在暗場(chǎng)下觀察夾雜物的色彩和透明度，或在偏振光下觀察夾雜物的各種光學(xué)性質(zhì)。下表顯示了A類硫化物的光學(xué)特性。