谈针对钢中非金属夹杂物的有效检验

亓成双，都鲁平

（1.山东钢铁股份有限公司莱芜分公司，山东 济南 271104；2.山东钢铁集团烟台钢管有限公司，山东 烟台 265304）

钢中非金属夹杂物的来源无法控制、分布不规律、数量少以及光学显微镜下特征复杂等特点决定了其检验工作难度之大。因此，本人围绕钢中非金属夹杂物的来源、特点、分类、影响等方面展开研讨，为相关工作人员提供或加深对其的了解与认识。

1 钢中非金属夹杂物的来源

钢的冶炼、浇注、凝固和结晶是一个极其复杂的过程，因此，在这一过程中极容易有非金属夹杂物的产生。钢中的非金属夹杂物是钢材料脱氧、钢液凝固的过程中产生的非金属化合物，分为了外来夹杂物和内生夹杂物两大类。其中，外来夹杂物是指在金属熔炼过程中和外界物质发生接触进而作用产生的夹杂物。而内生夹杂物又可以分为两种情况，一种是在钢材熔炼过程中，钢液凝固前未及时浮出而留在钢中的脱氧反应产生的氧化物等产物；另一种则是由于在凝固和降温时溶解度的降低，钢液中溶解的杂质元素和其他元素结合并以化合物的形式从固液体、液相中析出最终留于钢锭之中[1]。

2 钢中非金属夹杂物的特点

2.1 外来夹杂物的特点

此类夹杂物往往尺寸比较大、外形也不规则，没有特定规律，因此也被称为粗杂夹。但只要在熔炼过程中保证操作的正确，此类夹杂物其实是能够避免的。

2.2 内生夹杂物的特点

内生夹杂物颗粒比较小，分布也比较均匀，理论上，通过合理、正确的操作是可以改变其大小、成分、分布情况并且减少其数量的，但一般来说是难以避免的。

3 钢中非金属夹杂物的分类

3.1 依据非金属夹杂物的化学成分分类

依据非金属夹杂物的化学成分，其可以分为硫化物系、氧化物系、氮化物系。

（1）硫化物系夹杂物。首先是硫化物系，此类非金属夹杂物包括了FeS、MnS，而FeS的熔点低，有着较大的几率在钢中形成热脆，所以，为了避免热脆的影响，在钢的熔炼过程中，往往需要加入锰，使得钢中有一定的硫化物含量；此类非金属夹杂物有球形、链状、针状等，有着各种不规则的外形。

（2）氧化物系夹杂物。其次是氧化物系，此类非金属夹杂物又被细分为了硅酸盐类氧化物、简单氧化物、复杂氧化物三种。硅酸盐类氧化物包括了CaO·SiO2（钙硅酸盐）、2MnO·SiO2（锰硅酸盐）等；简单氧化物主要包括了MnO、FeO、Al2O3、SiO3等，往往以球形聚集在钢中，并且呈颗粒状成串分布；复杂氧化物主要包括了2FeO·SiO2（铁硅酸盐）。我们平时较为常见的几种氧化物都是属于简单氧化物，例如Al2O3、SiO3等。

（3）氮化物系夹杂物。最后是氮化物系，其形成较为简单，基本上都是空气和钢液发生反应而形成的，例如AIN、TIN以及ZrN等。

3.2 依据非金属夹杂物的来源分类

（1）外来夹杂物。在钢的熔炼过程中，钢和外部接触并发生作用产生的夹杂物就是外来夹杂物。一般包括了钢的熔炼、浇注过程中并且在钢液凝固前留于钢中的炉渣、炼铜炉渣、钢包渣等。因此，通过正确的操作，外来夹杂物的存在是可以避免的。

（2）内生夹杂物。含有硫、氧、氮等元素的杂质随着溶解度的降低依然保留在钢中而未浮出，这些杂质的结构和组成都非常的复杂，并且占钢中总夹杂物的含量较高，能够达到40%～60%。虽然理论上是可以通过正确的操作以及高超的工艺来减少其数量的，但实际操作上是无法避免内生夹杂物的产生的。

3.3 依据非金属夹杂物的形态分类

（1）点状（或球状）不变形夹杂物。此类夹杂物呈球状，并且在热加工后依然保持不变，主要包括了高熔点的硫化物、SiO2、含SiO2高于70%的硅酸盐。

（2）塑性夹杂物。在钢的加工过程中，塑性夹杂物由于其熔点低，其会在钢变形的同时也发生形变，并且顺着变形的方向延伸，呈条带状。主要包括了MnS以及FeS等。

（3）脆性夹杂物。此类夹杂物完全不同于塑性夹杂物，其无塑性、硬度高、熔点高，在钢的热加工时不会有任何形状或尺寸上的变化，呈点链状沿加工方向分布。

4 钢中非金属夹杂物的影响

钢在加工变形时，只要有非金属夹杂物的存在，其金属基本的连续性就会遭到破坏，其物理性能、化学性能、力学性能甚至其工艺都会降低。并且，非金属夹杂物的分布、形状、成分、数量等都会对钢的抗疲劳、韧性、塑性、强度以及切削和耐腐蚀等性能有着或多或少的影响。

（1）对钢疲劳性能的影响。据相关研究显示，在点状、粗大脆性夹杂物处，最容易发生严重的疲劳破坏，并且，钢的疲劳强度会随着夹杂物含量的增多而降低，夹杂物越多，钢的疲劳强度越低。主要有两方面的体现。其一，加工期间，钢材料会因为夹杂物的存在而产生微裂痕，成为钢材疲劳的开始。其二，在钢材投入使用后，由于内部有夹杂物的存在，其存在处无法有效地传递应力，从而会产生裂纹。

（2）对钢切削性能的影响。钢中所存在的非金属夹杂物对于其切削性能的影响主要有两方面。第一方面，部分夹杂物的存在是能够提升钢的切削性能的，例如夹杂的球状硫化物，它能有效地提升钢材料的切削性能，并且，球状硫化物的颗粒越大，切削性能越好。第二方面，部分夹杂物的存在对于钢的切削性能是会产生削弱作用的。

（3）对钢塑性的影响。钢中的非金属夹杂物会对钢的横向延性产生明显影响，当钢中有夹杂物甚至夹杂物总含量较多的时候，钢的横向断面收缩率会有明显的降低。但钢中的非金属夹杂物对于钢的纵向延性不会产生明显的影响。除此之外，夹杂物的存在也会导致钢的高温延性的降低。

（4）对钢强度的影响。当钢中有非金属夹杂物的存在时，金属发生变形而夹杂物无法与金属同时发生变形，会造成夹杂物附近应力的集中从而出现裂纹，而随着时间越长，金属发生变形的次数越多，夹杂物附近的裂纹也会加剧甚至出现断裂。据相关研究显示，钢强度受到非金属夹杂物的影响和非金属夹杂物的尺寸大小有着莫大的关系，当夹杂物不超过10μm时，钢的屈服强度不会有大幅度的下降，而当其超过10μm时，不仅钢的屈服强度会有大幅下降，钢的抗拉强度也会有所削弱。

5 钢中非金属夹杂物的检验

（1）中国非金属夹杂物检验标准。我国现行有五个有效的非金属夹杂物检验标准，由于GB/T10561-2005[2]是钢材相关企业主要用到的检验标准，因此接下来我将主要介绍GB/T10561-2005这一评定标准。

（2）夹杂物的分类。在GB/T10561-2005这一评定标准中，夹杂物被分为三类：常见类、沉淀相类、非传统类。其中常见类夹杂物又被分为了五类：A，B，C，D，DS。A类夹杂物主要是硫化物，其具有较高的延展性，一般呈灰色单个，并且端部呈圆角。B类非金属夹杂物多部分都是未发生形变的，形态较小，呈颗粒连成的链状排列，颗粒呈带蓝色或灰色，并且带角，主要包括氧化铝。C类夹杂物也具有较高延展性，一般呈深灰色或黑色的单个，端部呈锐角，主要类型为硝酸盐。D类夹杂物也不发生变形，一般呈带蓝色或黑色的颗粒，其分布无规则，形状有带角的、圆形的，主要指球状氧化物。DS类是指单颗粒球状类夹杂物，单颗粒，呈近似圆形或圆形状并且直径大于或等于13μm。

（3）夹杂物含量级别检验。每类夹杂物都分为6个等级，夹杂物的尺寸越大或数量越多，其对应的级别数字也越大。由于形状不同，A，B，C三类夹杂物是由其长度决定的，D类夹杂物是由其数量决定的，DS类夹杂物是由其直径决定的。

（4）夹杂物的评级。其规定了两种夹杂物评定方法：A法（最恶劣视场评定）和B法（逐个视场评定）。

6 结语

由于产品质量最基础的保障条件就是产品各零部件的质量,这就需要钢材的质量有保证，其化学成分、金属内部显微组织结构以及非金属夹杂物等级等众多要素均要符合甚至超过国家标准，如此方能满足产品功能的实现甚至提升。非金属夹杂物在钢中的含量虽然不大，但十分影响钢的性能，因此，系统地认识钢的来源、影响等，掌握科学的检验方法，对于提高钢材质量有着深远意义。