非金属夹杂物对钢性能的影响

非金属夹杂物对钢性能的影响

非金属夹杂物对钢的强度、塑性、断裂韧性、切削、疲劳、热脆以及耐蚀等性能有很大影响。一般认为，夹杂物的成分、数量、形状、分布以及在基体中的空间分布等影响钢的性能。

只有当非金属夹杂物的尺寸小于1μm，且其数量少、夹杂物彼此之间的距离大于10μm时，才不会对材料的宏观性能造成影响。当然，不同钢种用途不同，对夹杂物的要求也不一样，例如，不同钢种和不同受力状态时，夹杂物对性能无害的临界尺寸是不同的。

（1）非金属夹杂物对钢的强度影响

夹杂物对钢的强度的影响与颗粒尺寸密切相关。通过在烧结铁中加入不同尺寸（0.01－35μm）、形状（球形和棱角的）、比例（0－8%）的氧化铝颗粒进行试验得出：室温下，氧化铝颗粒超过1μm 时，使屈服强度和抗张强度降低；当夹杂物的含量很低时，对屈服强度的降低特别敏感。

无论喷射氧化铝或氧化锆试样，屈服和抗张强度都随粒子体积比的增大而升高。另外，金属断裂时，裂纹不仅在基体中形成，而且也经常在夹杂物中形成，造成钢的断裂。

（2）非金属夹杂物对钢的塑性影响

通常夹杂物对钢材的纵向延性影响不大，而对横向延性的影响却很显著。研究表明，高强度钢的横向断面收缩率随夹杂物总量的增加而降低。夹杂形状对对横向延性的影响更为显著，随着带状夹杂物

的增加，横向断面收缩率明显降低，这种带状夹杂物主要是硫化物。夹杂物对钢的高温延性有很大影响，低碳钢在奥氏体区延性大大降低，其原因是细小的第二相析出物（如AlN、TiN、Nb(C,N)等）能有效钉扎奥氏体晶界，从而降低延性。

（3）非金属夹杂物对钢的断裂韧性影响

S及硫化物的含量增加降低钢的各种韧性指标，钢的断裂韧性随着夹杂物数量或长度的增加而下降。

对断裂韧性的危害由小到大依次为VN→TiS→AlN→NbN→ZrN →Al2S3→CeS→MnS；夹杂物含量与断裂韧性大小呈线性反比关系，TiS对断裂韧性没有影响。

一些研究工作讨论了夹杂物作为裂纹根源的作用问题，钢中的脆性夹杂物由于与钢基体的热膨胀系数不同，在夹杂物周围容易产生内应力。

为使钢材具有良好的韧性和使韧性各向异性尽可能降低，对夹杂物的要求是：

①夹杂物的体积分数尽可能低；

②夹杂物分布均匀；

③夹杂物要有紧凑的外形；

④夹杂物的硬度最好为钢基体的两倍，以使夹杂物在热加工时变形最小。