镁处理对FH40级船板钢中夹杂物 及组织特征影响
Metallurgical Engineering 冶金工程, 2015, 2(4), 169-176
Published Online December 2015 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/ad8934247.html,/journal/meng
https://www.sodocs.net/doc/ad8934247.html,/10.12677/meng.2015.24024
Effect of Mg Treatment on Characteristics of Inclusions and Microstructure in FH40
Ship-Building Steel
Ming Lv, Xiaobing Li, Yi Min, Chengjun Liu, Maofa Jiang
Key Laboratory for Ecological Metallurgy of Multimetallic Mineral (Ministry of Education), Shenyang Liaoning Email: miny@https://www.sodocs.net/doc/ad8934247.html,
Received: Sep. 20th, 2015; accepted: Oct. 9th, 2015; published: Oct. 15th, 2015
Copyright ? 2015 by authors and Hans Publishers Inc.
This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).
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Abstract
The chemical composition and morphology of particles were investigated with SEM-EDS; and the characteristics of casted and rolled microstructure were characterized with OM methods. The re-sults show that, the typical inclusions are turned to be Al-Mg-O + MnS and MgO·Al2O3 + MnS from Al2O3 + MnS after adding magnesium content from 8 × 10?6 to 26 × 10?6. The main microstructures of FH40 ship-building casted steel are pearlite and polygon ferrite. However, after adding trace magnesium, the casted microstructure evolved into pearlite, ferrite and acicular ferrite, and with increasing the magnesium content, the number of acicular ferrite is obviously increased. Mean-while, the main microstructures of FH40 ship-building rolled steel are polygon ferrite and a few pearlite. Moreover, with increasing the magnesium content, the number of polygon ferrite de-creases, and the ferrite grains are refined and the distribution of ferrite is even more uniform.
Further, there is large quantity of acicular ferrite and granular bainite with magnesium addition.
Keywords
Ship-Building Steel, Magnesium Treatment, Inclusions, Acicular Ferrite, Granular Bainite
镁处理对FH40级船板钢中夹杂物
及组织特征影响
吕铭，李小兵，闵义，刘承军，姜茂发
吕铭等
东北大学多金属共生矿生态化冶金教育部重点实验室，辽宁沈阳
Email: miny@https://www.sodocs.net/doc/ad8934247.html,
收稿日期：2015年9月20日；录用日期：2015年10月9日；发布日期：2015年10月15日
摘要
采用SEM-EDS研究了Mg处理钢中典型夹杂物特征，采用金相显微镜研究了Mg处理钢铸态和轧态显微组织特征。研究结果表明，FH40级船板钢经镁处理后，钢中夹杂物由Al2O3 + MnS逐渐变质成MgO·Al2O3 + MnS，随着镁处理强度的增加，变质趋于完全。未经镁处理FH40级船板钢铸态组织以“块状铁素体+ 珠
光体”混合组织为主，镁处理后，铸态组织逐渐演变为“块状铁素体+ 珠光体+ 针状铁素体”的混合组织，且随镁处理强度的增加，针状铁素体数量明显升高。未经镁处理FH40级船板钢轧态组织以“铁素体+ 少量珠光体”混合组织为主，随着镁处理强度的增加，块状铁素体数量明显降低，铁素体条尺寸减少，且分布更为均匀，出现了大量针状铁素体和粒状贝氏体组织。
关键词
船板钢，镁处理，夹杂物，针状铁素体，粒状贝氏体
1. 引言
基于组织控制技术在改善低碳低合金钢大线能量焊接性能方面的优异效果，近年来，国内外研究者已开展了大量关于氧化物冶金的研究工作[1]-[15]。氧化物冶金技术是利用钢中细小夹杂物粒子改善钢材焊接性能的成功典范，其研究关键就是不断开发新的具有诱导晶内针状铁素体形核和钉扎奥氏体晶界的夹杂物粒子及对旧夹杂物粒子的优化。考虑到镁是强脱氧元素，脱氧产物高温稳定不易分解，且容易成为凝固过程中硫化物、氮化物等的形核核心，该性质为其在氧化物冶金技术中的应用奠定了强有力的基础[16]。
迄今，已有学者对镁处理改善低碳低合金钢焊接热影响区组织与性能效果进行了一些研究[17] [18]，但关于镁处理对钢母材组织的研究甚少。鉴于船板钢母材组织特征对产品焊接过程中的重要性，为了进一步发挥镁处理作用效果，本研究以FH40高强度高韧性船板钢为研究对象，设计并冶炼出Mg处理试验钢。结合适宜的锻造和TMCP轧制工艺，采用SEM-EDS对铸锭钢中典型夹杂物的成分、形貌等特征进行系统研究，采用3%硝酸酒精溶液对铸态和轧态金相组织试样进行腐蚀，利用金相显微镜研究了FH40级船板钢铸态和轧态组织，上述研究工作旨在进一步完善镁处理工艺的实验研究，阐述镁对钢母材显微组织的作用，为镁金属在冶金领域中的应用奠定基础。
2. 试样制备及实验方法
采用50 kg真空感应炉冶炼FH40船板钢。主要原料包括：工业纯铁、碳片、镍铁、金属铝、硅铁、锰铁、铌铁、钛铁、Ni-Mg合金(Mg含量为18%)。将部分冷料入炉，炉内真空度控制在?0.1 MPa以下，待物料熔清后5 min后，加铌铁，保持1 min后，依次加入碳片，硅铁，锰金属，熔清完毕先后添加铝粒，钛铁，待所有合金全部熔清后，向炉内充入氩气保持炉内压力在?0.03 MPa，通过料仓向液面加入Ni-Mg 合金，搅拌1 min后浇注并在空气中冷却。冶炼过程中，镁添加量分别为0.024%和0.072%。铸锭为锥形台，高度210 mm，上底面150 mm × 150 mm，下底面120 mm × 120 mm。
吕铭等
采用Spectro-Lab光谱分析仪分析钢中C、Si、Al、Mn、Ti、Nb、Ni、P、S等合金元素含量，采用TC-600氧氮分析仪测定O、N含量，采用感应耦合等离子体原子发射能谱分析法(ICP-AES)测量钢中全Mg含量，结果如表1所示，其中No.1为基准钢，No.2~No.3为不同镁含量实验钢，考察镁处理强度的影响。从铸锭的中部横截面中心部分截取两个金相试样，分别用于夹杂物及组织分析，大小均为12 mm × 12 mm × 10 mm。
试验钢冶炼完毕，采用750 kg空气锤将试验钢锻造成100 mm × 100 mm × (250~300) mm，开锻温度为1150℃~1180℃，利用TMCP工艺对锻造钢块进行轧制得到12 mm厚试验钢板，工艺控制参数如表2所示。在钢板横向、纵向均为1/4处切取尺寸为12 mm × 12 mm × 10 mm金相试样。将上述得到的铸态和轧态金相试样打磨抛光后，采用SSX-550TM扫描电镜对铸钢中典型夹杂物成分和形貌进行检测，即利用SEM在2000倍以上的倍率下观察任意的20个夹杂物，求取夹杂物的平均成分。采用3%硝酸酒精溶液浸蚀铸态和轧态金相试样，利用OLYMPUS BX51TM型金相显微镜分别在不同倍率下观察试验钢组织构成及形貌，旨在研究单一镁处理条件下试验钢组织演变规律。
3. 实验结果与讨论
3.1. 镁处理对钢中夹杂物成分及形貌影响
图1是No.1~No.3铸锭中典型夹杂物SEM-EDS对比图，分析可知，No.1钢中夹杂物以Al2O3 + MnS 复合相为主，Al2O3位于内核，表层包裹MnS，形状不规则，尺寸多在2 μm左右。当钢中Mg含量为8 × 10?6时(No.2)，夹杂物中Mg平均质量百分数为7.54%，折合成MgO的质量百分数约为12.57%，小于纯镁铝尖晶石中MgO的含量28.17%，说明此时氧化铝并未完全转变为尖晶石，可以Al-Mg-O表示此类夹杂物。当钢中Mg含量增加至26 × 10-6时(No.3)，夹杂物中Mg平均质量百分数为21.35%，折合成MgO 的质量分数为35.58%，可以认为完全实现了Al2O3到镁铝尖晶石MgO·Al2O3的转变，夹杂物形状以方形或球形为主，尺寸多在1.5 μm以内。
3.2. 铸态钢锭显微组织特点
图2(a)~图2(c)为不同镁处理后FH40级船板钢铸态凝固组织金相图谱，由图2(a)可知，未经镁处理的基准钢铸态组织中为典型的“块状铁素体+ 珠光体”混合组织，软韧相铁素体面积分数高达90%，呈
Table 1. Chemical composition of test steel (wt.%)
表1.冶炼后试验钢成分(质量分数%)
No. C Si Mn P S Ni Al Nb Ti T.N T.O Mg
1 0.05
2 0.2
3 1.53 0.009 0.003 0.29 0.028 0.040 0.01
4 0.0076 0.0037 -
2 0.046 0.21 1.51 0.008 0.005 0.29 0.031 0.042 0.014 0.0066 0.0041 0.0008
3 0.051 0.20 1.55 0.008 0.005 0.31 0.030 0.038 0.013 0.0065 0.0040 0.0026 Table 2. Rolling process parameters
表2. TMCP工艺参数
炉次加热温度℃再结晶控轧温度℃3道次变形量% 未再结晶控轧温度℃4道次变形量% 水冷温度区间℃800~500℃冷速℃/s
1 1200 1180 50 886 70 812~490 10.06
2 1200 1155 50 898 70 819~505 9.240
3 1200 1138 50 886 70 812~453 10.88
吕铭等
(a)
(b)
(c)
Figure 1. SEM-EDS micrographs of inclusions in magnesium treatment and FH40 ship-building casted steel: (a) Original process steel (No.1); (b) 0.0008% magnesium treatment (No.2); (c) 0.0026% magnesium treatment (No.3)
图1. 镁处理工艺与FH40级船板钢铸锭夹杂物SEM-EDS对比图：(a) 基准钢(No.1)；(b) 0.0008% Mg处理(No.2)；(c)
0.0026% Mg处理(No.3)
(a) (b) (c)
Figure 2. Effect of magnesium treatment on the casted microstructure of FH40 ship-building steel (200×): (a)
original process steel (No.1); (b) 0.0008% magnesium treatment (No.2); (c) 0.0026% magnesium treatment
(No.3)
图2. 单一镁处理对FH40级船板钢铸态显微组织影响(200×)：(a) 基准钢(No.1)；(b) 0.0008%Mg处理
(No.2)；(c) 0.0026% Mg处理(No.3)
不规则大块状。该类混合组织是试验钢轧后冷却过程中共析反应产物，属于铁素体和渗碳体的有机结合的整合组织。在整个组织中，珠光体较为均匀地分布在铁素体相界面处。
由图2(b)~图2(c)可知，FH40级船板钢经镁处理后，除了含有“铁素体+ 珠光体”混合组织外，出现了针状组织，且随着镁处理量的增加，珠光体面积分数减少，针状组织显著增加，分别将图2(b)和图2(c)中椭圆处的针状组织放大至1000倍后(如图3)发现，二者针状组织均是由针状铁素体条和渗碳体组成，
吕铭等
(a) (b)
Figure 3. Morphology of acicular microstructure in No.2 and No.3 casted steel: (a)
morphology of acicular microstructure in No.2; (b) morphology of acicular microstruc-
ture in No.3
图3. 镁处理钢铸态针状组织形貌对比图(1000×)：(a) No.2针状组织形貌；(b) No.3
针状组织形貌
且在No.3铸钢中针状组织所含渗碳体更少，针状铁素体长宽比更大。分析认为，由于镁与氧有极强的结合能力，且镁在钢中固溶度很小，文献[19]计算出在1873 K下，镁在饱和碳铁液中的溶解度仅为0.0532wt%，钢中加入镁后多以含镁夹杂物存在。同时，不同学者[17] [20]通过计算已证实含镁夹杂物与α-Fe和γ-Fe 间的晶格错配度低，共格效果良好，能成为α-Fe和γ-Fe的有效形核核心，从而较大程度上细化奥氏体晶粒。另外，No.1~No.3铸锭化学成分(除Mg)和冷却条件几乎完全相同。因此，研究认为，本研究中镁处理铸锭出现的大量针状铁素体组织应多归咎与含镁夹杂物上，大量的含镁夹杂物发挥了铸锭凝固过程中铁素体形核核心作用。
综上，FH40级船板钢经8 × 10?6和26 × 10?6镁处理后，铸态凝固组织发生了显著变化，由基准钢的“珠光体+块状铁素体”演变成为“珠光体+块状铁素体+针状铁素体”组织，在一定程度上对铸态凝固组织有细化作用，为后期轧制获得更均匀细化的组织奠定良好的基础。
3.3. 轧态钢板显微组织特点
图4(a)~图4(c)是FH40基准钢和不同镁处理后的轧态组织图。在化学成分几乎完全相同，锻造、轧制工艺也完全相同的前提下，镁处理与否，钢的金相显微组织明显不同。由图4(a)可知，基准钢轧态显微组织是以“铁素体+ 少量珠光体”混合组织为主相，其中铁素体相多为不规则轮廓和等轴状的块状，部分块状尺寸较大，主要包括大量多边形铁素体(PF)。在整个组织中，珠光体分布零散，数量较少，且细小，多镶嵌在块状铁素体之间。分析认为，显微组织中不规则大块状晶界铁素体在钢板发生γ-α转变初期就开始形成，原因是在奥氏体晶界处原子排列紊乱、能量高，需要的形核能低，利于铁素体的首先附着形核。随着晶界铁素体的大量析出，且冷却时依然存在较大的过冷度，因此部分块状晶界铁素体将跨越奥氏体晶界和孪晶界而继续向晶内生长，最终形成了如图3所示的呈交错分布的块状铁素体组织。
对比No.1~No.3钢板显微组织可知，FH40级船板钢经镁处理后，显微组织各相形貌发生了明显的变化，不规则轮廓和等轴状的块状铁素体数量明显减少(在0.0026% Mg处理钢中几乎不存在)，形成了大量均匀分布的长条束状铁素体及交错分布的针状铁素体，且铁素体尺寸较为均匀。该类铁素体一般是在贝氏体转变温度范围形成，位错密度大，其中针状铁素体常位于晶内，常依附于晶内某些细小的夹杂物质点形核长大，多呈交错分布，能分割奥氏体晶粒，具有良好的细化晶粒效果，有助于提高船板钢的强韧性及焊接性能[2]。
与此同时，随着镁含量的增加，珠光体组织也明显减少，取而代之形成了大量粒状贝氏体组织。粒
吕铭等
(a) (b) (c)
Figure 4. Effect of magnesium treatment on the rolled microstructure of FH40 ship-building steel (1000×): (a)
Original process steel (No.1); (b) 0.0008% magnesium treatment (No.2); (c) 0.0026% magnesium treatment
(No.3). PF, P, AF, and B are polygonal ferrite, pearlite, acicular ferrite, and bainite, respectively
图4. 单一镁处理对FH40级船板钢轧态显微组织影响(1000×)：(a) 基准钢(No.1)；(b) 0.0008% Mg处理(No.2)；
(c) 0.0026% Mg处理(No.3)，其中PF，P，AF，B分别为多边形铁素体，珠光体，针状铁素体，贝氏体
状贝氏体属于过冷奥氏体的中温转变产物，一般在上贝氏体形成温度以上和奥氏体转变为贝氏体最高温度以下温度范围内形成，其特征是在大块状或针状铁素体内分布的一些颗粒状小岛，这些小岛在高温下是富碳奥氏体区。这些小岛无论是残留奥氏体、马氏体，还是奥氏体的分解产物都可起到第二相强化作用[21]。因此，从船板钢组织控制来看，传统的“珠光体+ 铁素体”组织钢尽管在一定的冷却范围内强度可以得到提高，韧性得到改善，但提高和改善是有限度的[22]。为了满足高级别船板钢性能要求，将其组织控制为针状铁素体、超低碳贝氏体和粒状贝氏体更具优势，该类组织因其独特的组织特征，具有很高的强度、低温冲击韧性和良好的焊接性能[23]。因此，本文中镁处理后得到的“针状铁素体+ 粒状贝氏体”组织对FH40组织优化具有潜在优势，并期待在改善钢母材及焊接热影响区力学性能方面具有良好效果。
综上，随着镁含量由8 × 10?6增加至26 × 10?6，块状铁素体数量得到了降低，铁素体条尺寸明显减少，且分布更为均匀，出现了大量针状铁素体和粒状贝氏体组织。镁的加入能在一定程度上抑制船板钢γ→α相变，细化晶界铁素体，同时促进针状铁素体和粒状贝氏体转变。
3.4. 分析与讨论
对于低碳低合金船板钢而言，为了获得良好的强韧性及焊接性能，对微观组织中铁素体晶粒尺寸及形貌进行有效控制至关重要。船板钢中铁素体最终形态主要受钢的化学成分、钢中夹杂物特征、铸钢组织构成、后期轧制工艺及热轧+ 正火/回火处理工艺等因素的影响。
本研究中铸锭采用真空感应炉无渣冶炼所得，凝固冷却采用正火方式，由于冷却速率较低，铸锭中主要以传统的“珠光体+ 铁素体”为主，铁素体晶粒多为不规则块状，尺寸较大。尽管如此，采用镁处理后的铸锭组织中仍出现了大量细小针状铁素体组织，组织得到了一定程度的细化。通过对铸锭中夹杂物形貌特征的研究发现，与基准钢最大的差异在于，镁处理钢中形成了大量0.4~1.5 μm粒径的含镁夹杂物，该类夹杂物弥散性好，不易团聚，高温下稳定，与α-Fe之间具有较低的晶格错配度[8]，能充分发挥对铁素体的有效形核作用，形成细小的针状铁素体，优化钢材微观组织。
为了进一步改善铸锭组织特征，研究中铸锭采取适宜的工艺进行锻造和轧制。试验钢采用TMCP工艺进行轧制。轧制分为两段，即再结晶温度以上初轧和再结晶温度以下的精轧。初轧3道次，变形量50%，精轧4道次，变形量70%，终轧温度≥ 880℃，为了获得固溶碳少的铁素体(如针状铁素体及无碳贝氏体等)，在820℃~450℃进行适当喷水加速冷却，冷却速度为9℃~11℃/s，促进过冷奥氏体中温转变。在450℃以后进行空冷，冷却速度在2℃~3℃/s。一般而言[24]，对于含Nb钢轧制时，在奥氏体未再结晶区(本研
吕铭等
究中在840℃~990℃)不必过分强调道次变形量，只要总变形量足够即可，一般要求总变形量大于50%。本研究在奥氏体未再结晶单相区采取70%的大变形量，促进试验钢在临界变形量和较高的变形温度下发生动态再结晶，有效利用动态再结晶细化奥氏体晶粒，获得相对细化的奥氏体再结晶晶粒，避免在终轧完毕到820℃开始喷水加入冷却前奥氏体晶粒由于自然长大而变得过于粗大。
试验证实，经过上述TMCP轧制工艺处理后，相对最初铸锭组织形貌，试验钢组织均得到了显著细化，传统的“珠光体+ 铁素体”混合组织逐渐消失，铁素体晶粒尺寸明显减小。镁处理试验钢中形成了大量贝氏体和针状铁素体组织，同时块状铁素体面积分数显著降低，甚至消失。
结合上述分析发现，镁处理对FH40级船板钢铸态和轧态显微组织均会造成显著影响，能同时促进铸态和轧态组织中形成大量针状铁素体组织，可见钢中添加微量镁能有效地改变过冷奥氏体的分解产物。为了进一步深入揭示镁在钢中的作用效果，研究镁处理钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线非常必要。
4. 结论
1) 镁处理后，FH40钢中典型夹杂物由基准钢的Al2O3 + MnS逐渐变质成Al-Mg-O + MnS，夹杂物中Mg的质量分数由7.54%增加至21.35%，夹杂物主要以方形或球形为主，尺寸多在1.5 μm以内。
2) 未经镁处理FH40级船板钢铸态组织以“块状铁素体+ 珠光体”混合组织为主，镁处理后，铸态组织逐渐演变为“块状铁素体+ 珠光体+针状铁素体”组织，且镁处理强度增加，针状铁素体数量明显升高，铸态组织得到了一定程度上的细化。
3) 经过实验设计的TMCP工艺轧制，轧态组织相比铸态组织得到了显著细化，未经镁处理FH40级船板钢轧态组织以“铁素体+ 少量珠光体”混合组织为主，镁处理强度增加，块状铁素体数量降低，铁素体条尺寸明显减少，且分布更为均匀，出现了大量针状铁素体和粒状贝氏体组织。
基金项目
国家自然科学基金资助项目(51374059, 51374060)。
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钢中夹杂物控制原理修订稿
钢中夹杂物控制原理 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
钢中夹杂物控制原理钢中氧的存在形式 T[O]=[O]溶+[O]夹 （1）转炉吹炼终点： [O]夹=>0，T[O]→[O]溶＝200～1000ppm [O]溶决定于： l 钢中[C]，转炉吹炼终点钢中[C]与a[O] 关系如图 l 渣中(FeO)； l 钢水温度。 1 顶底复吹转炉炉龄 C–Fe的选择性氧化平衡点 根据式 [C] + [O] = {CO} (1) lg (Pco/ac* [%O])= 1149/T–2.002 以及反应 [Fe] + [O] = （FeO） (2) lg aFeo/[%O] = 6317/T – 2.739 得到反应（FeO）+ [C] = [Fe] + {CO} (3) lg (Pco/ac* aFeo)= –5170/T+4.736 结论钢液中C-Fe的选择性氧化平衡点为[C]＝0.035％，也就是说终点[C] < 0.035％时，钢水的过氧化比较严重。图1-1的统计数据也说明了这点。同时由式(1)可以求出此时熔池中的平衡氧含量为740ppm。 理论分析
1）终点 时钢水的 当终点[C]在0.02～0.04Ⅰ）有些 2）温度对氧含量的影响 200400 600800100012001400 16001800160016201640166016801700172017401760 终点温度（℃）终点氧含量（p p m ）
在终点[C] = 0.025~0.04%时，终点氧含量虽然较分散，但总的趋势是随着终点温度的升高，终点氧基本呈上升趋势。 渣中（FeO+MnO ）增加，终点[O]有增加趋势；
炼钢、铸锭过程中产生非金属夹杂物的原因
炼钢、铸锭过程中产生非金属夹杂物的原因 摘要：论述钢中非金属夹杂物对钢锭质圣的影响，分析了非金属夹杂物在冶炼和铸锭过程中产生的原因，提出了控制夹杂物产生的几点行之有效的措施。 关键词：非金属夹杂物冶炼浇注电弧炉精炼炉质，控制 非金属夹杂物，一般是指钢锭在冶炼和浇注过程中产生或混人的非金属相，都是一些金属元素（Fe、Mn、Al等）及51与非金属元素（0、S、N、P、C 等）结合而生成的氧化物和硫化物（如Feo、Si02、Mno、A12O3、MnS、MnC）等。非金属夹杂物按来源分为内生夹杂物和外来夹杂物。内生夹杂物是钢内部发生的反应产物或者因为温度降低而形成夹杂析出。外来夹杂物是由炉料带人，耐火材料及炉渣混人的颗粒。内生夹杂物可以以外来夹杂物为核心聚集到后者的颗粒上。外来夹杂物也可能与钢液反应被还原。钢中如果有非金属夹杂物的存在，即使在钢中含量极少（通常是小于万分之一）也会给钢的质量带来极为有害的影响。从2002年1～7月份重点产品的投料统计情况看，锻钢支承辊共生产68支，经探伤发现其中2支因有密集夹杂物缺陷而报废，有4支因有夹杂物等缺陷造成锻造裂纹。电站锻件钢共生产41支，经探伤发现其中4支有严重的条状缺陷，缺陷性质为夹杂物。半钢辊钢共生产27支，其中14支因夹杂物造成不同程度的裂纹。可见夹杂物对钢锭质量造成的经济损失是非常巨大的。 1 冶炼过程中产生非金属夹杂物的原因 造渣材料碱性电弧炉常用的造渣材料采用石灰、萤石。石灰，主要成份为CaO，其含量不应小于85%,SiO2含量不大于2%，硫含量应小于0.15％。石灰易吸收水分而变成粉末，所以，造渣时要使用刚烧好的、烧透的石灰，或对石灰进行预热后再使用，这样能防止石灰给钢液带人过多的水分，否则就会使钢液氢含量增加，影响钢的质量，严重时会使钢报废。萤石，主要成份为CaF2，含量为85％、95%, SiO2含量约为6％。石中若掺杂硫化物矿石，必须将这种萤石排除掉，否则会降低炉渣的脱硫能力，易造成硫化物（MnS）夹杂。 铁合金在冶炼时，如果使用烘烤时间短、烘烤温度低、甚至根本未经烘烤的铁合金材料，势必会增加外来夹杂物和气体带人钢液中的机会。经过烘烤的铁合金上到炉台，在寒冷的冬季，露天摆放的铁合金会很快凉下来，将这些凉的铁合金
实验五 非金属夹杂物的分析与评定
实验五 非金属夹杂物的分析与评定 (验证性) 一、实验目的及要求 1．掌握钢中非金属夹杂物的分类与形态特征。 2．掌握使用标准评定钢中非金属夹杂物的级别。 二、实验原理 钢铁中的非金属夹杂物的出现是不可避免。钢中非金属夹杂物的金相检验主要包括夹杂物类型的定性和定量评级。夹杂物的检验评定可按照GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物显微评定方法》执行。 1、检验钢中的非金属夹杂物的必要性 因为非金属夹杂物破坏了金属基体的连续性、均匀性，易引起应力集中，造成机械性能下降，导致材料的早期破坏，其影响程度主要取决于夹杂物的形状、大小、分布和聚集状态。 钢中夹杂物的检验一般在出厂前钢厂检验或者收货单位验收时检验。 2、钢中非金属夹杂物的来源 a）内在的：包括①铁矿石②钢厂在冶炼时，用Si、Al脱氧造成，反应式： 3FeO + 2Al → 3Fe + Al2O3 2FeO + Si → 2Fe + SiO2 b）外来的：浇铸过程卷入的耐火材料、炉渣等。 3、制样要求 a、取样时沿轧制方向，磨制纵向截面观察夹杂物大小、形状、数量，横向截面观察夹杂物从边缘到中心的分布。试样表面无划痕、无锈蚀点、无扰乱层。 b、淬火以提高试样的硬度，保留夹杂物的外形。 c、试样表面不浸蚀。 4、非金属夹杂物的分类 a、氧化物：FeO、MnO、Cr2O3、Al2O3； b、硫化物：FeS、Mn S及其共晶体； c、硅酸盐：2FeO·SiO2、2MnO·SiO2； d、氮化物：TiN、VN； e、稀土夹杂物 5、非金属夹杂物的金相鉴别方法
主要是指利用光学显微镜中的明场、暗场和偏振光灯照明条件下夹杂物的光学反映差异，以及在标准试剂中腐蚀后，夹杂物发生化学反应而出现色差及侵蚀程度的不同来区分鉴别。 a明场：检验夹杂物的数量、大小、形状、分布、抛光性和色彩。不透明夹杂物呈浅灰色或其他颜色，透明的夹杂物颜色较暗。 b暗场：检验夹杂物的透明度、色彩。透明夹杂物发亮，不透明夹杂物呈暗黑色、有时有亮边。 c偏光：检验夹杂物的各向同性和各向异性，色彩、黑十字现象。 金相法鉴定夹杂物的优点是简单直观，易与钢材的质量联系起来；缺点是不能确定夹杂物的成分和晶体结构。 6、非金属夹杂物的特征 具体形貌如图： a）硫化物主要有硫化铁（FeS）和硫化锰（MnS），以及它们的共晶体等。在钢材中，硫化物常沿钢材伸长方向被拉长呈长条状或者纺锤形，塑韧性较好。在明场下，硫化铁呈淡黄色，硫化锰呈灰蓝色，而两者的共晶体为灰黄色；在暗场下一般不透明但有明显的界限，硫化锰稍呈灰绿色；在正交偏光下都不透明，转动载物台一周，硫化铁有四次明亮、四次消光，呈各向异性，硫化锰及其共晶体都为各向同性。图3-2-20，3-2-21，3-2-23，3-2-27 b）氧化物常见氧化物有氧化亚铁（FeO）、氧化亚锰（MnO）、氧化铬（Cr2O3）、氧化铝（Al2O3）等。压力加工后，它们往往沿钢材延伸方向呈不规则的点状或细小碎块状聚集成带状分布。在明场下，它们大多呈灰色；在暗场下，FeO不透明，沿边界有薄薄的亮带；MnO透明呈绿宝石色；Cr2O3不透明，有很薄一层绿色；Al2O3透明，呈亮黄色。在偏光下，FeO、MnO呈各向同性，Cr2O3、Al2O3呈各异性。二氧化硅（SiO2）也是常见的氧化物。在明场下呈球形，深灰色；在暗场下无色透明，在偏光下呈各向异性、透明，并称黑十字现象。 图3-1-1，3-1-4，3-1-7，3-1-8，3-1-10，3-1-11，3-1-16，3-1-17，3-1-183-1-19，3-1-20，3-1-36，3-1-34 c）硅酸盐夹杂物来源于炼钢时加入Si-Ca脱氧剂或者与耐火砖发生作用。常见的硅酸盐夹杂物有铁橄榄石（2FeO·SiO2）、锰橄榄石 （2MnO·SiO2）、复合铁锰硅酸盐（nFe·mMnO·pSiO2）以及硅酸铝（3Al2O3·2SiO2）等。在明场下均呈暗灰色，带有环状反光和中心两点；在暗场下，一般均透明，并带有不同的色彩；在偏光下，除多数铁
钢夹杂物危害及应对措施
钢夹杂物危害及应对措施 一、前言 钢铁业是几乎所有重工业的基础与支柱，在国民经济中的重要性不言而喻。钢铁材料是人类社会最主要使用的结构材料，也是产量最大应用最广泛的功能材料，在经济发展中发挥着举足轻重的作用。钢铁材料是人类社会的基础材料，是社会文明的标志。从纪元年代前后，世界主要文明地区陆续进入铁器时代以后，钢铁材料在人类生产、生活、战争中起到了举足轻重的作用。一直到今天，钢铁材料的这种作用不但没有减弱，而是在不断增强。房屋建筑、交通运输、能源生产、机器制造等都是立足于钢铁材料的应用基础之上；钢铁材料是诸多工业领域中的必选材料，既是许多领域不可替代的结构材料，也是产量最大覆盖而极广的功能材料。钢铁工业长期以来是世界各国国民经济的基础产业，在国民经济中具有重要的地位，钢铁工业发展水平如何历来是一个国家综合国力的重要指标。 洁净钢是一个相对概念，一般认为：洁净钢指钢中五大杂质元素(S 、P 、H 、N 、O) 含量较低,且对夹杂物(主要指氧化物和硫化物) 进行严格控制的钢种, 主要包括：钢中总氧含量低，夹杂物数量少、尺寸小、分布均匀，脆性夹杂物少及其合适的夹杂物形态。钢的纯净化技术是生产高性能、高质量产品的基础，代表钢铁冶金企业的技术装备水平。20 世纪80 年代以来，钢的洁净度不断提高。日本2000年批量生产的洁净钢中，有害元素(P、S、N、O、H) 总量可达0.005 %，中国宝钢可达0.008 %,国内外钢厂生产洁净钢水平见表1 表1 国内外一些钢厂生产的洁净钢水平单位: ×10 - 6
随着现代科技的进步和现代工业的发展对钢的质量要求越来越高，钢中夹杂物（主要是氧化物夹杂）严重影响钢材质量，随着洁净钢和纯净钢概念的提出，更是对钢中夹杂物的控制提出苛刻的要求。钢中夹杂物能降低钢的塑性，韧性和疲劳寿命，使钢的加工性能变坏，对钢材表面光洁度和焊接性能有直接影响。 钢中的夹杂物对于钢材性能影响很大例如钢中夹杂物可导致汽车和电气产品用薄钢板的表面缺陷、DI罐用薄钢板裂纹、管线钢氢致裂纹、轮胎子午线加工过程断线、轴承钢疲劳性能恶化，同时钢中非金属夹杂物对于钢板抗撕裂性能和低温冲击韧性也有不利影响。随着钢铁工业的不断发展，对钢的性能及其化学成分、组织均匀性的要求越来越高。钢铁产品将按着钢液洁净度高、成分控制精度高和产品性能稳定性能高的方向发展，其中洁净度钢的生产是2l世纪钢铁企业面临的重大课题。 二、钢中夹杂物的分类 分类方法很多，但常见的有以下四种： 1．按来源分类，可分为两类： (1)外来夹杂物：耐火材料、熔渣或两者的反应产物混入钢中并残留在钢中的颗粒夹杂称为外来夹杂。包括从炉衬或包衬、或从汤道砖、中包绝热板、保护渣进入钢水中的夹杂物（有人还将钢水二次氧化生成的夹杂物包括在内）。这类夹杂颗粒较大，易于上浮，但在钢中，它们的出现带着偶然性且不规则。 (2)内生夹杂物：在冶炼、浇注和凝固过程中，钢液、固体钢内进行着各种化学反应，对于在冶炼过程中所形成的化合物、脱氧时产生的脱氧产物、或在钢水凝固过程产生的化合物，当这些化合物来不及从钢水中彻底排出而残存在钢中者，叫做内在的非金属夹杂物。内生夹杂物形成的时间可分为四个阶段： ①一次夹杂：钢液脱氧反应时生成的脱氧产物； ②二次夹杂：在出钢和浇注过程中温度下降平衡移动时生成的夹杂物； ③三次夹杂：凝固过程中生成的夹杂； ④四次夹杂：固态相变时因溶解度变化生成的夹杂。 一般说来外来夹杂物颗粒较大，在钢中比较集中，而内生夹杂物则与此相反。从组成来看，内生夹杂物可以是简单组成，也可以是复杂组成；可以是单
夹杂物去除方法
钢中夹杂物去除技术的主要进展有：气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙和NK-PERM法；电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动；渣洗技术；过滤器技术。 1.气体搅拌 1）钢包吹氩吹氩搅拌是钢包炉重要的精炼技术手段之一。通过产生氩气泡去除夹杂物，最佳气泡直径为2-15mm。为去除钢中的细小夹杂物颗粒，需要钢液中制造直径更小的气泡。研究发现，在钢包和中间包之间的长水口吹氩，该处湍流强度很高，产生的剪切力将气泡击碎，将大气包分成0.5-1mm的细小气泡。这种方法可以提高去除夹杂物的效率。 2）中间包气幕挡墙通过埋设于中间包底部的透气管或透气梁向钢液中吹入气泡，与流经此处钢液中的夹杂物颗粒相互碰撞聚合吸附，同时也增加了夹杂物的垂直向上运动，从而达到净化钢液目的。该法在德国NMSC公司得到应用， 50-200μm大尺寸夹杂物全部去除，小尺寸夹杂物去除效率提高50%。此外，新日铁对其进行了改进，研制了一种旋转喷嘴，借助耐火材料的旋转叶轮，使气泡变得更小，50μm以下夹杂物颗粒明显得到减少。 3）NK-PERM法该法是日本钢管公司开发的精炼法，采用顶吹喷枪和包底透气砖吹氩和氢至（150-400）×10-6，然后在RH真空循环脱气装置中脱气去夹杂。与传统的钢包吹氩相比，钢中夹杂物平均尺寸明显减少，且直径在10μm以上的夹杂物颗粒全部去除。 2.电磁净化 1）钢包电磁搅拌由瑞典的ASEA与SKF公司开发，电磁搅拌在降低20μm 以下的非金属夹杂物与吹氩搅拌相比具有显著的优越性，此外，电磁搅拌流场基本无死角，另外该法生产的钢总氧含量小于20×10-6。 2）中间包分离技术夹杂物和钢液之间存在密度差，可以用离心场分离夹杂物。日本进行了这方面研究，离心流场中间包分为圆筒形旋转室和矩形室，钢水由钢包长水口进入旋转室，在旋转区受电磁力驱动进行离心流动，然后从旋转区底部出口进入矩形室浇铸。离心搅拌后总氧含量小于15×10-6，夹杂物总量减少约一半。 3）结晶器电磁制动利用向上的电磁力阻止从浸入式水口流出的钢液并改变其方向，借此减小钢液的穿透深度，促使夹杂物上浮分离。近年来，日本川崎公司开发出了全幅三段电磁制动技术，将下段磁场应用于二次制动，采用后，即使在2.5m/min以上的高速浇铸时，也不会有卷渣发生。 3.渣洗
钢中夹杂物浅析
钢中夹杂物浅析 1. 钢中夹杂物的分类 1.1 根据钢中非金属夹杂物的来源分类 （1）内生夹杂物钢在冶炼过程中，脱氧反应会产生氧化物和硅酸盐等产物，若在钢液凝固前未浮出，将留在钢中。溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元素在降温和凝固时，由于溶解度的降低，与其他元素结合以化合物形式从液相或固溶体中析出，最后留在钢锭中，它是金属在熔炼过程中，各种物理化学变化而形成的夹杂物。内生夹杂物分布比较均匀，颗粒也较小，正确的操作和合理的工艺措施可以减少其数量和改变其成分、大小和分布情况，但一般来说是不可避免的。 （2）外来夹杂物钢在冶炼和浇注过程中悬浮在钢液表面的炉渣、或由炼钢炉、出钢槽和钢包等内壁剥落的耐火材料或其他夹杂物在钢液凝固前未及时清除而留于钢中。它是金属在熔炼过程中与外界物质接触发生作用产生的夹杂物。如炉料表面的砂土和炉衬等与金属液作用，形成熔渣而滞留在金属中，其中也包括加入的熔剂。这类夹杂物一般的特征是外形不规则，尺寸比较大，分布也没有规律，又称为粗夹杂。这类夹杂物通过正确的操作是可以避免的。 1.2 根据夹杂物的形态和分布，标准图谱分为A、B、C、D和DS五大类。 这五大类夹杂物代表最常观察到的夹杂物的类型和形态: （1）A类(硫化物类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(长度/宽度)的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角； （2）B类(氧化铝类)：大多数没有变形，带角的，形态比小(一般<3)，黑色或带蓝色的颗粒，沿轧制方向排成一行(至少有3个颗粒)； （3）C类(硅酸盐类)：具有高的延展性，有较宽范围形态比(一般>3)的单个呈黑色或深灰色夹杂物，一般端部呈锐角； （4）D类(球状氧化物类)：不变形，带角或圆形的，形态比小(一般<3),黑色或带蓝色的，无规则分布的颗粒； （5）DS 类(单颗粒球状类)：圆形或近似圆形，直径>13μm的单颗粒夹杂物。 2. 钢中夹杂物主要类型及特征 2.1 硫化物
钢中夹杂物的类型及控制技术发展
钢中夹杂物的类型及控制技术发展 XX （河北联合大学冶金与能源学院，唐山，063009） 摘要：综合论述了钢中非金属夹杂物的按化学成分、形态、粒度、来源的分类以及控制夹杂物含量时所采用的气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙、电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动、过滤器技术、超声处理技术和渣洗技术，并针对钢中夹杂物的控制技术的优、缺点进行了简要的归纳。随着氧化物冶金工艺纯净钢产品的开发,夹杂物去除技术的不断进步,非金属夹杂物的控制技术仍面临着新任务。 关键词：非金属夹杂物；夹杂物类型；控制技术 Types and Progress on Technique for Removel of inclusions in steel XX (College of Metallurgy and Energy Hebei United University, Tangshan 063009) Abstract：The behavior of inclusions in molten steel includes physical processes such as nucleation, growth, polymerization and transmission. The removal of inclusions can be seen as the result of transmission, which involves inclusion growth, floating and separating. The key progress on technique for removal of inclusions in steel is gas stirring-ladle argon blowing, gas shielding weir and dam in tundish, electromagnetic cleaning-ladle electromagnetic stirring, tundish centrifugal separating and mold electromagnetic braking, slag washing, ultrasonic technique ,and filter technique. Key words：non-metallic inclusions Typesof inclusions, Technique for Removel of inclusions 1引言 钢中非金属夹杂物是指钢中不具有金属性质的氧化物、硫化物、硅酸盐或氮化物。它们是钢在冶炼过程中加入脱氧剂而形成的氧化物、硅酸盐和钢在凝固过程中由于某些元素溶解度下降而形成的硫化
钢中的非金属夹杂物分类方法如何
钢中的非金属夹杂物分类方法如何？来源何处 2009-05-21 11:17 评论（0）浏览（289）一）分类方法很多，但常见的有以下四种： 1．按来源分类，可分为两类： (1)内在的：包括在冶炼过程中所形成的化合物、脱氧时产生的脱氧产物、或在钢水凝固过程产生的化合物，当这些化合物来不及从钢水中彻底排出，而残存在钢中者，叫做内在的非金属夹杂物。 (2)外来的：包括从炉衬或包衬、或从汤道砖、中包绝热板、保护渣迸人钢水中的夹杂物（有人还将钢水二次氧化生成的夹杂物包括在内）。 一般说来外来夹杂物颗粒较人，在钢中比较集中，而内在夹杂物则一与此相反。 2．按化学成分分类，一般分三类。 (1)氧化物：如FeO, Si02 , Al2O3等，有时它们各自独立存在，有时形成尖晶石(如MnO.Al203）或固溶体 (如FeO 和MnO)。 (2)硫化物：如FeS、MnS及(Fe. Mn) S的固溶体。当加Al过多时可能以A12S3出现。 (3)氮化物：如TiN, ZrN 等 3．按夹杂物的变形性能分类，当钢进行热加工时，例如：轧制时，夹杂物此时是否也变形，它对钢的性能有明显的影响。为此，把夹杂物分为三类：(1)脆性：这类夹杂物完全没有塑性，在热加工时，尺寸和形状都没有变化，属于这一类的主要是A1203、Cr203等，‘它们属于高熔点
的夹杂物。 (2)塑性：钢在加工变形时，夹杂物也能随之变形，形成条状，属于这类的有硫化物以及含 SiO240--60％的铁、锰硅酸盐。 (3)球状（或点状）不变形：属于这类的有Si02 及SiO2 >70％的硅酸盐。 4．按尺寸大小分类，可分三类：(1)大型：尺寸> 100微米。 (2）中型：也叫显微型，尺寸1-100微米。(3)小型：也叫超显微型，尺寸＜100微米。 （二）钢中非金属夹杂物主要来源于： 1．钢中杂质氧化的产物、脱氧产物和钢在浇注与凝固过程中的反应产物、因溶解度下降的析出物； 2．原材料带人的杂质； 3．混人的炉渣或炉衬与浇注设备的耐火材料等。 来源：中国钢铁新闻网
钢中夹杂物含量评定的标准试验方法
ASTM E45-2013 钢中夹杂物含量评定的标准试验方法 Standard Test Methods for Determining the Inclusion Content of Steel ①本标准的固定编号为E45；其后面的数字表示最初釆用或最后修订的年份。括号里的数字表示此标准 的最后重新批准时间。上标希腊字母（ε）表示最后一次修订或复审后的编辑修改。 本标准已经美国国防部认可采用。 1. 范围 1.1 本标准的试验方法为测定锻钢中非金属夹杂物含量的方法。宏观试验法包括低倍腐蚀、断口、台阶和磁粉法。显微试验法通常包括5 种检测。依据夹杂物形状而不以化学特点，显微法将夹杂物划分为不同类型。这里主要讨论了金相照相技术，它允许形状类似的夹杂物之间略有不同。这些方法在主要用来评定夹杂物的同时，某些方法也可以评估诸如碳化物、氮化物、碳氮化物、硼化物和金属间化合物的组成。除了钢以外，其它合金在有些情况下也可以应用这些方法的一种或多种。根据这些方法在钢中的应用情况，将分别给予介绍。 1.2 本标准介绍了依据显微试验方法A 和方法D，使用JK 评级图评定夹杂物的程序。 1.3 按照钢的类型和性能要求，可以采用宏观法或显微法，也可以将二者结合起来，以得到最佳结果。 1.4 这些试验方法仅仅为推荐方法，对任何级别的钢而言，这些方法都应不能作为合格与否的判据。
1.5 该标准以国际单位制规定的单位为标准单位，圆括号里的内容为转化的近似值。 1.6 本标准未注明与安全相关的事项，如果有的话，也只涉及本标准的使用。标准使用者应建立适当的安全和健康操作规程，并且在使用标准前应确定其适用性。 2. 引用文件 2.1 ASTM 标准： ② E3 制备金相试样指南 E7 金相显微检测相关术语 ①本试验方法由ASTM 的E04《金相》委员会管辖，并由E04.09《夹杂物》分委员会直接负责。 现版本于2013 年5 月1 日批准，2013 年5 月出版。原版本在1942 年批准。前一个最新版是2011 年批准 的E45-11a。DOI: 10.1520/E0045-13。 ②对于ASTM 的参考标准，可登陆ASTM 网站，https://www.sodocs.net/doc/ad8934247.html, 或联系service@https://www.sodocs.net/doc/ad8934247.html, 的ASTM 客户服务 部。ASTM 标准年报资料，参见ASTM 网站的本标准的文件概要页。 ASTM E45-2013 钢中夹杂物含量评定的标准试验方法 2 E381 钢棒，钢坯，钢锭和锻件的宏观试验法 E709 磁粉检测指南 E768 自动测定钢中夹杂物的试样的制备和评定操作规程 E1245 用自动图像分析法确定金属中夹杂物或第二相含量的操作规程 E1444 磁粉探伤法的操作规程 E1951 十字线和光学显微镜放大倍率的校准指南
钢中非金属夹杂物的分类
钢中非金属夹杂物的分类 (一) 夹杂物的来源 钢中非金属夹杂物按其形成原因可分为两类：即内生夹杂物和外来夹杂物。 内生夹杂物的来源主要有以下几个方面： (1) 脱氧剂及合金添加剂和钢中元素化学反应的产物，在钢液凝固前未浮出而残留在钢中。 (2) 出钢、浇注过程中钢水与大气接触，钢水中易氧化、氮化元素的二次氧化、氮化产物。 (3) 出钢至铸锭过程中，随钢水温度的下降，造成氧、硫、氮等元素及化合物溶解度的降低，因而产生或析出各种夹杂物。 一般的讲，内生夹杂物较为细小，合适的工艺措施可减少其含量，控制其大小和分布，但不可能完全消除。 外来夹杂物的主要来源有二个途径： (1) 冶炼、出钢及浇注过程中，钢水、炉渣及耐火材料相互作用而被卷入的耐火材料或炉渣等。 (2) 与原材料同时进入炉中的非金属夹杂物。 这类夹杂物一般较粗大，只要工艺、操作适当是可以减少和避免的。钢中常规检验遇到的夹杂物多数是内生夹杂物。 (二) 夹杂物的分类 1.按夹杂物的化学组成分类 通常根据夹杂物的化学组成可分为简单氧化物(如Al2O3，SiO2)；复杂氧化物(如FeO?Al2O3，CaO?Al2O3)；硅酸盐及硅酸盐玻璃(如2FeO?SiO2)；硫化物(如MnS，FeS)；氮化物(如TiN)；复杂夹杂如硫氧化物(Ce2O2S)，氟氧化物(LaOF)，氮碳化物(TiCN)，硫碳化物(Ti4C2S2)等。 钢中实际存在的夹杂物与钢的成分、冶炼过程、脱氧方法等因素有关。 2. 按夹杂物的塑性及分布分类 在生产检验中又根据夹杂物的塑性及分布特性分为脆性夹杂物、塑性夹杂物、点状不变形夹杂物。
(1) 塑性夹杂物热变形时具有良好的范性，沿变形方向延伸成条带状。属于这类的夹杂物有硫化物及含SiO2量较低的铁锰硅酸盐等。 (2) 脆性夹杂物热加工时形状和尺寸都不变化，但可沿加工方向成串或点链状排列。属于这类的夹杂物有Al2O3，Cr2O3等。 (3) 点状(或球状)不变形夹杂物铸态呈球状，热加工后形状保持不变，如SiO2及SiO2含量较高的硅酸盐等。 (4)半塑性夹杂物指各种复相的铝硅酸盐夹杂。基底铝硅酸盐有范性，热加工时延伸变形，但其中包含着的析出相如Al2O3等是脆性的，加工时保持原状或只是拉开距离。 除此之外，夹杂物还可根据化学稳定性的不同，分为易溶于稀酸，甚至在水中就能分解的不稳定夹杂物和在热的浓酸中才能溶解的稳定夹杂物。或按照钢的类型和成分分类等。
钢中夹杂物分析方法探讨
钢中夹杂物分析方法探讨 钢中夹杂物主要以非金属化合态存在，如氧化物、硫化物、氮化物等，造成钢的组织不均匀。夹杂物的几何形状、化学成分、物理性能等不仅影响钢的冷热加工性能和理化性能，而且影响钢的力学性能和疲劳性能。随着产品对夹杂物的分析提出更高的要求，需要建立适合生产现场的快速检测钢中夹杂的分析方法，以便降低钢中的夹杂含量，因此，对各种夹杂分析方法进行调研，并从单一和综合两方面进行分析。 单一方法 (1)金相显微镜观测法(MMO)。金相显微镜观测法是一种传统的方法，用光学显微镜检测二维钢样薄片，并且用肉眼定量。通过观察夹杂物的形状、光学特征或用化学法辅助，可以测定夹杂物类型，直接观测夹杂物的尺寸与分布情况，判断夹杂物的生成。 (2)图像扫描法(IA)。采用高速计算机显微镜扫描图像，根据灰度的断续分辨明暗区，比肉眼观测的MMO法大有改进，容易测定较大面积和较多数量的夹杂物，自动化程度高，可获得体积分数、粒度分布直方图、定量等信息，但有时易将非金属夹杂物引起的划痕、麻点和凹坑分析错，且易受尘埃干扰，细小夹杂可能从磨面脱落。 (3)硫印法。通过对富硫区进行腐蚀，区分宏观夹杂和裂纹。 (4)电解(蚀)法。该方法精确度高但费时，以钢样作为电解池的阳极，电解槽为阴极，通电后钢的基体呈离子状态进入溶液溶解，非金属夹杂物不被电解呈固相保留。较大的钢样(2～3kg)被电解，然后对电解泥淘洗、磁选、氢气还原分离铁，最后称量分级；较小的钢样(50～120g)被电解或稀酸溶解，将残渣经碳化物处理、过滤、灼烧，得到氧化物总量。马钢钢研所和北京科技大学成人教育学院运用大样电解法对钢样进行测定，并得到夹杂物不同粒度分布的百分含量。 (5)电子束熔炼法(EB)。在真空条件下，用电子束熔化钢样，夹杂物上浮到钢水表面。通常电子束熔炼查找的是上浮夹杂物特定区域。电子束熔炼的升级法(EB-EV)用来评估夹杂物尺寸分布，根据测定区域的上浮夹杂物尺寸，推断所有夹杂物的上浮结果，从而计算夹杂物尺寸分布指数。 (6)水冷坩埚熔炼法(CC)。在电子束熔炼的条件下，先将熔融钢样表面的夹杂物浓缩，冷却后，样品被分解，夹杂物被分离出来。 (7)扫描电子显微镜法(SEM)。将电子束用电磁透镜聚焦照射于试样表面，同时用电子束扫描，在显像管上显示出试样发出的信号，可清晰地观测到各种夹杂物的主体像，了解其分布和形态，用电子探针分析仪(EPMA)测定其组成及含量，特别是鉴定夹杂物局部组成最有效，可分析的元素范围4Be～92U，对0.1μm以上的区域进行定性分析，对2μm以上的区域进行定量分析。 (8)单火花光谱分析法(SSA)即原位分析仪。对被分析对象原始状态的化学和结构进行分析。通过对无预燃、连续扫描激发的火花放电所产生的光谱信号进行高速的数据采集和解析，测定样品表面不同位置的原始状态下的化学成分分布、缺陷判别和夹杂状态分析，可获得夹杂物数量、组成、分布和粒度等多方面的信息；一次扫描即可得到元素成分、偏析、疏松和夹杂的定量分布结果，扫描范围达300mm×200mm，分析灵敏度优于常规火花光谱分析，样品无需抛光及处理，分析结果显示方式丰富，除了以列表方式显示各项分析数据和计数外，还同时以二维和三维多种图形显示成分、偏析、疏松和夹杂的分析结果，可直接应用于冶金炉前分析，实现临线快速分析，当样品太少时不能反映大型夹杂。 (9)曼内斯曼夹杂物检测法(MIDAS)。又名LSHP法，先使钢样波动，以排除气泡，然后超声扫描检测固态夹杂物和固气复合夹杂物。 (10)激光衍射颗粒尺寸分析法(LDPSA)。采用激光技术检测其他方法(如定泥法)已检测出夹杂物的尺寸分布。
钢中常见的元素、夹杂物对钢性能的作用及影响
钢中常见的元素、夹杂物对钢性能的作用及影响 常见元素主要有C、Si、Mn、P、S、N、H、O及其他非金属夹杂物。 碳（C）： 是对钢的性能影响最大的基本元素。不同的碳含量依据钢中杂质元素含量和轧后冷却条件的不同对于钢的性能影响是不同的，随着钢中碳含量的增加，碳钢在热轧状态下的硬度直线上升，塑性和韧性降低。在亚共析范围内，碳对抗拉强度的影响是，随着碳含量增加，抗拉强度不断提高，超过共析范围后，抗拉强度随碳含量的增加减缓，最后发展到随碳含量的增加抗拉强度降低。另外，含碳量增加时碳钢的耐蚀性降低，同时碳也使碳钢的焊接性能和冷加工（冲压、垃拔）性能变坏。 硅（Si）： 硅在碳钢的含量≤0.50％。硅也是钢中的有益元素。在沸腾钢中，含硅量很低，硅是作为脱氧元素加入到钢中。在镇静钢中硅的含量一般为0.12～0.37％。硅增大了钢液的流动性，除了形成非金属夹杂外，硅溶于铁素体中。随着硅含量的提高，钢的抗拉强度提高，屈服点提高，伸长率下降，钢的面缩率和冲击韧性显著降低。 锰（Mn）： 在碳钢中，锰是有益元素。锰是作为脱氧除硫的元素加入到钢中的。对于镇静钢来说，锰可以提高硅和铝的脱氧效果，可以同硫形成硫化锰，相当程度上降低硫在钢中的危害。锰对碳钢的力学性能有良好的影响，它能提高钢热轧后的硬度和强度，原因是锰溶入铁素体中引起固溶强化。因此，精炼过程中要按照技术要求严格稳定控制各炉次的锰含量。 磷（P）： 一般来说，磷是钢中的有害元素。它来源于矿石和生铁等炼钢原料。磷能提高钢的强度，但使塑性和韧性降低，特别是使钢的脆性转折温度急剧上升，即提高钢的冷脆性（低温变脆）。由于磷的有害影响，同时考虑到磷有较大的偏析，因而对其含量要严格的控制。但是在含碳量比较低的钢种中，磷的冷脆危害比较小。在这种情况下，可以用磷来提高钢的强度，如鞍钢生产的高强度IF钢就需要加入磷。另外，在适当的情况下，还利用磷的其他一些有益作用，如增加钢的抗大气腐蚀能力，如集装箱用钢；提高磁性，如电工硅钢；改善钢材的易切削加工性，减少热轧薄板的粘结等。 硫（S）: 一般来说，硫是有害元素，他主要来自于炼铁、炼钢时加入的原材料和燃烧产物，二氧化硫。硫最大的为危害是引起钢在热加工时开裂，即产生所谓的热脆。硫能提高钢材的切削加工性，这是硫的有益作用。 氮（N）： 钢中的氮来自炉料，同时，在冶炼、浇铸时钢液也会从炉气和大气中吸收氮。氮引起碳钢的淬火时效和形变时效，从而对碳钢的性能发生显著的影响。由于氮的时效作用，钢的硬度、强度固然提高，但是塑性和韧性降低，特别是在形变时效的情况下，塑性和韧性的降低比较显著。因此，对于普通低合金钢来说，时效现象是有害的，因而氮是有害元素。但对于一些细晶粒钢以及含钒、铌钢，由于氮化物的强化细化晶粒作用，氮成为有益元素。另外，作为合金元素，氮在不锈耐酸钢中得到应用，此外，氮化处理方法能使机器零件获得极好的综合力学性能，从而使零件的使用寿命延长。 氢（H）：
钢液夹杂物的行为及去除
冶金熔体 题目：钢液夹杂物的行为及去除 姓名： 王接喜 学号： 103511050 序号： 20 学院： 冶金科学与工程学院 专业： 有色金属冶金 完成时间： 2010- 12- 29 Central South University
钢液夹杂物的行为及去除 王接喜 （中南大学冶金科学与工程学院，长沙，410083） 摘要：钢液中夹杂物的行为涉及的内容很广，其基本的物理过程大致包括：形核、生长、聚合、传递等，夹杂物去除可以视为传递过程的结果。钢中夹杂物去除的主要环节为夹杂物的长大、上浮和分离。钢中夹杂物去除技术有：气体搅拌-钢包吹氩、中间包气幕挡墙和RH-NK-RERM法；电磁净化-钢包电磁搅拌、中间包离心分离和结晶器电磁制动；渣洗技术；过滤器技术。 关键词：钢液；夹杂物；生长；去除；中间包；电磁场 Behavior and removal of inclusions in molten steel WANG Jiexi, ZHOU Yongmao (School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha, China 410083) Abstract：The behavior of inclusions in molten steel includes physical processes such as nucleation, growth, polymerization and transmission. The removal of inclusions can be seen as the result of transmission, which involves inclusion growth, floating and separating. The key progress on technique for removal of inclusions in steel is gas stirring-ladle argon blowing, gas shielding weir and dam in tundish, RH-NK-RERM method, electromagnetic cleaning-ladle electromagnetic stirring, tundish centrifugal separating and mold electromagnetic braking, slag washing and filter technique. Key words：molten steel, inclusions, growth, removal, tundish, electromagnetic field 引言 钢中非金属夹杂物事氧化物、硫化物、氮化物、硅酸盐等以及由它们组成的各种复杂化合物的统称[1]。根据国家标准，金属夹杂物分为五类，分别为以硫化物为主的A类、以氧化铝为主的B类、以硅酸盐为主的C类、以球形氧化物为主的D类和以单颗粒球为主的Ds类。 夹杂物的主要来源为内生夹杂和外来夹杂。内生夹杂包括四个方面：脱氧时的脱氧产物；钢液温度下降时S、O、N等杂质元素溶解度下降而以非金属夹杂形式出现的生成物；凝固过程中因溶解度降低、偏析而发生反应的产物；固态钢镶边溶解度变化生成的产物[2]。 钢的内在质量与钢液的纯净度有很大的关系。钢液中的非金属夹杂物可导致产品性能的恶化、内在品质的下降，同时非金属夹杂物有助于气孔的形成，降低铸件的致密度[3]；夹杂物的存在破坏了基体的连续性，造成金属组织的不均匀，使金属的力学性能变差，对材料的加工(拉拔和深冲)性能、疲劳性能、表面质量和耐腐蚀性能等产生不利影响[4-5]；另外还使钢的冷热加工性能变坏。夹杂物还容易在壁面沉积，造成结晶器水口、RH上升和下降管堵塞，不仅降低冶金容器的寿命，而且直接危及生产的连续性和稳定性[6]。 由于非金属夹杂对钢的性能影响严重，因此在炼钢、精炼和连铸过程中，应最大限度地降低钢液中夹杂物的含量，控制其形状和尺寸。减少钢中夹杂物，提高钢的洁净度可以显著改善钢材的延展性、韧性、抗腐蚀性等。
钢中非金属夹杂物特征
钢中非金属夹杂物特征 钢中氧和硫分别以氧化物和硫化物夹杂形式存在，很早以前就发现，钢的洁净度取决于上述氧化物和硫化物夹杂，这些夹杂物的尺寸、形状、物理性质、出现频率对钢的质量有很大的影响。 钢中常见的内在夹杂物有脆性夹杂物（氧化物及脆性硅酸盐）塑性夹杂物（硫化物及塑性硅酸盐）、点状不变形夹杂物和氮化物等。 一、氧化物： １．氧化铝夹杂物：Al2O3（脆性） 这种夹杂物热加工后不变形、而是沿加工方向分布成短线状颗粒带，在明场下呈灰色。过多的Al2O3会使钢的疲劳强度和其他力学性能下降。 ２．SiO2夹杂物 除了氧化铝夹杂物外，在钢中还有硅脱氧产物SiO2，也称石英。 二、硫化物：FeS、MnS（塑性） 这类属于塑性夹杂物，具有很高的塑性，热加工后沿加工方向延伸成条状分布，在明场下呈灰色。 三、氮化物： 在含钛、锆、钒的合金中，钛、锆和钒容易和氮结合成稳定的氮化物夹杂，氮化物热加工中不变形，多呈方形、长方形，在明场下有淡黄和金黄色彩。四、点状不变形夹杂物： 铬轴承钢中的点状不变形夹杂物主要由镁尖晶石和含钙的铝酸盐所构成，此外还有含铝、钙、锰的硅酸盐，点状不变形夹杂物加工后仍不变形，仍保持较规则的图形。 五、硅酸盐： 硅酸盐是金属氧化和硅酸根的化合物，是钢中常见的夹杂物，在使用硅锰、硅铁合金脱氧时，形成可变形的硅酸盐，最常见的硅酸盐是硅酸亚铁和硅酸亚锰。 钢中常见的硅酸盐有硅酸亚铁（２FeO.SiO2）、硅酸亚锰（２MnO.SiO2），硅酸盐分脆性硅酸盐和塑性硅酸盐。脆性硅酸盐热加工后沿加工方向成为短线状颗粒带，类似氧化物，塑性硅酸盐热加工后沿加工方向延伸成条状。但硅酸盐一
GB10561-89“钢中非金属夹杂物显微评定方法”标准的执行与理解
GB10561-89“钢中非金属夹杂物显微评定方法”标准的执行与理解 钟传珍潘淑红 （大连钢厂中心试脸室116031） 非金属夹杂物是钢中不可避免的夹杂，它的存在使金属基体的连续性受到破坏，非金属夹杂物在钢中的形态、含量和分布都不同程度地影响了钢的各种性能，诸如常规力学性能、疲劳性能、加工性能等。因此，正确测定与评价钢中非金属夹杂物是提高钢材质量不可忽视的环节。 测量非金属夹杂物的方法虽已标准化，但长期以来我国-直没有相应的国家标准。1989年由于新标准GB/T10561-1989取代YB25-77而使非金属夹杂物的评定更趋详细和全面。为了更好地执行和掌握新标准的评级原则，保证新旧标准的衔接，在实际检验工作中，我们针对具体试样加深对新标准的学习与理解，现将GB/T10561-1989所需检验的氧化物、硫化物、硅酸盐及点状不变形夹杂物的有关问题分述如下。 1 钢中非金属夹杂物的分类 钢中非金属夹杂物种类很多，按其来源和大小大体分为两大类： 1）显微夹杂物或称内在夹杂物，这类夹杂物是钢在冶炼或凝固过程中，由-系列物理和化学反应所生成。例如，在冶炼的过程中，由于脱氧剂的加入，而形成氧化物和硅酸盐等，这些夹杂物来不及完全上浮进入钢渣而残留于钢液中，即为内在夹杂物。 2）宏观夹杂物或称外来夹杂物，这类夹杂物是在钢的冶炼或浇注过程中，由于耐火材料的混入造成的，其特点是大而无固定形状。其次，非金属夹杂物还可按化学成分分类，分为氧化物、硫化物和氮化物，而氧化物又可分为简单氧化物，复杂氧化物和硅酸盐详见图1。 图1 2 非金属夹杂物的测定 2.1 A类夹杂物和C类夹杂物 标准YB25-77其检验项目只有脆性夹杂物和塑性夹杂物之分，对检验中出现的硅酸盐夹杂物按塑性变形能力和形态确定其归属。新标准GB10561-89则不仅有硫化物（A类夹杂物）评级图片，而且明确制定了塑性硅酸盐，C类夹杂物（粗系和细系）的评级图片。硫化物和硅酸盐有其相似的地方，往往容易混淆。A类夹杂物（硫化物）具有良好塑性，在加工方向被拉长，在明场中反光能力较强，
钢中夹杂物得去除与控制
钢中夹杂物去除与控制 刘金刚 刘浏 （钢铁研究总院冶金工艺研究所，北京100081） 摘要：通过对钢包—中间包—结晶器中不同环节中的去除夹杂物的不同手段进行综合分析，得到各环节中间包均应保护浇注和防止卷渣卷气，中间包应具有合理的结构（上下挡墙、湍流抑制器、旋涡抑制器）以得到合理的流场；利用钢包注流的剪切破碎作用在中间包中生成的小气泡、中间包气幕挡墙和电磁搅拌离心流动可以有效去除钢水中夹杂物；电磁制动技术日趋成熟但其能耗较大，因此可以发展低能耗的中间包真空浇注对结晶器液面波动进行抑制。电磁搅拌和电磁连铸有利于改善铸坯的内部质量和防止振痕的产生。 关键词：中间包夹杂物去除控制 Inclusions Removal and Control in the Steel Melt Liu Jingang Liu Liu (CISRI, Beijing 100081) Abstract: Through synthetic analysis of various methods to remove inclusions during ladle-tundish-mold processes, it was found that using protective casting, avoiding gas and slag wrapping are important measures for clean steel production. The structure of the tundish should be reasonable, (dam, weir; turbulence inhibitor; vertex inhibitor) in order to get a preferred flow pattern. It could also utilize the shear flow from ladle to tundish to form small gas bubbles, utilize gas bubble curtain and electromagnetic stirring caused centrifugal flow to remove inclusions from steel melt. Electromagnetic braking technology is gradually raped but it was very energy consumed, thus it could develop low energy consumption vacuum tundish casting technology to control the fluctuation of melt surface in mold. Electromagnetic stirring is good for improving inner quality of slab and preventing the oscillation marks formation. Keywords: tundish, inclusion, remove, control 二○○三年我国钢产量已达到2.7亿吨，但由于质量问题一些高品质钢材仍需进口，这已经成为我国钢铁工业发展的障碍，影响我国钢铁产品走向世界。钢质量问题也已经成为我国由钢铁大国转变为钢铁强国的限制性环节，因此提高钢质量以增强国内钢铁企业的竞争力十分重要。提高钢质量重点是提高钢的洁净度、对钢中夹杂物进行严格控制。 1钢水脱氧与保护浇注 钢中夹杂物可分为内生和外来夹杂物，内生夹杂物主要是脱氧和合金化元素与溶解在钢液中的氧以及硫、氮的反应产物所形成的夹杂物。外来夹杂物是钢液与空气、耐火材料、炉渣及保护渣相互作用的产物以及机械卷入钢中的各种氧化物[1]。因此提高钢质量必须通过控制内生夹杂物和减小外来夹杂物两个方面进行控制。