非金屬夾雜如何影響板坯內在質量

『壹』 非金屬夾雜物的危害

不同形態的夾雜物混雜在金屬內部，破壞了金屬 的連續性和完整性。夾雜物同金屬之間的結合情況不 同、彈性和塑性的不同以及熱膨脹系數的差異，常使金 屬材料的塑性、韌性、強度、疲勞極限和耐蝕性等受到 顯著影響，同時也常常影響加工零件的表面質量和加 工工具的壽命。非金屬夾雜分塑性夾雜和脆性夾雜。塑性夾雜如MnS等隨金屬變形而延伸軋薄。脆性夾雜如 Al:O等隨金屬變形而破碎。另一些夾雜物軟化點及硬度很高，熱加工中不變形，不破碎，保持原來形狀， 如TIN、稀土硫氧化物等。銅中氧化夾雜Cu2O常分布 在晶界上，Cu2O是一種硬脆相，會降低金屬的熱塑性， 還影響銅的導電能力。
因此，導體銅最好是無氧銅(含 氧量0.003%以下)。鋁合金在熔煉過程中，熔體表 面的氧化皮膜很容易混進熔體進入鑄錠形成夾雜物。 這些氧化膜在金屬的塑性變形過程中會使金屬產生分 層。特別是在其鍛件中，氧化膜沿金屬流線分布會嚴重 影響鍛件的疲勞性能。因此，飛行器鍛件對氧化膜有非常嚴格的要求。非金屬夾雜的形態、大小和在金屬中分布的情況不同，對金屬性能有不同的影響。通常集中分布、尺寸 較大的顆粒和團塊對金屬材料性能的影響最大；分散、 細小顆粒的影響相對要小一些。高度彌散分布的雜質 可作為異質晶核使鑄錠晶粒細化，在變形和熱處理過 程中影響晶界遷移，可改善再結晶組織。非金屬夾雜物 按占母體金屬的質量百分數評定，或根據產品標准中 的圖片評級，並按產品的使用要求確定允許存在的百 分比或級別。鋼軌中的非金屬夾雜如圖所示。 防止非金屬夾雜的措施有：熔體爐內凈化、熔體爐外凈化、吹氫攪拌、保護澆注、控溫澆注等。

『貳』 非金屬夾雜物測試時，如果出現非傳統類別夾雜物時該如何評定

鋼中出現的非傳統類別夾雜物，一般指復合型夾雜物、沉澱相類化合物、金屬間化版合物等，評權定時應按其形態最接近的A、B、C、D、DS夾雜物評定。將非傳統類別夾雜物的長度、數量、寬度或直徑與評級圖片上每類夾雜物進行對比，或測量非傳統類型夾雜物的總長度、數量、寬度或直徑，選擇與夾雜物含量相應的級別或寬度系列（細、粗或超尺寸），然後在表示該類夾雜物的符號後加註下標，以表示非傳統類型夾雜物的特徵，並在試驗報告中註明下標的含義。

『叄』 非金屬夾雜物對鋼主要有哪些危害

（1）非金屬夾雜物對鋼的強度影響
夾雜物對鋼的強度的影響與顆粒尺寸密切相關。通過在燒結鐵中加入不同尺寸（0.01－35μm）、形狀（球形和稜角的）、比例（0－8%）的氧化鋁顆粒進行試驗得出：室溫下，氧化鋁顆粒超過1μm時，使屈服強度和抗張強度降低；當夾雜物的含量很低時，對屈服強度的降低特別敏感。長谷川正義向澆注的鋼流中噴射高熔點氧化物，研究了不同的氧化物顆粒直徑，體積比對常溫抗張強度的影響，結果表明：無論噴射氧化鋁或氧化鋯試樣，屈服和抗張強度都隨粒子體積比的增大而升高。另外，金屬斷裂時，裂紋不僅在基體中形成，而且也經常在夾雜物中形成，造成鋼的斷裂，Smith提出邊界夾雜物開裂的強度斷裂理論。
（2）非金屬夾雜物對鋼的塑性影響
通常夾雜物對鋼材的縱向延性影響不大，而對橫向延性的影響卻很顯著。研究表明，高強度鋼的橫向斷面收縮率隨夾雜物總量的增加而降低。夾雜形狀對對橫向延性的影響更為顯著，隨著帶狀夾雜物的增加，橫向斷面收縮率明顯降低，這種帶狀夾雜物主要是硫化物。Funnell等研究指出，夾雜物對鋼的高溫延性有很大影響，低碳鋼在奧氏體區延性大大降低，其原因是細小的第二相析出物（如AlN、TiN、Nb(C,N)等）能有效釘扎奧氏體晶界，從而降低延性。
（3）非金屬夾雜物對鋼的斷裂韌性影響
文獻中指出，S及硫化物的含量增加降低鋼的各種韌性指標，鋼的斷裂韌性隨著夾雜物數量或長度的增加而下降。曾光廷等研究了硫化物和氮化物夾雜對鋼的斷裂韌性的影響，並與Krafft模型計算值進行了比較，結果得出：對斷裂韌性的危害由小到大依次為VN→TiS→AlN→NbN→ZrN→Al2S3→CeS→MnS ；夾雜物含量與斷裂韌性大小呈線性反比關系，TiS對斷裂韌性沒有影響。一些研究工作討論了夾雜物作為裂紋根源的作用問題，研究證明，鋼中的脆性夾雜物由於與鋼基體的熱膨脹系數不同，在夾雜物周圍容易產生內應力。

『肆』 如何降低模具鋼中的非金屬夾雜物的措施

降低模具鋼中的非金屬夾雜物的措施

⑴電爐冶煉時採取的工藝措施
Ⅰ 選用優質的原材料。模具鋼在冶煉時應盡量選用優質原材料，廢鋼中不僅S、P含量要低，而且應嚴格控制其他有害元素As、Sn、Pb和 Cu等。廢鋼應盡量多採用好的廢鋼（最好是本組的返回料）或優質生鐵。用氧化法冶煉時，應盡量保證氧化期的去碳量。

Ⅱ 選用優質的耐火材料。在用電爐冶煉 工模具鋼時，應選用優質耐沖刷的耐火材料。如爐襯可選用優質鎂碳磚，鋼包一般選用高鋁磚或鎂碳磚，包括澆注等用的耐火材料一定要注意。

Ⅲ 冶煉中採用吹氬攪拌。模具鋼在冶煉時，採用吹氬攪拌，可加速夾雜物的上浮速度，而且可使 小的夾雜物通過碰撞、聚合而形成較大的夾雜物而易於上浮，但吹氬量要控制適當，如吹氬流量太大或吹氬時間太長，會引起鋼渣捲入鋼液中，從而帶來更多的夾渣或夾雜物，同時使鋼液的溫度降低太多。

Ⅳ 採用合成渣。向鋼液中加入專門配置的熔渣，可強化有害雜質向熔渣中的轉變過程，合成渣的配方有很多，加入的方式也較多，當需要去除某種成分的非金屬夾雜物時，選擇相應的合成渣。

Ⅴ 採用復合脫氧劑。近些年來，模具鋼的冶煉一般採用復合脫氧劑，可使夾雜物更易從金屬中分離出來。如Si-Mn合金、Al-Mn-Si合金、Ca-Si合金等，均可作為復合脫氧劑。

Ⅵ 採用稀土元素。稀土金屬元素是很強的脫氧劑，呆以選用含稀土（質量分數）30%~50%的合金，加入鋼液中形成稀土氧化物、稀土硫化物能成為結晶時的晶核，分布在晶體內而不在晶界，對鋼材性能的有害作用可降至最小，並提高模具鋼的等向性。

⑵ 模具鋼的爐外精煉 爐外精煉是去除鋼中夾雜物，降低鋼中的氣體含量最有效的技術措施。中山華氏撫順特鋼表示在模具鋼中生產中常用的有：
Ⅰ 真空精煉。合金工具鋼常用的真空精煉有VHD、VD、RH、VAD和ASEA-SKF等，經過真空精煉的模具鋼氧含量可降低W（Q）40%~60%左右，硫含量降低W（S）40%以上，使鋼液中的夾雜物顯著降低。

Ⅱ 噴粉精煉。即使利用吹氬攪拌、真空脫氣等技術措施，鋼液中還會有一些氧化鋁夾雜物。若把以氧化鈣為主的精煉劑噴入鋼液中，氧化鈣對氧化鋁具有較高的親和力，可形成鋁酸鈣鹽類，鋁酸鉬熔點較低，易凝聚長大而上浮，使鋼液中的夾雜物明顯減少，顯著改善鋼的純潔度。大多數夾雜物的尺寸均小於50μm。在鋼液中噴入CaO-CaF2能進行去硫，也可噴入Ca-Si粉，以改變硫化物的形態，或噴入CaC2粉劑達到脫氧脫硫的目的。

Ⅲ 電渣重熔。利用電渣重熔蚵以大量去除鋼中夾雜物並改善鋼材的低倍組織，從而有效地改善了鋼材的性能能。近些年來，模具鋼的冶煉開始大量使用電渣重熔法生產高質量的模具鋼。

⑶合金模具鋼的澆注。合金模具鋼的澆注主要是防止鋼液的二次氧化和帶入夾雜物，從而提高模具鋼的純凈度，一般應採取以下工藝措施：

Ⅰ 氣保護澆注。鋼液在鋼錠模內上升時與錠模和大氣接觸（如在電爐出鋼-鋼包、鋼包-錠模等過程），都需要用惰性氣體保護（通常用氬氣），以防止鋼液的二次氧化。

Ⅱ 真空澆注。即將鋼液在真空狀態下澆注，對防止鋼液的二次氧化十分有效。

Ⅲ 控制合理的澆注工藝。模具鋼一般採用下注法，包括合理的澆注溫度、澆注速度。應使鋼液在鋼錠模內平穩上升，避免鋼液翻騰，這不僅對鋼錠表面質量有利，也避免鋼渣捲入鋼液中形成夾渣，影響鋼材的純凈度，甚至報廢。

Ⅳ 選用合理的保護渣。在模具鋼的澆注時，把保護渣放入鋼錠模中，當鋼液與粉末接觸時生成液態渣浮蓋於鋼液表面，使鋼液與大氣和鋼錠模相隔離，從而減少鋼液的氬化。

⑷模具鋼的連鑄。為了在連鑄時減少鋼液中的總夾雜物的總量，必須保證在整個過程中沒有產生夾雜物的來源，也就是消除鋼液的再氧化，避免鋼液與空氣接觸，並使用性能穩定的耐火材料。在連鑄過程中操作的要點是使產生夾雜物的量小於去除的夾雜物的量。鋼包和中間包適度攪拌，鑄模液面的穩定控制，耐火磚套埋入深度的控制，模子維護，注流控制等均是獲得清潔負的必要條件。

『伍』 非金屬夾雜物的概述

它們都會降低鋼的機械性能，特別是降低塑性、韌性及疲勞極限。嚴重時，還會使鋼在內熱加工與熱處理時產生裂紋容或使用時突然脆斷。非金屬夾雜物也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。嚴重時，橫向塑性僅為縱向的一半，並使沖擊韌性大為降低。因此，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，如氮、氧、氫等。它們對鋼的質量也會產生不良影響。鋼中非金屬夾雜物根源可分兩大類，即外來非金屬夾雜物和內在非金屬夾雜物。外來非金屬夾雜物是鋼冶煉、澆注過程中爐渣及耐火材料浸蝕剝落後進入鋼液而形成的，內在非金屬夾雜物主要是冶煉、澆注過程中物理化學反應的生成物，如脫氧產物等等。常見的內在非金屬夾雜物有以下幾種；（a）氧化物，常見的為Al2O3；（b）硫化物，如FeS、MnS、（MnS·FeS）等；（c）硅酸鹽，如硅酸亞鐵（2FeO·SiO2）、硅酸亞錳（2MnO·SiO2）、鐵錳硅酸鹽（mFeO·MnO·SiO2）等；（d）氮化物，如TiN、ZrN等；點狀不變形夾雜物等。

『陸』 鋼板表面夾雜對材質有何影響

1 引言
熱連軋鋼板、帶產品是重要的鋼材品種之一，隨著熱軋板材在各方面的應用和發展，用戶對於產品的要求也是越來越嚴格。而用戶在注重鋼板質量的同時，對於產品的外觀質量也更加看重和關注。很大程度上，外觀質量是作為評價熱軋鋼板好壞的很重要的指標之一，如果產品的外觀質量不符合要求，用戶是不會認可和接受的，因此在生產過程中，既要保證產品的性能，同時也要注重產品的外觀質量。但是在熱連軋產品的整個生產過程中，由於受到一些高溫、高壓、高速以及硬體設備等各種因素的影響，生產出來的產品可能並不完全符合客戶的要求，鋼板表面各種缺陷的產生也就不可避免了，而這些缺陷的產生貫穿於整個熱連軋的生產過程中[1]，它不僅影響著後續成型的器件的表面外觀，而且與後續加工的效果、加工成本等都密切相關

基金項目：國家自然科學基金（60973042），山東省自然科學基金（Y2008G20，Y2008F61）。
作者簡介：董振虎（1986-），男，山東濟南人，研究生，E-mail：[email protected]；王 焱（1961-），女，吉林四平人，教授，博士，碩士生導師。

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熱軋鋼板常見表面缺陷淺析

8-47
[2]
，為了能使熱軋鋼板表面的質量得到進一步提高，國內外的生產廠採取了很多措施來進行糾正和改進，例如用化學除磷和機械除磷相結合、採用連續退火、凈化鋼質等。
2 熱軋鋼板常見表面缺陷分類
缺陷分類應著重以熱軋鋼板有關技術標准和技術條件中相關的定義和描述為依據，同時結合近年來鋼種數量增多和生產方式多樣化，缺陷發生的實際形態和特徵相對應進行制定和描述[3]。熱軋鋼板常見的缺陷可以分為表面缺陷、板形缺陷、整卷外觀缺陷、成分性能和幾何尺寸五類。
2.1 表面缺陷
對於熱軋鋼板表面缺陷分類已經有統一的國際評判標准，根據其產生的原因和形狀等要素的不同，中厚板材表面的缺陷共分為33種[4,5]。但是各種類之間有可能彼此是相互關聯的，很多缺陷從外觀上觀察也非常相似，比較容易產生混淆。因此，將這些缺陷加以歸納、整理，主要可以分為5個大類[6]：（1）麻點；（2）折疊、劃傷；（3）夾雜；（4）結疤；（5）裂紋[7]。
2.2 板形缺陷
板形缺陷一般可以分為3類[8]：
（1）中浪：沿縱向呈波浪式起伏，多出現在薄規格或低碳鋼板； （2）邊浪：多出現在薄規格、低碳鋼產品，邊部呈波浪式起伏；
（3）花紋板基板不平：花紋的基板有明顯的凸起與凹陷，呈魚鱗狀，沿縱向帶狀分布，有的沿板面分布。
2.3 整卷外觀缺陷
整卷外觀缺陷從外觀上來說，一般可以分為5大類：
（1）塔形：象塔一樣的形狀，多出現在軋制厚規格產品中；
（2）松卷：卷板層與層之間出現較大縫隙，多出現在軋制厚規格產品當中；
（3）錯層[9]：卷板層與層、或多層與多層之間參差不齊，多出現在軋制厚規格產品當中； （4）吊壞：卷板兩端個別處出現破損；卷板層與層之間出現縫隙； （5）塌卷：鋼卷外觀呈橢圓或不規則圓形。
2.4 成分性能
從成分性能上來說可以分為3類：
（1）成分超標：某一成分或多項成分超出計劃鋼號所要求的范圍； （2）抗拉強度超標[10]：抗拉強度超出計劃鋼號所要求的范圍； （3）伸長率超標：伸長率超出計劃鋼號所要求的范圍。
2.5 幾何尺寸
從幾何尺寸方面來說可以分3類：
（1）厚度不合：鋼卷全部或局部厚度超出計劃厚度的公差范圍； （2）寬度不合：鋼卷全部或局部寬度超出計劃寬度的公差范圍；
（3）花紋板高度不夠：紋高達不到合同規定。在軋制5.8mm厚度以上時易發生。
3 熱軋鋼板常見表面缺陷分析
熱軋鋼板在生產的過程中會受到各種因素的影響[11]，主要包括了板坯的加熱與除磷、熱裝工藝以及軋輥的表面狀態三個方面。而這些缺陷產生的原因也是各種各樣，對其中一些常見缺陷產生的原因進行了初步的分析[12]。

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第八屆（2011）中國鋼鐵年會論文集

8-483.1 麻點
麻點是在鋼材表面呈現凹凸不平的粗糙面，又稱為麻面，一般是連續成片的，有的呈現局部或者周期性分布，產生的原因是軋輥的質量差，表面硬度不一，或者失去冷硬層，磨損不均，成品孔或者成品前孔軋槽磨損、銹蝕或粘上破碎的氧化鐵，在加熱過程中，板坯氧化嚴重，軋制時鐵皮壓入表面[13]，脫落後形成細小的凹坑。
3.2 折疊、劃傷
產生原因是導衛板加工不良或者嚴重磨損，邊緣不圓滑，導衛裝置安裝、調整不當，對軋件壓力過大引起刮傷，導衛板或者孔型黏附氧化鐵皮引起劃傷，熱軋區的地板、輥道、冷床上移鋼，翻鋼設備有尖角，軋件通過時被劃傷，或者大煤氣中硫含量高，滑塊易結瘤，造成板坯表面折疊、劃傷[14]。
3.3 夾雜
夾雜是指在鋼材表面上有一定深度的非金屬夾雜物，一般呈現點狀、條狀、或者塊狀分布，顏色有暗紅、淡黃色等[15]。產生原因主要有鋼錠、坯表面原來帶來的非金屬夾雜物沒有清理掉而被軋入鋼材表面；在加熱過程中爐頂或者爐端的耐火材料及煤灰、煤渣落到鋼坯表面上，未清理掉而被軋入軋件表面；另外，軋機周圍的環境不清潔，軋件表面粘上非金屬夾雜物也可能產生夾雜。
3.4 結疤
結疤是鋼材表面呈現疤狀的金屬薄片，呈不規則的分布，結疤的大小不同，深淺不等，結疤的下面常有夾雜物存在，結疤產生的原因是澆鑄鋼錠時操作不當，使散流或飛濺的鋼水粘於模壁，被氧化後貼在鋼錠表面，軋後在表面形成結疤，或者由於在鋼錠表面存在粘模、凸包、網紋、重皮或者翻皮等缺陷，在軋制時形成結疤，在軋制過程中，成品孔前某道次因刮傷形成表面飛翅附在軋件表面上，或者軋槽表面磨損嚴重，再軋製造成結疤，有些是因板坯「鬍子」清理不凈而造成[16]。
3.5 裂紋
主要有縱向裂紋、橫向裂紋和星狀裂紋，從鋼材橫截面上看，裂紋[17]有尖銳的根部，具有一定的深度並與表面垂直，其周邊有嚴重的脫碳現象和非金屬夾雜。產生的原因是由於初生坯殼厚度不均勻，在坯殼薄的地方應力集中，或者坯殼內外溫差造成的熱應力，鋼水靜壓力反抗坯殼沿厚度方向的凝固收縮產生的應力等，當應力超過坯殼的抗拉強度時就產生裂紋。
3.6 邊浪
鑄坯橫向厚度不均，導致軋制時橫向各點延伸率不一樣；CVC輥匹配不好，導致軋件橫向的相對壓下率不一致[18]。
3.7 成分超標
在冶煉、精煉時，鋼水成分未嚴格按照合同要求的技術標准和協議條件進行嚴格控制，或因澆注時間過長造成鋼水中成分發生變化。這與澆鋼工藝、操作水平、設備狀況有很大關系。
3.8 寬度不合
計算機控制系統出現故障，軋制參數控制出現波動；活套或卷取張力不合適或出現大的波動；板坯尺寸偏差大；立輥側壓量不合適；軋制工藝不合適。
對於其他缺陷產生的原因，在此不一一進行分析

『柒』 請問非金屬夾雜物對鋼的強度有什麼影響呢

非金屬夾雜物對鋼來的強度、塑自性、斷裂韌性、切削、疲勞、熱脆以及耐蝕等性能有很大影響.一般認為,夾雜物的成分、數量、形狀、分布以及在基體中的空間分布等影響鋼的性能.
非金屬夾雜物對鋼的強度影響
夾雜物對鋼的強度的影響與顆粒尺寸密切相關.通過在燒結鐵中加入不同尺寸（0.0135μm）、形狀（球形和稜角的）、比例（0－8%）的氧化鋁顆粒進行試驗得出：室溫下,氧化鋁顆粒超過1μm時,使屈服強度和抗張強度降低；當夾雜物的含量很低時,對屈服強度的降低特別敏感.長谷川正義向澆注的鋼流中噴射高熔點氧化物,研究了不同的氧化物顆粒直徑,體積比對常溫抗張強度的影響,結果表明：無論噴射氧化鋁或氧化鋯試樣,屈服和抗張強度都隨粒子體積比的增大而升高.另外,金屬斷裂時,裂紋不僅在基體中形成,而且也經常在夾雜物中形成,造成鋼的斷裂,Smith提出邊界夾雜物開裂的強度斷裂理論

『捌』 如何確定合金鋼中非金屬夾雜物指標

一般非金屬夾雜主要是：氧、硫、碳、氯、硅、氫等，大多要從製造材料的原料開始控製版。比如硬權質合金，就要從原料金屬粉末開始控制，原料的這些非金屬雜質低了，製成的產品才能低。
還有就是製成材料的工藝，比如要脫碳，放氧化，早爐渣等等一系列工藝以及使用合格的輔料，比如用水要用純水，環境要除塵防止硅污染，還有就是輔料的加入量要控制，比如製造碳化鎢，就要嚴格控制碳的加入量等等。

『玖』 非金屬夾雜物對軸承鋼的性能有什麼影響

軸承鋼在非金屬夾雜物方面要求很純。非金屬夾雜物對軸承鋼的力學性能，是對接觸疲勞性能有顯著的影響，因而影響軸承零件的使用壽命。在冶金方，長期以來，如何煉出含非金屬夾雜物少、純凈度高的軸承鋼一直是一項重要的研究課題。軸承鋼中的非金屬夾雜物來源於原材料、脫氧產物、熔渣和耐火材料，以及出鋼和澆鑄過程中的二次氧化物D在軸承鋼中發現的夾雜物按其來源可分為兩大類，外來夾雜物和內生夾雜物。外來夾雜物包括未被排出存在於鋼中的爐渣、耐火材料、模內保護渣，以及鋼夜二次氧化物等。外來夾雜物顆粒尺諒不規律，多呈多角形，成分與結也比較復雜，與鋼液成分沒有關系，對軸承鋼的性能危害較大，一般標准中都規不允許存在。因此，應採取提高鋼包和澆鑄系統所用耐火材料的質量和砌築質，加強出鋼槽與澆鑄系統的清潔衛生環境等各項措施。
內生夾雜物在熔煉及澆鑄時由下列反應形成：出鋼和爐外精煉過程中向鋼液入脫氧劑時，由於脫氧反成畢成的產物稱為一次氧化物；鋼液從澆鑄溫度冷卻到固溫度，由於元素的脫氧反應都是放熱反應，隨著鋼液溫度的降低，平衡發生移動，使脫氧反應重新進行，這時的脫氧產物稱為二次夾雜物；鋼液凝固時，在鋼液與體二相區繼續進行脫碳反應，甚至包括固相線溫度以下繼續冷卻，由於相變引起6夾雜物的重新析出，其產物稱為三次產物軸承鋼的冶煉、澆鑄及凝固是一個復的物理-化學過程，所生成的各種化合物是在鋼液凝固前，未能上浮到鋼錠表面而嵌入鋼中的細小夾雜物，或者在高溫時溶解在鋼中，當鋼液凝固過程因溫度下，固溶度降低，從鋼液中析出，以夾雜物存在。軸承鋼中的硫化物、氧化物以及點不變形夾雜物都屬於內生夾雜物。