鋼中非金屬夾雜物的分類與鑒定主要有哪些？

鋼中非金屬夾雜物按化學成分詳細分類見圖1，主要分為三大類。

圖1 鋼中非金屬夾按照化學成分分類圖

2.1 氧化物系夾雜

簡單氧化物有FeO、Fe₂O₃、MnO、SiO₂、Al₂O₃、MgO和Cu₂O等。在鑄鋼中，當用硅鐵或鋁進行脫氧時，夾雜比較常見。在鋼中常常以球形聚集呈顆粒狀成串分布。復(fù)雜氧化物，包括尖晶石類夾雜物和各種鈣的鋁酸鹽等以及鈣的鋁酸鹽（圖2）。硅酸鹽夾雜也屬于復(fù)雜氧化物夾雜，這類夾雜物有2FeO·SiO₂(鐵硅酸鹽)、2MnO·SiO₂(錳硅酸鹽)和CaO·SiO₂(鈣硅鹽）等（圖3）。這類夾雜物在鋼的凝固過程中，由于冷卻速度較快，某些液態(tài)的硅酸鹽來不及結(jié)晶，其全部或部分以玻璃態(tài)的形式保存于鋼中。

2.2 硫化物系夾雜

主要是FeS、MnS和CaS等。由于低熔點的FeS易形成熱脆，所以一般均要求鋼中要含有一定量的錳，使硫與錳形成熔點較高的MnS而消除FeS的危害。因此鋼中硫化物夾雜主要是MnS。

鑄態(tài)鋼中硫化物夾雜的形態(tài)通常分為3類：

①形態(tài)為球形，這種夾雜物通常出現(xiàn)在用硅鐵脫氧不完全的鋼中；

②在光學顯微鏡下觀察呈鏈狀的極細的針狀夾雜；

③呈塊狀，外形不規(guī)則，在過量鋁脫氧時出現(xiàn)。

2.3 氮化物夾雜

當鋼中加入與氮親和力較大的元素時形成AlN、TiN、ZrN和VN等氮化物。在出鋼和澆鑄過程中鋼液與空氣接觸，氮化物的數(shù)量顯著增加。

（2）塑性夾雜物

熱變形時該類夾雜物具有良好范性，沿變形方向延伸成條帶狀。屬于這類的有硫化物及含SiO₂含量較低（40%~60%）的鐵錳硅酸鹽。

（3）球狀不變性夾雜

鑄態(tài)呈球狀，熱加工后保持球狀不變，如SiO₂及含SiO₂較高（>70%）的硅酸鹽。

（4）半塑性夾雜物 

指各種復(fù)相的鋁硅酸鹽夾雜?；w鋁硅酸鹽有塑性，熱加工時將產(chǎn)生塑性變形，但是其中包含著的析出相，如氧化鋁等是脆性的，加工時仍保持原狀或只是拉開距離。

早期主要用光學顯微鏡配合X射線結(jié)構(gòu)分析和化學成分分析，積累了寶貴的經(jīng)驗和豐富的資料。近年來，采用電子探針對夾雜物進行微區(qū)成分分析日益增多。目前鑒定夾雜物的大致方法有以下兩種。

4.1 金相法與微區(qū)域成分分析結(jié)合

在金相觀察中選出待定夾雜物后，用電子探險針（EPMA）進行微區(qū)成分分析或者應(yīng)用掃描電鏡（SEM）自帶能譜分析（EDS）進行成分分析。通常可以測定尺寸大于1μm的夾雜物的組成元素和大致成分，如果采用個別元素的面掃描還可以得到更為直觀的結(jié)果。圖4是使用掃描電鏡對Q460鋼中的一顆夾雜物進行的面分析圖譜，依次進行硫、錳、硅和鐵四種元素的面掃描，從掃描結(jié)果可以推斷出，明場觀察中夾雜物為MnS、SiO₂和FeS，通過能譜儀（EDS）對其進行成分分析，還可直接得到各元素的質(zhì)量分數(shù)。

4.2 光學金相法

在光學顯微鏡下利用明視場觀察夾雜物的顏色、形態(tài)、大小和分布；在暗場下觀察夾雜物的固有色彩和透明度；在正交偏振光下觀察夾雜物的各種光學性質(zhì)，從而判斷夾雜物類型。根據(jù)夾雜物的分布情況及數(shù)量評定相應(yīng)的級別，評判其對鋼材性能的影響。目前檢驗和研究鋼中非金屬夾雜物的方法很多，有化學法、巖相法、金相法、電子探針和電子掃描法等。

金相法鑒定夾雜物是根據(jù)夾雜物的形貌、分布及其在明場、暗場和偏光下的光學特征（表1），與已知的夾雜物特征對照以確定其類型。必要時可以測定夾雜物的顯微硬度或經(jīng)受化學試劑腐蝕的能力。非金屬夾雜物的金相法鑒定步驟見表2。

5、非金屬夾雜物的質(zhì)量評級

5.1 國標評級

定量測定是優(yōu)質(zhì)鋼以及高級優(yōu)質(zhì)鋼的常規(guī)檢測項目之一。夾雜物類型已知的條件下，采用標準等級比較法，以判定鋼材質(zhì)量的優(yōu)劣或是否合格。夾雜物的評級可以根據(jù)GB/T10561—2005標準進行。試樣經(jīng)過仔細拋光，夾雜物應(yīng)保存完好，不經(jīng)侵蝕在放大100倍顯微鏡下觀察。把試樣上夾雜物最嚴重的視場與標準級別圖片比較來評定其等級。GB/T10561—2005標準列出三類夾雜物的級別圖。氧化物為一類，硫化物又按照夾雜物最嚴重的粗細分為兩個系列，每一個系列分5級，級別越高，表示夾雜物含量越多。評級時若不能評成整數(shù)，可以采用半級。作為重要零件用的合金結(jié)構(gòu)鋼或工具鋼，應(yīng)根據(jù)零件的要求定出非金屬夾雜物的合格級別，對于合金結(jié)構(gòu)鋼，一般最高級別不得超過氧化物及硫化物各3級，兩者之和為5.5級。

高碳鉻軸承鋼則按照GB/T18254—2016標準進行分類及評級。按GB/T 10561—2005中的A法進行評級,其檢驗結(jié)果應(yīng)符合下列規(guī)定:

a) 對于A類、B類、C類、D類的非金屬類夾雜物，模注鋼所有試樣三分之二和每個鋼錠至少有一個試樣以及所有試樣的平均值應(yīng)不超過表3規(guī)定；連鑄鋼所有試樣三分之二和所有試樣的平均值應(yīng)不超過表3規(guī)定;

b)對于DS類的非金屬夾雜物，其最大值應(yīng)不超過表3的規(guī)定;

c) 對于氮化鈦:牌號G8Cr15、GCr15鋼材應(yīng)按形貌分別并人B類、D類、DS類評級,其他牌號的鋼材由供需雙方協(xié)商評級。