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非金屬夾雜物

非金屬夾雜物，是在煉鋼過程中，少量爐渣、耐火料材及冶煉中反應(yīng)產(chǎn)物進入鋼液而形成的。
鋼中非金屬夾雜物是指鋼中不具有金屬性質(zhì)的氧化物、硫化物、硅酸鹽和氮化物。它們是鋼在冶煉過程中由于脫氧劑的加入形成氧化物、硅酸鹽和鋼在凝固過程中由于某些元素溶解度下降而形成的硫化物、氮化物，這些夾雜物來不及排出而留在鋼中。外來夾雜物是爐渣或耐火材料或其它夾雜在鋼液凝固過程中未及時浮出而殘留于鋼中。它們常作為衡量鋼質(zhì)量的重要指標(biāo)，其類型、組成、形態(tài)、含量、尺寸、分布等各種狀態(tài)因素都對鋼性能產(chǎn)生影響。
隨著近代精煉技術(shù)的發(fā)展，夾雜物在鋼中的含量雖然極微，但對鋼的性能卻具有不可忽視的影響，非金屬夾雜物在鋼中破壞了金屬基體的連續(xù)性，致使材料的塑性、韌性降低和疲勞性能降低，使鋼的冷熱加工性能乃至某些物理性能變壞。鋼中夾雜物對鋼性能的影響主要在對鋼韌性的危害，而且危害程度隨鋼的強度增高而增加。然而其中夾雜物的數(shù)量及分布形態(tài)是影響鋼材質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。
鋼中非金屬夾雜物的來源主要來源有內(nèi)生夾雜和外來夾雜兩部分組成。
內(nèi)生夾雜物
鋼鐵的冶煉實質(zhì)是液態(tài)金屬的氧化一還原反應(yīng)。由于金屬在高溫液體狀態(tài)下對氧和其它氣體的溶解量遠遠大于凝固狀態(tài)，因此在煉鋼的后期必須設(shè)法將過剩的氧盡量從鋼液中排除出去，因此在煉鋼的后期必須設(shè)法將過剩的氧盡量從鋼液中排除出去。排除的方法：在電爐煉鋼中主要是靠含氧低的爐渣，使氧從鋼液中擴散到渣中去，另外向鋼液中加入對氧親和力較強的脫氧元素，這樣在鋼液中就發(fā)生了脫氧反應(yīng)，并生成了夾雜物。
外來夾雜物
該夾雜是指由渣、耐火材料或與鋼液相接觸的其它材料機械結(jié)合所形成的夾雜物。鋼在冶煉和澆注過程中懸浮在鋼液表面的爐渣、或由煉鋼爐、出鋼槽和鋼包等內(nèi)壁剝落的耐火材料或其他夾雜物在鋼液凝固前未及時清除而留于鋼中。它是金屬在熔煉過程中與外界物質(zhì)接觸發(fā)生作用產(chǎn)生的夾雜物。如爐料表面的砂土和爐襯等與金屬液作用, 形成熔渣而滯留在金屬中, 其中也包括加入的熔劑。這類夾雜物一般的特征是外形不規(guī)則, 尺寸比較大, 分布也沒有規(guī)律, 又稱為粗夾雜。這類夾雜物通過正確的操作是可以避免的。
按化學(xué)成分類
氧化物系夾雜
簡單氧化物有Fe2O3，SiO2 ，Al2O3，和Cu2O 等。在鑄鋼中, 當(dāng)用硅鐵或鋁進行脫氧時，SiO2 和Al2O3 夾雜比較常見。A l2O3 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。硅酸鹽夾雜也屬于復(fù)雜氧化物夾雜，這類夾雜物有2FeO ? SiO2 等。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。
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)通常分為三類：
① 形態(tài)為球形，這種夾雜物通常出在用硅鐵脫氧或脫氧不完全的鋼中；
② 在光學(xué)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)。
氮化物夾雜
當(dāng)鋼中加入與氮親和力較大的元素時形成AlN，ZrN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)量是會顯著增加的。
按不同形態(tài)分類
由于不同夾雜物在加熱溫度下具有不同的塑性，所以加工變形后鋼材中的夾雜物將呈現(xiàn)不同的形態(tài)，依此可將夾雜物區(qū)分成三類：塑性夾雜、脆性夾雜及不變形夾雜。
塑性夾雜
塑性夾雜在熱加工過程中，是沿著熱加工方向延伸成條帶狀。在FeS、MnS 以及SiO2 含量較低的時候，低熔點的硅酸鹽夾雜就屬于這一類夾雜。
脆性夾雜
脆性夾雜在熱加工的過程中是不發(fā)生變形的，但它卻是沿著熱加工方向破裂成串。Al2O3和尖晶石型復(fù)合氧化物，以及釩、鈦、鋯的氮化物等一些高熔點高硬度的夾雜物，就是屬于這一類夾雜。
不變形夾雜
不變形夾雜在熱加工的過程中，是保持原來本身的球點狀不變。含SiO2 較高的硅酸鹽、鈣的鋁酸鹽以及高熔點的硫化物等，都是屬于這一類夾雜。