钢中非金属夹杂物检测技术.pdf

1 ．前言 钢中非金属夹杂物检测技术 蔡开科孙彦辉 北京科技大学冶金与生态工程学院 众所周知，钢中非金属夹杂物是生产高品质高端产品的主要障碍，提高金属制品质星，就是要根据产品用途， 把钢中夹杂物的危害降低到最低程度可以说，降低钢中非金属夹杂物，生产洁净钢，是提高产品质量的永恒主题 随着分析技术的发展，人们对钢中夹杂物行为的研究也日益深化为了提高产品质量和使用性能，不但要降低 钢中夹杂物的数量，同时要适宜控制好残留在钢中夹杂物组成、形态、尺寸和分布 钢中夹杂物来源是紧密与生产流程相关的，是一个复杂的物理和化学反应过程，这里不予讨论 本文仅就目前常用的夹杂物分析检验技术做一简要介绍 2 ．钢中夹杂物概述 2 ．1 钢中夹杂物分类 ( 1 ) 按夹杂物来源分： ● 内生夹杂物：脱氧产物、凝固再生夹杂物： · 外来夹杂物：二次氧化产物、夹渣、耐材的浸蚀物等 ( 2 ) 按夹杂物尺寸分： 有不同的分法，一般认为： · 显微夹杂：尺寸 1 0 0um ( 或 5 0u1 1 1 ) ，主要是外来夹杂物 ( 3 ) 按夹杂物组成分： ● 简单金属氧化物：F e O 、M n O 、S i 0 2 、A 1 2 0 3 ● 硅酸盐：F e O - M n O - S i 0 2 ，A 1 2 0 3 ·S i 0 2 ，M n O ·S i 0 2 ，复杂硅酸盐( F e O ·S i 0 2 ·M n O ·A 1 2 0 3 ) ● 钙铝酸盐：C a O ·A 1 2 0 3 ，1 2 C a 0 ·7 A 1 2 0 3 ，6 C a O ·A 1 2 0 3 。

C a O ·2 A 1 2 0 3 ● 尖晶石夹杂物：M n O ·A 1 2 0 3 ，M g ·A 1 2 0 3 ，M g O ·C r 2 0 3 2 ．2 连铸坯夹杂物 连铸坯中夹杂物按来源可分为内生夹杂物和外来夹杂物 ( 1 ) 内生夹杂物：主要是脱氧产物，其特点是： ● [ 0 ] 湃增加，脱氧产物增加； · 夹杂物尺寸细小 2 0l - tm ； · 在钢包精炼搅拌，大部分夹杂物上浮； · 一般来说，对产品质量不构成大的危害； ● 钢成分和温度变化时有新的夹杂物沉淀( 5 0 i i m ，甚至几百u m ； ● 组成复杂； ● 来源广泛； ● 偶然性分布； ● 对产品性能危害最大 生产洁净钢，就是要减少钢中夹杂物，尤其是减少大颗粒夹杂而奋斗在连铸过程中夹杂来源于图1 2 厂炉渣卷如} - 中间包覆盖剂 厂外秩黝一IL 结揪护渣．- 蒯㈨ ⋯⋯Jl 兹贮：篙材料 I ，．一次脱氧产物I 一塞捧和滑板 L 内生夹杂物- lf - 中间包水口 I - = 、尖脱氧产物 I 一浸入式水口 2 ．3 夹杂物对产品性能影响 图1连铸过程中氧化物夹杂的来源 钢中非金属夹杂物总量、形态和尺寸的要求决定于钢种和产品用途。

不同用途的产品对钢中洁净度要求如表1 表' 洁净钢要求 产品洁净度备注 汽车板T [ 0 ] 2 0 p p mD ( 5 0l am防薄板表面线状缺陷 易拉罐T [ 0 ] ( 2 0 p p mD ( 2 01 1m防飞边裂纹 S h a d o wm a s kf o r D 5Um防止图象浸蚀 C R T 防罩屏 冷拔0 ．1 5 —0 ．2 5 r a m 轮胎钢芯线防冷拔断裂 D 1 0Um 滚珠T [ 0 ] ( 1 0 p p mD ( 1 5l am增加疲劳寿命 管线 D ( 1 0 0um 氧化物形态控制酸气腐蚀 T [ O ] ( 2 0 p p m 钢轨单个D ( 1 3um断裂 链状D ( 2 0 0 l am 备注：D 指夹杂物直径 钢的清洁度与产品制造和使用过程中所出现的众多缺陷密切相关，一些厂家对某些高纯度钢种发生缺陷所作的 调查如表2 所示，可以看出钢中的夹杂物尤其是大颗粒夹杂物是引起产品缺陷的主要原因 日本一向对钢材质量有着严格的要求，最近日本夹杂物委员会提出的不同成品对钢中夹杂物含量及尺寸的要求如 表3 所示 3 表2 某些高纯度钢发生缺陷的原因调查 引起缺陷的 钢种产品缺陷缺陷部位夹杂成分 夹杂物最小直径 D I 罐用镀锡板凸缘裂纹 1 5 0Um 、6 0UmC a O —A 12 0 3 E R W 管材U T 缺陷 1 5 0Um C a O —A 12 0 。

群落状A 1 ：0 U S 缺陷 2 2 0Um 镀锡板炉渣分层 4 0 0Um 、5 0 0I Jm 深冲深拉用冷轧冲压缺陷夹 2 5 0Um群落状A 1 C a O —A 1 2 0 钢板杂 4 0 0UmC a ( 卜S i 0 2 - M2 0 3 一N a 2 0 U 0 管材U T 缺陷 2 0 0Um C a O —A 1 群落状A 1 0 3 、 M n O —Si 0 2 - A 12 0 3 U O E 管( 厚钢板)U S 缺陷 2 2 0Um 注：表中夹杂物尺寸为板材加工后的夹杂尺寸，推算至铸坯中，约为5 0 ～6 0um 表3 各种钢材才夹杂物含量和尺寸的要求 品种用途用户要求生产目标 薄板D I 罐防止裂纹D A ( 4 0 I Jm 2 ．0 ≤r ≤3 ．0 ，非常薄 D ；( 4 0um 超深冲板防止碳化物、氮 较高抗拉强度 化物的析出 汽车轮箍防止勾形裂纹 D A 1 0 0 Pm 汽车轮盘极好的穿孔性能D M 2 0Um 门窗框架防止冲压时产生裂纹 D A ( 2 01 2m 防止酸浸颜色不同 护板D A 5I Im 防止加工时产生裂纹 管材无缝管防止因氢产生的裂纹全部为球形夹杂 棒材轴承滚动接触寿命长 D A 1 5Um 幺幺 抗疲劳钢丝高抗拉强度防止冲压时断裂T [ 0 ] 1 0p p m 弹簧高强度，疲劳寿命长减少非塑性夹杂 注：D ．为A l 。

如直径，队为M n S 直径，D ．为所有夹杂物直径 3 ．钢中夹杂物检测技术 为了定量评价夹杂物数量、尺寸、形态、分布和组成，随技术发展有多种检测技术在生产科研中应用但这些 方法是各有特点的从夹杂物分析方法可分为直接的和间接的两种 直接分析夹杂物方法有： · 金相显微镜( M M O ) · 图像分析仪( I A ) ● 硫印( S u l f u rP r i n t ) 4 ● 电解( S 1 i m s ) ● 电子束熔化( E l e c t r o nB e a mM e l t i n g ) · 电子探针( S c a n n i n gE l e c t r o nM i c r o s c o p y ) ● 激光衍射分析仪( L a s e r —D i f f r a c t i o nP a r t i c l e s i z eA n a l y z e r ) ● 超声波扫描仪( C o n v e n t i o n a lU l t r a s o n i cS c a n n i n g ) ●X 光透射法 间接分析法有： · 钢中总氧法T [ 0 ] · 钢中吸氮增量法 ● 钢中酸溶铝损失法 ● 氧化物夹杂示踪法 下面把常用的几种方法简介如下： 3 ．1 钢中非金属夹杂物评级法 有国家标准评级图，用于轧材或铸坯中夹杂物评级。

评级图片是在1 0 0 倍纵向抛光面上面积为0 ．5 咖2 视场根 据夹杂物形态和分布，标准图谱分为A 、B 、C 、D 和D s 五大类 A 类( 硫化物夹杂) ：延性好，长／宽比较大，夹杂物呈灰色； B 类( 氧化铝) ：不变形，带棱角，呈黑色粒状，沿轧制方向排列； C 类( 硅酸盐) ：延性好，长／宽比较大，夹杂物呈黑色或灰色； D 类( 球状氧化物) ：不变形，带棱角，长／宽比较小( 5 0 un l 大型氧化物夹杂其分析流程主要包括电解、淘洗、还原和分离分离出夹 杂物进行粒度分级、形貌照相和电子探针定量成分分析大样电解分析流程如图5 所示 ( 3 ) 大样电解设备 电解设备包括整流器( 2 5 V ，2 0 ／I ) 、电解槽体、淘洗槽、还原磁选装置、体视显微镜、分级筛、称重天平和相机 等 ( 4 ) 大型夹杂物实例 下面介绍一下我们在某厂R H 、中间包和连铸坯中大型夹杂物照片图6 为R H 处理前后大颗粒夹杂物形貌相片 9 图5 大样电解工艺流程图 1 0 囝口 铁夹 的杂 瓴 化 物 a ) R H 处理前+ 3 0 X b ) R H 处理后．4 0 × 图6R H 处理前后大颗粒夹杂形貌相片，4 , 0 X a ) 3 0 × b ) 3 0 ×． 3 0 0u m 图8 铸坯中大型夹杂物相片 业杂物汁并廿式∞F ∑( d ? q ) ，：————二：! —————．。

———一 f 1 1D2 且2 Ⅳ 4 ∑一2q ) 』= ￡o T —x I O O ％ D ‘Ⅳ 式‘h f 一啦位血秘t 业杂自l ’r 一1 靖自槿B 的戈杂个数，十，，m E } A 兜驰总m 器‘r 々斯秕察税场心【n 】# ! 的比例．％ ( I ，小心扭别托泉的平均n 径，Am ： n ，一再缓^ 抽的个数 k 一班批按托杼所射廿∞总毒【i 置；[ ： B 班j ：物的々嚼“杼． D 一赴域“挣．车观察t { ·山3 0 0 Ⅳm N 一赴城敦，车观察t I _ 为1 0 0 或15 0 或2 0 0 个 嘲9 为洲处理) 』程- I 一钢t } - ^ 杂物变化 t ●●I l { t ■_ 嗍辨 图9 R H 处理过程中钢中夹杂物变化 ( 2 ) 阱* 楫蝌 圜雯 ＼、 } | ．．k 一 匡寒一 ＼＼ 一 ＼ 一 ：，、、＼． 广隧 36 电子探针分析 5 所1 圈1 0 板坯中微观夹杂物变化 一a d “d ^ ·“目Ⅷd 曲 a ) 能谱成分M ：姚o = 9 1 ”．S i O = 63 3 ．C a 0 04 B ，M 9 0 27 1 ．N 3 t 0 03 5 ，K 。

0 07 3 N ：A t O ·1 52 3 ．S i O 一6 44 9C a 0 29 3M 9 0 83 0 ．K2 0 49 3 ．B a 0 06 1F e 0 1 2 9 ：．r ^ ，． ． T ， 0 ．、、 一 、．． T ●● T仉塑 ∥I、一 一 瓮n 一 y ，，．一 ＆ 一 2 t “ 椭；微．觚 ，H 枞 b ) 能谱成分MA 1 O { 24 6 ，S i 0 2 8 25 8 ，C a 0 90 1 ，M 9 0 27 1 ．N az 0 07 4 ，B a 0 06 9 N ．A 1 2 0 每16 1S i O } 40 8C a 0 68 2 ．M 9 0 1 66 7 ．K 2 0 00 8 ．B a 0 96 4F e 0 09 6 图11 丈样电解所得无取向硅钢中大型非金属夹杂物形貌及其成分( 4 0 x ) 表5 铸坯中显微夹杂的骺貌和组成 争样§夹a 嘞电镶2 析成# ( ％) 粪型 1 6 1 5球状铁 M ：A l 0 ；1 3 ．4 6S i 魄1 3 ．9 5C a O1 ．1 4 一l铝硅哦 M g O6 ．1 1 T i O ，0 ．4 3如03 ．1 盐F e O5 93 4 L a ：魄0 ．1 4S2 ．2 4 N ：A 1 2 0 2 2 6 ．2 9S i0 2 4 49 1C a O1 2 ．2 8 M 蜩3 ．7 5 C r 2 0 j0 ．0 4L a l 0 30 ．5 5 F e O8 ．7 4M n O0 ．5 2B a o0 ．6 6 S0 ．7 9 1 6 1 5女# tM ：N a z O0 ．1 4K t 00 ．1S i 仉6 5 ．8 8 ● 一l酸蓝C a O0 ．0 5 M g O0 ．0 3 T i 仉0 ．0 4 C r 如0 ．0 8F e O3 3 ．5 6S0 ．。