脱氧和非金属夹杂物(2)

6 7脱氧和非金属夹杂物 钢中存在的非金属化合物 如氧化物 硫化物 氮化物等都呈独立相存在 统称为非金属夹杂物 它们的存在破坏了钢的基体的连续性 钢中非金属夹杂物来源于原材料 脱氧产物 熔渣和耐火材料 以及出钢和浇注过程的二次氧化产物 6 7 1钢中非金属夹杂物的种类及其形态6 7 1 1按夹杂物的化学成分分类 根据夹杂物的化学成分不同 可以分成 1 氧化物系夹杂物 1 简单氧化物 2 复杂氧化物 3 硅酸盐及硅酸盐玻璃 2 硫化物系夹杂物钢中硫化物主要是FeS MnS Mn Fe S和CaS等 3 氮化物当在钢中加入与氮亲合力较大的元素时形成AlN TiN ZrN VN BN Si3N4 Fe4N Fe2N等氮化物 6 7 1 2按夹杂物的形态分类 1 不同夹杂物的塑性 1 FeO MnO及 Mn Fe O在室温下能和金属一起变形 随温度升高逐渐丧失了变形能力 2 Al2O3和钙的铝酸盐在钢的整个热加工温度范围内以及室温下 均无塑性不变形 3 硅酸盐在室温下不能变形 但在800 1300 范围内 依其组成不同 塑性变化很快 钢的热加工温度就处于上述范围内 可见对于钢材性能来说 硅酸盐的组成很重要 4 尖晶石类夹杂物在通常钢的热变形温度范围内不变形 当钢倍加热到更高温度 1280 时能稍微变形 5 在1000 以下 硫化锰具有较高的塑性 超过1000 时随着温度的升高塑性逐渐减小 但仍具有较强的变形能力 2 按夹杂物的形态分类 1 A型夹杂物是在热加工时沿加工方向延伸成条带状的硫化物FeS MnS 2 B型夹杂物它在热加工时不变形 而被破碎成碎屑沿加工方向聚集呈颗粒状断续排列 3 C型夹杂物是加工过程可以产生塑性变形的硅酸盐 虽然硅酸盐通常是黑色的 而硫化物是灰色的 但在显微镜下准确区分硫化物和硅酸盐则有困难 4 D型夹杂物它在热加工时保持原来的球点状而任意分布 6 7 1 3按夹杂物的来源分类 1 外来夹杂物这类夹杂物是由于耐火材料 熔渣等在冶炼 出钢 浇注过程中进入钢中并滞留在钢中造成的 一般外来夹杂物具有的特征是 外形不规则 尺寸比较大 偶然地在这里或在那里出现 2 内生夹杂物这类夹杂物是在液体或固体钢内 由于脱氧和凝固时进行的各种物理化学反应而形成的 主要是和钢中氧 硫 氮的反应产物 6 7 1 4按夹杂物尺寸分类 按夹杂物的大小不同 一般把夹杂物大致分为三类 亚显微夹杂 颗粒 1 m 显微夹杂 1 100 m 和大型夹杂 100 m 6 7 2夹杂物对钢的性能的影响6 7 2 1夹杂物和裂纹的形成及应力集中 1 夹杂物与裂纹的形成夹杂物往往被作为显微裂纹的发源地 2 夹杂物与应力集中如果材料中有非金属夹杂物则出现应力集中现象 6 7 2 2夹杂物对钢的塑性和韧性的影响 1 夹杂物与塑性夹杂物对塑性的影响在断面收缩率上比在延伸率上表现得更显著 通常夹杂物对钢材的纵向塑性影响不大 而对横向塑性的影响却较显著 2 夹杂物与韧性如果材料中有非金属夹杂物 则钢的韧性下降 6 7 2 3夹杂物对钢的疲劳性能的影响 1 夹杂物类型与疲劳寿命线膨胀系数小于钢的夹杂 促进了疲劳裂纹的发生和发展 2 夹杂物的大小 分布与疲劳寿命对于同一种类型的A12O3夹杂物来说 随其含量增加疲劳极限下降 当其他条件相同时 夹杂物颗粒越大 则不利的影响越大 多角形夹杂物的影响大于球状夹杂物的影响 深部的夹杂物 成为疲劳核心的临界尺寸变大 在表面或靠近表面存在的夹杂物 尺寸虽小但也有害 而在深部存在的夹杂物 超过一定临界尺寸才带来不利的影响 3 氧含量与疲劳寿命氧化物夹杂的总量与钢中氧含量成正比 6 7 2 4夹杂物对钢的加工性能的影响 1 夹杂物对热加工性能的影响硫化物夹杂物使钢的热加工性能变坏 2 夹杂物对弯曲性能的影响钢中长条状夹杂物往往使钢的弯曲性能出现各向异性 且横向性能变坏 3 夹杂物对焊接结构件层状撕裂的影响4 夹杂物对钢的切削性能的影响硫化物增加钢材的脆性 钢的切屑容易断裂 6 7 2 5夹杂物对钢的物理化学性能的影响 1 夹杂物对钢的电磁性能的影响非金属夹杂物不是铁磁性物质 它的存在减少了铁磁性基体的体积 破坏了金属基体的连续性 其次 夹杂物的存在 在晶界上或晶粒内 使基体变形产生内应力 因而基体磁化不均匀 磁性下降 2 夹杂物对钢的点腐蚀的影响点腐蚀是局限在金属表面的点或小孔的局部腐蚀 形状呈空腔 点蚀起源于硫化物夹杂和与硫化物复合的某些氧化物夹杂 主要是铝酸钙和氧化铝 上 而单独氧化物则没有这种作用 6 7 5夹杂物形态控制6 7 5 1硫化物形态控制 1 脱氧元素与硫的反应向钢中加入脱氧元素除进行脱氧反应外 还可能发生脱硫反应 对于不同元素的脱氧和脱硫能力有以下规律 和氧结合的能力 Ca A1 Si Mn 和硫结合的能力 Ca Mn Al 和钙结合的能力 O S 和锰结合的能力 S O 2 加稀土控制硫化物形态稀土元素RE能降低钢液中氧和硫的溶解度 并以生成球状小颗粒夹杂方式改善第 类MnS夹杂 6 7 5 2氧化物形态控制 1 铝酸钙的类型及物性铝镇静钢用钙处理的主要目的是将A12O3夹杂变性为铝酸钙 其中