非金属夹杂物对钢质量及性能的影响

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非金属夹杂物对钢性能的影响

随着现代精炼技术的发展，钢的“洁净度”得到了很大提高，但钢中内生夹杂物的生成却无法避免。 非金属夹杂物降低钢的塑性、韧性和疲劳性能，使钢的热、冷加工性能甚至某些物理性能恶化。 因此，夹杂物的数量和分布规律是衡量钢材质量的重要指标之一。 笔者结合失效实例探讨了非金属夹杂物对钢材质量和性能的影响。

1 非金属夹杂物来源

钢中非金属夹杂物的来源概括为内生和外生。 内生夹杂物是钢在脱氧和凝固过程中产生的。 由于钢的冶炼过程是氧化还原过程，钢水中含有大量的氧、氮、硫等杂质元素。 为了防止杂质元素的有害影响，在冶炼过程中往往需要脱氧、脱硫，从而产生大量的脱氧、脱硫产物，大部分脱氧、脱硫产物在钢液凝固前就已上浮，有的残留在钢中。形成内生夹杂物。 外来夹杂物是由于耐火材料、炉渣等在冶炼、出钢、浇注过程中进入钢中而没有来得及上浮并残留在钢中而造成的。 一般来说，外来包裹体的特点是：形状不规则、尺寸大、偶尔会在这里或那里出现。

2 非金属夹杂物和裂纹的形成

夹杂物常被视为微裂纹的起源，疲劳裂纹和塑性加工过程中产生的裂纹往往与夹杂物的存在密切相关。 这是因为更容易变形的金属在难以变形的夹杂物周围塑性流动。 当这种情况发生时，会产生很大的张力，破坏金属和夹杂物界面之间的连接，形成空隙。 另一种情况是夹杂物周围的应力导致夹杂物破裂并产生空隙。 材料从屈服到断裂的过程可以认为是夹杂物引起裂纹萌生以及裂纹扩展和宽度的过程。

3 非金属夹杂物对钢塑性、韧性的影响

3.1 非金属夹杂物与材料塑性

金属材料的断裂过程是裂纹发生和不断发展的过程，而夹杂物是裂纹产生的根源。 因此，夹杂物对金属材料的伸长率、断面收缩率等塑性指标影响很大。 从图1可以看出，随着各视场内夹杂物数量的增加，钢材的横截面收缩率减小。

3.2 非金属夹杂物与材料韧性

夹杂物在韧性断裂中起决定性作用。 金属的延性断裂过程是从夹杂物在应力作用下产生的间隙开始的。 由于夹杂物和析出物与母材的弹性和塑性有较大差异，因此在金属变形过程中，夹杂物和析出物不能随基体一起变形，会在其周围产生增大的应力，导致夹杂物本身破裂，或导致夹杂物和基体之间的界面破裂。 分离会导致微裂纹。 随着变形的继续，微裂纹不断出现并发展成空洞，并且它们沿应变方向延伸。 随着孔洞不断扩大，相邻的孔洞最终会相互连接并最终破裂。 故障实例：硬线基材采用65钢盘条。 它经常在随后的拉丝过程中断裂成成品。 断口形貌如图2所示。

斜断口的扫描电镜分析表明，断口起源于钢丝表面。 裂缝源附近有包裹体（图3）。 由于非金属夹杂物的弹性和塑性与母材有较大差异，因此非金属夹杂物对钢的塑性和韧性影响很大。 因此，线材在拉拔过程中会变形。 ，夹杂物不能发生相应的变形，使其周围产生越来越大的应力，导致夹杂物与基体的界面处出现微裂纹。 一旦受到拉应力或剪应力的作用，就会沿着夹杂物的方向产生裂纹。 破裂，导致线材在拉拔过程中断裂。

4 夹杂物对钢疲劳性能的影响

一般来说，非金属夹杂物诱发钢中疲劳裂纹的途径有两种：一是夹杂物不能传递使用条件下钢基体中存在的应力，在夹杂物周围达到临界峰值应力。 材料对裂纹的形成有直接成核作用； 另一种说法是，钢在冷、热加工过程中，夹杂物的变形程度会导致加工过程中夹杂物与基体的界面处产生微裂纹，因此可以认为夹杂物是疲劳的根源。钢材损坏。 图4所示结果表明，对于同一类型的夹杂物，疲劳极限随着含量的增加而降低。 其他条件相同时，夹杂物颗粒越大，其不利影响越大。

失效实例：图5为冷变形弹簧钢丝断裂的宏观形貌。 从宏观形貌可以看出，箭头所指位置为断裂源，其断口具有疲劳断裂的宏观特征。 显微观察发现裂纹源处存在大颗粒。 夹杂物（图6），弹簧早期疲劳断裂的主要原因是钢丝表面存在夹杂物，它在使用过程中形成芯部疲劳源。

5 钢中夹渣（或夹渣）对钢的影响

钢中不允许夹渣（或夹渣）。 通常是冶炼、浇注过程中钢水表面的熔渣或出钢槽、钢包等处剥落的耐火材料，在钢水凝固前无法预防。 出现并留在钢材内部。 这种缺陷的存在会导致钢材在轧制过程中产生裂纹而失效。

图5 弹簧断口形貌 图.5 断口形貌 图6 裂纹源处夹杂物SEM照片 1000×图.6 断口内夹杂物SEM照片 5 钢中夹渣（或夹渣）对钢的影响不允许夹渣（或夹渣）。 通常是冶炼和浇注过程中钢水表面的熔渣或从出钢槽、钢包等处剥落的耐火材料，在钢水凝固前未能浮出表面的。 并留在钢材内部。 这种缺陷的存在会导致钢材在轧制过程中产生裂纹。

失效实例：图7所示为卷制弹簧钢板时出现的翘曲缺陷。 经检查，翘曲缺陷处有大量夹渣和大量夹杂物（图8）。 此类夹杂物直接导致弹簧钢板在轧制过程中失效。 开裂和失效。

六，结论

失效实例表明，非金属夹杂物对钢的性能影响很大。 生产非金属夹杂物较少的洁净钢或控制非金属夹杂物的性质和形态是冶炼和浇注过程的关键。 问题。