金属夹杂物对金属材料品质的影响及专家分析

随着时代的进步，对材料的要求也越来越高，对于金属材料而言，提高钢的冶炼质量，改善夹杂物的尺寸、数量和分布状况，可以提高金属材料的质量。今天我们有幸采访到钢研院失效分析中心的专家李云玲女士，和大家聊聊金属夹杂物的话题。

中国钢研钢铁研究总院失效分析中心高级工程师 李云玲

从事金属材料微观表征工作10余年，主要研究方向为金属构件失效分析、断裂分析、微观表征技术等，独立完成材料失效分析案例400余例，完成的典型项目有：某型船舶动力系统部件失效原因分析、高铁车轮裂纹原因分析、核电乏燃料池不锈钢壁面附件分析、国电反流变部件失效原因分析、合成氨设备焊接裂纹分析等。

大型失效分析项目的完成，为国防装备的可靠性提供了技术保障，为客户挽回了大量的经济损失，得到了企业的多次好评。相关工作成果多次在全国钢铁材料扫描电镜图像大赛、金相大赛中获奖，在国外SCI、EI、中文核心期刊等发表论文20余篇，参与起草、修订了《钢中夹杂物自动分类与统计扫描电镜能谱分析方法》（T/CSTM 00346-2021）、《钢中晶粒大小测定高温激光共聚焦显微镜方法》（T/CSTM 00799-2023）、《材料实验数据扫描电镜图像要求》（T/CSTM 00795-2022）等多个团体标准。

问题 1

飞龙

李先生您好，请问夹杂物对金属材料有哪些危害？为什么要做金属夹杂物分析？

李云玲老师

新时代的发展对钢材的综合性能要求越来越严格。钢材的质量指标一般包括冶炼质量指标（化学成分、非金属夹杂物、晶粒度等）和使用质量指标（力学性能、工艺性能焊接、淬火、冷弯等）。非金属夹杂物的危害：造成质量缺陷，如裂纹、偏析；降低钢材性能，如冲压开裂、疲劳断裂等。

第二季度

飞龙

那么李老师请问这些金属夹杂物是怎么产生的呢？

李云玲老师

该钢中夹杂物的主要来源有两个：

内生夹杂：体积较小，与OSN冶炼工艺有关，该类夹杂不可避免，但可通过调整工艺改善其分布状况。

外来夹杂物：如来自炉渣、耐火材料等的夹杂物。此类夹杂物尺寸较大，分布不规则，但可以通过改善冶炼工艺来避免。

第三季度

李老师，内含物是如何分类的，标准是什么？

A：

李云玲老师

金属夹杂物的通用标准是GB/T 10561，其中明确将夹杂物分为：A类（硫化物）、B类（氧化铝）、C类（硅酸盐）、D类（球状氧化物）、DS类（单颗粒球状夹杂物）。这些不同类型的夹杂物都有各自独特的形态和特性。

Q4

飞龙

那么如何检测和分析这种内含物呢？您能和我们分享一些常用的方法和工具吗？

李云玲老师

检测方法通常有两种，一是金相法，利用光学显微镜通过颗粒的形状、颜色的深浅来判断夹杂物的类型。

金相法只能根据形状和大小来判断夹杂物的类型。随着技术的发展，越来越多地使用电子显微镜来表征夹杂物。也有相关的标准：GB/T 30834-2022钢中非金属夹杂物的评价和统计扫描电子显微镜。

我们采用的Phenom电子显微镜的钢中夹杂物系统Phenom ParticleX Steel是基于扫描电子显微镜的背散射电子探测器+能谱探测器进行自动化分析分类，不仅可以得到每个粒子的形貌尺寸信息，还可以按照化学成分进行细分，对于复杂夹杂物的识别更有说服力。

问5

飞龙

李教授，您觉得这个系统对您有什么帮助？这个系统给出的结果和光学显微镜给出的结果有什么不同？

李云玲老师

报告包含非常详细的颗粒信息，包括颗粒的尺寸、成分，并按照定义进行分类，还提供了不同尺寸/类别的颗粒占比的可视化图表，如数量密度、夹杂物指数等。此系统可以展示每个夹杂物的形貌和成分信息，并可以一键追溯到颗粒。结合三元相图，还可以对工艺进行优化改进，非常方便快捷。

Phenom ParticeX 可以导出详细的数据报告