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1、,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
2、、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8001300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
3、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
4、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1m）、显微夹杂（1100m）和大型夹杂（100m）。,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
5、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
6、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
7、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：CaA1SiMn； 和硫结合的能力：CaMnAl， 和钙结合的能力：OS； 和锰结合的能力：SO,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。其中的关键是控制铝酸钙的生成类型。铝酸钙随CaO含量的增加，其熔点趋于下降，当 CaO含量达到48%时熔点最低。从在钢液中易于凝聚排除，而残留于钢中呈球状考虑，以生成12CaO7 A12O3为好。2.加钙处理 使用喂丝和钢包喷粉工艺。,
