走進金屬材料：鋼中非金屬夾雜物的成因及影響

非金屬夾雜物是鋼中的一類組成物，它們在鋼的凝固和冷卻過程中形成，並在隨後的冷熱加工過程中經歷一系列的變化。根據夾雜物的來源，通常把夾雜物分為外來的和內生的兩大類。今天程誠小編就給大家簡單介紹下鋼中非金屬夾雜物的成因及影響。

在鋼的冶煉﹑出鋼和澆注過程中，鋼液同耐火材料和爐渣相接觸，爐渣被捲入鋼液中（特別是出鋼時），它的顆粒混入鋼液中，這些情況都是難於避免的。混入鋼液中的耐火材料和爐渣顆粒透過與鋼液起化學反應不斷在成分和結構上發生變化。這些顆粒，不論是剛剛被機械的帶入鋼液中的，還是經歷了相應變化的，一旦被滯留到鋼錠或鑄件中，就變成了鋼中的夾雜物，這樣的夾雜物叫外來夾雜物。

當某種元素在固相中的溶解度非常小，同時該元素又能同鋼中的其他元素形成化合物時，則這個元素即使在鋼液中的含量不大，在鋼液凝固過程中也會從鋼液中脫溶出來變成化合物並保留在固態鋼中。

氧和硫屬於這種元素，它們幾乎全部成為氧化物﹑硫化物﹑矽酸鹽等。這些化合物稱為內生夾雜物。內生夾雜物主要來自脫氧後在澆注和凝固過程中所形成的夾雜物顆粒，這些顆粒沒有來得及上浮到鋼液的自由表面而被滯留在鋼錠中。

1）氧化物：常見的有氧化鋁，是用鋁脫氧時產生的細小難溶、高硬度的脆性夾雜物。它在熱加工過程中被碎化，然後沿加工方向將小顆粒呈帶狀分佈，有時幾條帶並列。這些條帶狀氧化物使鋼的疲勞強度顯著降低。

2）硫化物：在高溫下具有較高的塑性，熱加工時可以隨著變形而延伸。常見的有硫化亞鐵、硫化錳等，硫化物使鋼材的橫向效能顯著降低。

3）矽酸鹽：在高溫下具有較高的塑性，熱加工時可以沿著加工方向延伸，外形粗糙，呈現紡錘形狀。多為複合性夾雜物。

4）氮化物：它具有較高的熔點和硬度，在熱加工過程中不變形，在顯微鏡下多呈現方形或者規則的幾何形狀。

5）點狀不變形夾雜物：它經過熱加工後仍然保持較規則的圓形或者橢圓形。

在軋製，鍛造或熱處理時，每次加熱都為夾雜物和鋼基體之間以及夾雜物內部各相之間趨近平衡提供了機會。所以室溫下所觀察到的夾雜物，實際上是經過了一系列複雜變化以後的結果。無論哪種冶煉方法煉出的鋼種，總含有或多或少的夾雜物，一般非金屬夾雜物對鋼產生的有害影響主要有以下幾方面：

1）冷加工和熱處理時，由於夾雜物破壞了鋼組織的連續性，一旦鋼材受拉應力或切應力作用，沿夾雜物分佈方向就易破裂。通常，硫化物造成熱脆，而磷化物則造成冷脆。

2）夾雜物降低鋼的力學效能，尤其是降低其橫向力學效能，使Re。Z，A，AKU值和疲勞強度下降。

3）夾雜物降低鋼的耐磨性和耐蝕效能，並導致形成帶狀組織。此外，對一些物理效能，如電阻、磁性、膨脹係數等，也產生很大影響。

4）在熱處理中，由於夾雜物的膨脹係數與基體有著差異，所以易造成應力集中而在淬火時產生裂紋。

程誠小編結語：正是因鋼中的夾雜物是有害的，所以需要透過各種措施，使其含量儘可能的降低。雖然可以採用儘量降低氧硫等形成非金屬夾雜物的含量的方法來提高鋼材的質量，但是，一方面由於工藝上的困難，經濟上不允許，另一方面並不能無限制的降低非金屬雜質的含量，所以，首先應該瞭解夾雜物的變化及其與鋼效能的關係，從而科學的安排鋼中夾雜物的型別，含量，分佈，形態等等，最終達到提高鋼材質量的目的。總括而言，提高鋼的質量和效能，不僅在於降低非金屬夾雜物的含量，更重要的是採取下列措施：

—使殘留鋼中夾雜物具有適宜的分佈，尺寸，形態或組成等，降低或消除它對效能或質量的不利影響。

—根據不同的使用效能或受力狀態來要求夾雜物的有關參量。

—根據不同鋼種和不同受力狀態時夾雜物對效能無害的臨界尺寸或部位來控制夾雜物的形成。

—充分利用夾雜物對鋼的效能的有利方面。