2023年8月3日发(作者：)

钢中非金属夹杂物检测技术蔡开科孙彦辉北京科技大学冶金与生态工程学院１．前言众所周知，钢中非金属夹杂物是生产高品质高端产品的主要障碍，提高金属制品质星，就是要根据产品用途，随着分析技术的发展，人们对钢中夹杂物行为的研究也日益深化。为了提高产品质量和使用性能，不但要降低钢中夹杂物来源是紧密与生产流程相关的，是一个复杂的物理和化学反应过程，这里不予讨论。本文仅就目前常用的夹杂物分析检验技术做一简要介绍。（１）按夹杂物来源分：●内生夹杂物：脱氧产物、凝固再生夹杂物：・外来夹杂物：二次氧化产物、夹渣、耐材的浸蚀物等。（２）按夹杂物尺寸分：有不同的分法，一般认为：・显微夹杂：尺寸＜１ｕｍ，包括氮化物、氧化物及硫化物等；・显微夹杂：尺寸１’１００ｕｍ（１’５０ｌａｍ），主要是脱氧产物；●大型夹杂：＞１００ｕｍ（或＞５０ｕ１１１），主要是外来夹杂物。（３）按夹杂物组成分：●简单金属氧化物：ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｓｉ０２、Ａ１２０３●硅酸盐：ＦｅＯ－ＭｎＯ－Ｓｉ０２，Ａ１２０３・Ｓｉ０２，ＭｎＯ・Ｓｉ０２，复杂硅酸盐（ＦｅＯ・Ｓｉ０２・ＭｎＯ・Ａ１２０３）●钙铝酸盐：ＣａＯ・Ａ１２０３，１２Ｃａ０・７Ａ１２０３，６ＣａＯ・Ａ１２０３。ＣａＯ・２Ａ１２０３●尖晶石夹杂物：ＭｎＯ・Ａ１２０３，Ｍｇ・Ａ１２０３，ＭｇＯ・Ｃｒ２０３把钢中夹杂物的危害降低到最低程度。可以说，降低钢中非金属夹杂物，生产洁净钢，是提高产品质量的永恒主题。钢中夹杂物的数量，同时要适宜控制好残留在钢中夹杂物组成、形态、尺寸和分布。２．钢中夹杂物概述２．１钢中夹杂物分类２．２连铸坯夹杂物连铸坯中夹杂物按来源可分为内生夹杂物和外来夹杂物。（１）内生夹杂物：主要是脱氧产物，其特点是：●［０］湃增加，脱氧产物增加；夹杂物尺寸细小＜２０ｌ－ｔｍ；・・在钢包精炼搅拌，大部分夹杂物上浮；一般来说，对产品质量不构成大的危害；钢成分和温度变化时有新的夹杂物沉淀（＜５ｕｍ）。・●在连铸坯中常见的内生夹杂（ｍｉｃｒｏ—ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ）：●铝镇静钢（Ａ１一Ｋ）：Ａ１：０３硅镇静钢（Ｓｉ—Ｋ）：硅酸锰（ＭｎＯ・ＳｉＯｚ）或ＭｎＯ・ＳｉＯｚ・ＡｌｚＯａ钙处理Ａ１一Ｋ钢：钛处理Ａ卜Ｋ钢：镁处理Ａ卜Ｋ钢：所有钢：铝酸钙Ａ１２０。，ＴｉＯｚ，ＴｉＮ●●●●铝酸镁ＭｎＳ（凝固时形成，以氧化物夹杂形核）・（２）外来夹杂：钢水与环境（空气、包衬、炉渣、水口等）二次氧化产物，下渣和卷渣形成夹渣。其特点是：・夹杂物粒径大＞５０ｉｉｍ，甚至几百ｕｍ；组成复杂；来源广泛；偶然性分布；对产品性能危害最大。生产洁净钢，就是要减少钢中夹杂物，尤其是减少大颗粒夹杂而奋斗。在连铸过程中夹杂来源于图１。●●●●２厂炉渣卷如｝－中间包覆盖剂Ｌ结揪护渣．－蒯㈨……Ｊ厂外秩黝一ＩＩｌ兹贮：篙材料，．一次脱氧产物Ｌ内生夹杂物－ｌＩ一塞捧和滑板ｆ－中间包水口Ｉ－＝、尖脱氧产物Ｉ一浸入式水口图１连铸过程中氧化物夹杂的来源２．３夹杂物对产品性能影响钢中非金属夹杂物总量、形态和尺寸的要求决定于钢种和产品用途。不同用途的产品对钢中洁净度要求如表１。表＇洁净钢要求产品洁净度备注汽车板Ｔ［０］＜２０ｐｐｍＤ（５０ｌａｍ防薄板表面线状缺陷易拉罐Ｔ［０］（２０ｐｐｍＤ（２０１１ｍ防飞边裂纹ＳｈａｄｏｗｍａｓｋｆｏｒＣＲＴ防罩屏Ｄ＜５Ｕｍ防止图象浸蚀轮胎钢芯线冷拔０．１５—０．２５ｒａｍＤ＜１０防冷拔断裂Ｕｍ滚珠Ｔ［０］（１０ｐｐｍＤ（１５ｌａｍ增加疲劳寿命管线Ｄ（１００ｕｍ氧化物形态控制酸气腐蚀Ｔ［Ｏ］（２０ｐｐｍ钢轨单个Ｄ（１３ｕｍ断裂链状Ｄ（２００ｌａｍ备注：Ｄ指夹杂物直径钢的清洁度与产品制造和使用过程中所出现的众多缺陷密切相关，一些厂家对某些高纯度钢种发生缺陷所作的调查如表２所示，可以看出钢中的夹杂物尤其是大颗粒夹杂物是引起产品缺陷的主要原因。日本一向对钢材质量有着严格的要求，最近日本夹杂物委员会提出的不同成品对钢中夹杂物含量及尺寸的要求如表３所示。３表２某些高纯度钢发生缺陷的原因调查钢种产品缺陷凸缘裂纹ＵＴ缺陷ＵＳ缺陷炉渣分层引起缺陷的夹杂物最小直径１５０１５０Ｕ缺陷部位夹杂成分ＣａＯ—Ａ１２０３ＣａＯ—Ａ１２０。、群落状Ａ１：０。ＤＩ罐用镀锡板ＥＲＷ管材镀锡板深冲深拉用冷轧钢板ｍ、６０ＵｍＵｍｍ２２０Ｕ４００Ｕｍ、５００ｍＩＪｍ冲压缺陷夹杂２５０Ｕ４００２００群落状Ａ１。０。、ＣａＯ—Ａ１２０。、Ｃａ（卜Ｓｉ０２－Ｍ２０３一Ｎａ２０ＵｍＵｍＵ０管材ＵＯＥ管（厚钢板）ＵＴ缺陷ＵＳ缺陷ＣａＯ—Ａ１。０。、群落状Ａ１。０３、ＭｎＯ—Ｓｉ０２－Ａ１２０３２２０Ｕｍ注：表中夹杂物尺寸为板材加工后的夹杂尺寸，推算至铸坯中，约为５０～６０ｕｍ。表３各种钢材才夹杂物含量和尺寸的要求品种用途ＤＩ罐用户要求防止裂纹２．０≤ｒ≤３．０，非常薄较高抗拉强度防止勾形裂纹极好的穿孔性能防止冲压时产生裂纹防止酸浸颜色不同防止加工时产生裂纹防止因氢产生的裂纹滚动接触寿命长高抗拉强度防止冲压时断裂高强度，疲劳寿命长生产目标ＤＡ（４０ＩＪＤ；（４０ｍ薄板ｕｍ超深冲板汽车轮箍汽车轮盘防止碳化物、氮化物的析出ＤＡ＜１００ＰＤＭ＜２０ＤＡ（２０ＤＡ＜５ｍＵｍ１２ｍ门窗框架护板管材棒材幺幺ＩＩｍ无缝管轴承抗疲劳钢丝弹簧全部为球形夹杂ＤＡ＜１５ＵｍＴ［０］＜１０ｐｐｍ减少非塑性夹杂注：Ｄ．为Ａｌ。如直径，队为ＭｎＳ直径，Ｄ．为所有夹杂物直径。３．钢中夹杂物检测技术为了定量评价夹杂物数量、尺寸、形态、分布和组成，随技术发展有多种检测技术在生产科研中应用。但这些方法是各有特点的。从夹杂物分析方法可分为直接的和间接的两种。直接分析夹杂物方法有：・金相显微镜（ＭＭＯ）图像分析仪（ＩＡ）硫印（ＳｕｌｆｕｒＰｒｉｎｔ）・●４●电解（Ｓ１ｉｍｓ）●电子束熔化（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＭｅｌｔｉｎｇ）・电子探针（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）●激光衍射分析仪（Ｌａｓｅｒ—ＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎＰａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅＡｎａｌｙｚｅｒ）●超声波扫描仪（ＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＳｃａｎｎｉｎｇ）●Ｘ光透射法间接分析法有：・钢中总氧法Ｔ［０］・钢中吸氮增量法●钢中酸溶铝损失法●氧化物夹杂示踪法下面把常用的几种方法简介如下：有国家标准评级图，用于轧材或铸坯中夹杂物评级。评级图片是在１００倍纵向抛光面上面积为０．５咖２视场。根Ａ类（硫化物夹杂）：延性好，长／宽比较大，夹杂物呈灰色；Ｂ类（氧化铝）：不变形，带棱角，呈黑色粒状，沿轧制方向排列；Ｃ类（硅酸盐）：延性好，长／宽比较大，夹杂物呈黑色或灰色；Ｄ类（球状氧化物）：不变形，带棱角，长／宽比较小（＜３），无规则分布，呈黑色或兰色。Ｄｓ类（单颗粒球状）：夹杂物呈圆形或近似圆形，直径大于１３ｌｌｍ。取样、制样和评级按规定标准（ＧＢ／Ｔ１０５６卜２００５）执行。ｍｅｔｈｏｄ）在炼钢厂，每个浇次按规定在线切取铸坯横断面试样，按国家标准（ＧＢ４２３６－８４）做硫印检验。根据硫印图所提供的信息，及时反馈来调整工艺参数和设备的点检。下面仅介绍利用硫印图来评估钢中夹杂物用硫印法评定钢中宏观夹杂物的原理是：连铸坯存在Ａ１２０３、ＭｎＯ・Ｓｉ０２、ＣａＯ・Ａ１２０３以及复合氧化物夹杂物表５３．１钢中非金属夹杂物评级法据夹杂物形态和分布，标准图谱分为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ和Ｄｓ五大类。３．２硫印法（Ｂａｕｍａｎｎ分布。面都富集一层硫化物，用硫印法在相纸上可显示出黑色的不同形态和斑点，即可判定为宏观夹杂物。我们曾对某厂低碳铝镇静钢２５０Ｘ１３００ｔｍ连铸坯（拉速１．４０ｍ／ｍｉｎ）的硫印图，沿铸坯厚度方向采用区域计点法，铸坯沿厚度方向宏观夹杂分布如图２（ａ）所示。图２（ａ）在线硫印夹杂物在板坯厚度方向统计结果图２（ｂ）由图２（ａ）可知：●金相观察铸坯厚度方向上夹杂物的分布厚度方向约１／４处有夹杂物峰值；铸坯中心处有夹杂物集聚。●沿铸坯厚度方向取试样，在金相显微镜Ｆ观察统计夹杂物分布如图２（ｂ）所示。由图２（ｂ）知，金相法得到与硫印法相似的结果。那么在铸坯厚度１／４左右夹杂物是由什么组成的呢？用金相法观察夹杂物，探针分析结果与浸入式水口内堵塞物成分十分相似，见表４。由此可知，铸坯中大颗粒夹杂物是来源于浸入式水口堵塞物。这种以Ａ１２０３为主的夹杂物是造成冷轧薄板表面缺陷的主要原因。６表４铸坯中夹杂物与水口堵塞物比较％Ａ１２０３Ｓｉ０２３．６５２．２４１．６２２．２ｌＦｅＯ３．５４３．９２｜２．４２Ｎａ０２Ｏ．１６ｔ｜｜ＣａＯ０．６２０．３８０．２６２．３Ｓ０．０３１．７８０．０４０．４ｌ水口堵塞物铸坯夹杂物Ｉ铸坯夹杂物２铸坯夹杂物３９２．２６９０．９３９３．６０９４．８ｌ３．３Ｘ射线透射法ｘ光透射法是利用射线通过金属时被不同程度的吸收从而在底片上感光不同来检查钢中夹杂物。采用ｘ光透射法可以大面积大批量检查，发现钢中大型夹杂物数量和夹杂物分布。然后锁定夹杂物再进行分析。但ｘ射线法效果与ｘ线硬度、透射时间、焦距、底片质量、试样厚度和加工质量等是相关的。其相对灵敏度可表示为：相对灵敏度（％）＝可以发现最小缺陷尺寸／被检测物体厚度假设Ｘ射线探测灵敏度为２％，为了分出钢中１００ｌ，ｔＩｎ夹杂物，试样厚度必须减至５ｍｍ。我们曾在某厂对２１０Ｘ１１００ｒａｍ板坯，沿板坯宽度边部、１／４处、１／２处分别从内弧向外弧取样（见图３），用线切割加工成１４０Ｘ７５Ｘ２ｍｍ尺寸的试片，用ｘ光透射法检查大型夹杂物。图３铸坯Ｘ射线透射分析切片图Ｘ光透射试片后夹杂物在底片呈黑点，在照片上呈白点，在专用强光观片机上观察底片统计夹杂物数量如图４所示。７距内弧侧距离，ｍ（ａ）铸坯宽度边部距内弧倒距离，ｍ（ｂ）铸坯宽度１／４处距内弧侧距离，ｒｒ硼（ｃ）铸坯宽度１／２处图４无取向硅钢铸坯中大型夹杂物沿铸坯厚度的分布由图可知：・在铸坯宽度方向的边部，钢中所含的大型非金属夹杂物较少；在铸坯宽度１／４处，铡中大型夹杂物显著增多；在铸坯中部，大型夹杂物增加。●●从冷轧硅钢片表面的起皮缺陷调研发现，起皮大多发生在钢卷宽度的１／４或３／４处，其次是钢卷的中部。可见大型夹杂物存铸坯宽度方向的分布规律与硅钢片表面起皮缺陷的发生规律极为～致。３．４电解法电解法是从铡中分离夹杂物的一个重要方法。过去常用在硫酸盐溶液中电解，得到夹杂物和阳级泥，用酸把碳化物溶解，然后用化学方法分析夹杂物成分Ｓｉ０２、ＣａＯ、Ａ１２０３、ＭｎＯ、Ｆｅ２０３及ＭｇＯ等。８大样电解法首先是德国人发明的，又叫Ｓｌｉｍｓ法，以后随着连铸的发展，对钢的洁净度要求越来越严，这一方法在国外（如日本）得到广泛应用。我们于１９８１年开始研制，１９８５年通过冶金工业部鉴定。这一方法相继推广应用到全国，不少单位（约１６家钢厂和３所大学），为改进工艺、提高质量提供了依据。下面简要介绍大样电解法。（Ｉ）大样电解法特点●试样大，电解时间长。为了捕捉更多的大型夹杂物，试样尺寸大（中５０’６０Ｘ１２０’１５０ｍｍ），样重３’５ｋｇ，电解时间１５’２０天。・使用物理方法分离碳化物。用淘洗法把碳化物淘洗掉，而夹杂物和铁的氧化物保留下来，用还原磁选把夹杂物分离出来。●夹杂粒径分级和组成分析。不足之处是不能完全保留云雾状的Ａ１２０３夹杂。・（２）分析流程大样电解主要用于分析钢９＞５０ｕｎｌ大型氧化物夹杂。其分析流程主要包括电解、淘洗、还原和分离。分离出夹杂物进行粒度分级、形貌照相和电子探针定量成分分析。大样电解分析流程如图５所示。（３）大样电解设备电解设备包括整流器（２５Ｖ，２０／Ｉ）、电解槽体、淘洗槽、还原磁选装置、体视显微镜、分级筛、称重天平和相机等。（４）大型夹杂物实例下面介绍一下我们在某厂ＲＨ、中间包和连铸坯中大型夹杂物照片。图６为ＲＨ处理前后大颗粒夹杂物形貌相片。９囝口铁夹的杂瓴化物图５大样电解工艺流程图１０ａ）ＲＨ处理前＋３０Ｘｂ）ＲＨ处理后．４０×图６ＲＨ处理前后大颗粒夹杂形貌相片，４，０Ｘａ）３０×ｂ）３０×．＜８０¨１图７中间包钢水太型夹杂物形貌ｂ）３０ｘ．１４０－２２０ｕｍ（ｃ】３０×＞３００ｕｍ图８铸坯中大型夹杂物相片３５金相显微镜业杂物汁并廿式∞Ｆ∑（ｄ？ｑ），：————二：！—————．。。———一ｆ１１４Ｄ２且２Ⅳ』＝￡ｏＴ—ｘＩＯＯ％Ｄ‘Ⅳ∑一２ｑ）（２）式‘ｈｆ一啦位血秘ｔ业杂自ｌ’ｒ一１靖自槿Ｂ的戈杂个数，十，，ｍＡ兜驰总ｍ器‘ｒ々斯秕察税场心【ｎ】＃！的比例．％小心扭别托泉的平均ｎ径，Ａｍ：（Ｉ，ｎ，一再缓＾抽的个数ｋ一班批按托杼所射廿∞总毒【ｉ置；［：Ｂ班ｊ：物的。々嚼“杼．Ｄ一赴域“挣．车观察ｔ｛・山３００ⅣｍＮ一赴城敦，车观察ｔＩ＿为１００或１５０或２００个嘲９为洲处理）』程－Ｉ一钢ｔ｝－＾杂物变化Ｅ｝隧匡寒一＼＼＼．．。、、ｋ广一一ｔ●●Ｉｌ｛ｔ■＿一｝｜圜雯阱＊楫蝌嗍辨图９ＲＨ处理过程中钢中夹杂物变化＆∥Ｉ、。，一；柏一。枞３ｙ，，．一瓮ｎ。一一。噼２。枞，Ｈ仉塑●●一ａｄ“ｄ＾・“目Ⅷｄ曲、．．０．、、，．．ＴＴ一，Ｔ：．ｒ．觚；微。椭。懈ｔ“圈１０板坯中微观夹杂物变化６电子探针分析５所１ａ）能谱成分Ｍ：姚ｏ＝９１”．ＳｉＯ＝６Ｎ：Ａｔ。Ｏ・１５２３．ＳｉＯ一６４４９Ｃａ０２３３．Ｃａ００４Ｂ，Ｍ９０２７１．Ｎ３ｔ００３５，Ｋ。００７３９３Ｍ９０８３０．Ｋ２０４９３．Ｂａ００６１Ｆｅ０１２９ｂ）能谱成分ＭＮ．Ａ１２０每１６１Ａ１。Ｏ｛２４６，Ｓｉ０２８２５８，Ｃａ０９０１，Ｍ９０２７１．Ｎａｚ００７４，Ｂａ００６９Ｆｅ００９６ＳｉＯ｝４０８Ｃａ０６８２．Ｍ９０１６６７．Ｋ２０００８．Ｂａ０９６４图１１丈样电解所得无取向硅钢中大型非金属夹杂物形貌及其成分（４０ｘ）表５铸坯中显微夹杂的骺貌和组成争样§１６１５一ｌ夹ａ嘞粪型球状铁铝硅哦电镶２析成＃（％）Ｍ：Ａｌ。０；１３．４６ＭｇＯ６．１１ＦｅＯ５９３４Ｎ：Ａ１２０２２６．２９Ｓｉ魄１３．９５ＴｉＯ，０．４３ＣａＯ１．１４如０３．１盐Ｌａ：魄０．１４Ｓｉ０２４４９１Ｃｒ２０ｊ０．０４ＭｎＯ０．５２Ｓ２．２４ＣａＯ１２．２８Ｌａｌ０３０．５５Ｂａｏ０．６６Ｍ蜩３．７５ＦｅＯ８．７４Ｓ１６１５０．７９●一ｌ女＃ｔ酸蓝Ｍ：ＮａｚＯ０．１４ＣａＯ０．０５Ｋｔ００．１ＭｇＯ０．０３ＦｅＯ３３．５６Ｓｉ仉６５．８８Ｔｉ仉０．０４Ｓ０．０５Ｌ南０ｓ０．５ｌＣｕ２００．０１Ｃｒ如０．０８Ｎ：Ｎａ２００．０８Ｃｒ：仉０．０４ＢａＯ０．５４１６０９—６Ｓｉ也５４．４３ＦｅＯ４｛．２４％硅醢盐Ａｌ１０。２２．３６Ｓｉ仉６４０８Ｔｉ仉０．１５ＣａＯ６．４２Ｍｎ００４０Ｂａ００．４６Ｓ０．２５Ｍ９０２．９ｌＮｉ０Ｃｒｚ吼ＦｅＯ２．４５Ｌａｚ０３０．１Ｃｅ０２０．４１鬻？１６０８Ａ１２仉＾ｌ。仉９６．５０ＣａＯ０．２２ＳｉＯ：０。６４４《ｊ６３０×——－３‰ＦｅＯ２．６４１６１５一Ｉ５饿生＾Ｍ：Ｎａ．ｎＯ０．０７Ａ１如７５．５１Ｃｕ２００１８Ｓｉ如１．９５Ｃｒ２仉００７ＳＯ．０４Ｔｉ仉０．８５Ｆｅ０２１．０６Ｃａｔ）０，６０Ｃａ００．１２№００．１６ＴｉＯ：０．１６ＳＮ：ＭｇＯ２．５７＾１。０３８．３８１０００ｘ１６０８Ｓｉ魄１０．４２ＭｎＯ３３０ＦｅＯ７２．６８１．９１Ｓｊ０２２７．２ｆｉＭｎＯ０．７７爿｝相白点：Ａ１她１４．７５ＭｇＯＦｅＯ２７．７９ＣａＯ０．Ｉ／／ｍＯ０．３４Ｓ０．１４６区—３２８．７１鲫０．０２Ｌａ２０ａ０．０ｌ如００．０９Ｆｅ０２．１ｆｉＳ０．７０基体：Ａ１Ａ２２．６１Ｓｉ傀３１．７７Ｕ９０４２．７６‰如０．０３４结语壤制生，“滤挫中．减少制－Ｉ・史杂物数辄挣制ｔ：抽物壹烈、组成、始志州ＲＪ＿址乍ｒ’ｉ－～净俐的关键所＾；虽然竹折铡中央杂物的＾｝上井冉下Ｈ，仇符＾衽足圳耳刊觅的郝足先分认Ｕ｛俐ｒｐ失杂物呐乱蚀ＬＨ，为改进【兰、中』６沽净钢提供怔捌。参考文献：１尊履ｆ，刘祈半钢－｛－凡掣非盘届虫船物冶金ｌ业Ｈ｛版“：Ｊ９９１磬Ｈ科进铸吐袱ｚ｝叫ｒ盘槭业杂物拧制北京科拙Ｊ、学内部资料２００ｌＩＯ２３钳－ＩＪ北盘脯出杂物青＊的删，￡标水件缎蹦ｒ『】牛凡Ｋ共和隔日家杯排如０５州ｒＩ】杜谢中¨金植必＊物研究北Ｍ科拄正学博士睦立：２００１７１０１４

2023年8月3日发(作者：)

钢中非金属夹杂物检测技术蔡开科孙彦辉北京科技大学冶金与生态工程学院１．前言众所周知，钢中非金属夹杂物是生产高品质高端产品的主要障碍，提高金属制品质星，就是要根据产品用途，随着分析技术的发展，人们对钢中夹杂物行为的研究也日益深化。为了提高产品质量和使用性能，不但要降低钢中夹杂物来源是紧密与生产流程相关的，是一个复杂的物理和化学反应过程，这里不予讨论。本文仅就目前常用的夹杂物分析检验技术做一简要介绍。（１）按夹杂物来源分：●内生夹杂物：脱氧产物、凝固再生夹杂物：・外来夹杂物：二次氧化产物、夹渣、耐材的浸蚀物等。（２）按夹杂物尺寸分：有不同的分法，一般认为：・显微夹杂：尺寸＜１ｕｍ，包括氮化物、氧化物及硫化物等；・显微夹杂：尺寸１’１００ｕｍ（１’５０ｌａｍ），主要是脱氧产物；●大型夹杂：＞１００ｕｍ（或＞５０ｕ１１１），主要是外来夹杂物。（３）按夹杂物组成分：●简单金属氧化物：ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｓｉ０２、Ａ１２０３●硅酸盐：ＦｅＯ－ＭｎＯ－Ｓｉ０２，Ａ１２０３・Ｓｉ０２，ＭｎＯ・Ｓｉ０２，复杂硅酸盐（ＦｅＯ・Ｓｉ０２・ＭｎＯ・Ａ１２０３）●钙铝酸盐：ＣａＯ・Ａ１２０３，１２Ｃａ０・７Ａ１２０３，６ＣａＯ・Ａ１２０３。ＣａＯ・２Ａ１２０３●尖晶石夹杂物：ＭｎＯ・Ａ１２０３，Ｍｇ・Ａ１２０３，ＭｇＯ・Ｃｒ２０３把钢中夹杂物的危害降低到最低程度。可以说，降低钢中非金属夹杂物，生产洁净钢，是提高产品质量的永恒主题。钢中夹杂物的数量，同时要适宜控制好残留在钢中夹杂物组成、形态、尺寸和分布。２．钢中夹杂物概述２．１钢中夹杂物分类２．２连铸坯夹杂物连铸坯中夹杂物按来源可分为内生夹杂物和外来夹杂物。（１）内生夹杂物：主要是脱氧产物，其特点是：●［０］湃增加，脱氧产物增加；夹杂物尺寸细小＜２０ｌ－ｔｍ；・・在钢包精炼搅拌，大部分夹杂物上浮；一般来说，对产品质量不构成大的危害；钢成分和温度变化时有新的夹杂物沉淀（＜５ｕｍ）。・●在连铸坯中常见的内生夹杂（ｍｉｃｒｏ—ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ）：●铝镇静钢（Ａ１一Ｋ）：Ａ１：０３硅镇静钢（Ｓｉ—Ｋ）：硅酸锰（ＭｎＯ・ＳｉＯｚ）或ＭｎＯ・ＳｉＯｚ・ＡｌｚＯａ钙处理Ａ１一Ｋ钢：钛处理Ａ卜Ｋ钢：镁处理Ａ卜Ｋ钢：所有钢：铝酸钙Ａ１２０。，ＴｉＯｚ，ＴｉＮ●●●●铝酸镁ＭｎＳ（凝固时形成，以氧化物夹杂形核）・（２）外来夹杂：钢水与环境（空气、包衬、炉渣、水口等）二次氧化产物，下渣和卷渣形成夹渣。其特点是：・夹杂物粒径大＞５０ｉｉｍ，甚至几百ｕｍ；组成复杂；来源广泛；偶然性分布；对产品性能危害最大。生产洁净钢，就是要减少钢中夹杂物，尤其是减少大颗粒夹杂而奋斗。在连铸过程中夹杂来源于图１。●●●●２厂炉渣卷如｝－中间包覆盖剂Ｌ结揪护渣．－蒯㈨……Ｊ厂外秩黝一ＩＩｌ兹贮：篙材料，．一次脱氧产物Ｌ内生夹杂物－ｌＩ一塞捧和滑板ｆ－中间包水口Ｉ－＝、尖脱氧产物Ｉ一浸入式水口图１连铸过程中氧化物夹杂的来源２．３夹杂物对产品性能影响钢中非金属夹杂物总量、形态和尺寸的要求决定于钢种和产品用途。不同用途的产品对钢中洁净度要求如表１。表＇洁净钢要求产品洁净度备注汽车板Ｔ［０］＜２０ｐｐｍＤ（５０ｌａｍ防薄板表面线状缺陷易拉罐Ｔ［０］（２０ｐｐｍＤ（２０１１ｍ防飞边裂纹ＳｈａｄｏｗｍａｓｋｆｏｒＣＲＴ防罩屏Ｄ＜５Ｕｍ防止图象浸蚀轮胎钢芯线冷拔０．１５—０．２５ｒａｍＤ＜１０防冷拔断裂Ｕｍ滚珠Ｔ［０］（１０ｐｐｍＤ（１５ｌａｍ增加疲劳寿命管线Ｄ（１００ｕｍ氧化物形态控制酸气腐蚀Ｔ［Ｏ］（２０ｐｐｍ钢轨单个Ｄ（１３ｕｍ断裂链状Ｄ（２００ｌａｍ备注：Ｄ指夹杂物直径钢的清洁度与产品制造和使用过程中所出现的众多缺陷密切相关，一些厂家对某些高纯度钢种发生缺陷所作的调查如表２所示，可以看出钢中的夹杂物尤其是大颗粒夹杂物是引起产品缺陷的主要原因。日本一向对钢材质量有着严格的要求，最近日本夹杂物委员会提出的不同成品对钢中夹杂物含量及尺寸的要求如表３所示。３表２某些高纯度钢发生缺陷的原因调查钢种产品缺陷凸缘裂纹ＵＴ缺陷ＵＳ缺陷炉渣分层引起缺陷的夹杂物最小直径１５０１５０Ｕ缺陷部位夹杂成分ＣａＯ—Ａ１２０３ＣａＯ—Ａ１２０。、群落状Ａ１：０。ＤＩ罐用镀锡板ＥＲＷ管材镀锡板深冲深拉用冷轧钢板ｍ、６０ＵｍＵｍｍ２２０Ｕ４００Ｕｍ、５００ｍＩＪｍ冲压缺陷夹杂２５０Ｕ４００２００群落状Ａ１。０。、ＣａＯ—Ａ１２０。、Ｃａ（卜Ｓｉ０２－Ｍ２０３一Ｎａ２０ＵｍＵｍＵ０管材ＵＯＥ管（厚钢板）ＵＴ缺陷ＵＳ缺陷ＣａＯ—Ａ１。０。、群落状Ａ１。０３、ＭｎＯ—Ｓｉ０２－Ａ１２０３２２０Ｕｍ注：表中夹杂物尺寸为板材加工后的夹杂尺寸，推算至铸坯中，约为５０～６０ｕｍ。表３各种钢材才夹杂物含量和尺寸的要求品种用途ＤＩ罐用户要求防止裂纹２．０≤ｒ≤３．０，非常薄较高抗拉强度防止勾形裂纹极好的穿孔性能防止冲压时产生裂纹防止酸浸颜色不同防止加工时产生裂纹防止因氢产生的裂纹滚动接触寿命长高抗拉强度防止冲压时断裂高强度，疲劳寿命长生产目标ＤＡ（４０ＩＪＤ；（４０ｍ薄板ｕｍ超深冲板汽车轮箍汽车轮盘防止碳化物、氮化物的析出ＤＡ＜１００ＰＤＭ＜２０ＤＡ（２０ＤＡ＜５ｍＵｍ１２ｍ门窗框架护板管材棒材幺幺ＩＩｍ无缝管轴承抗疲劳钢丝弹簧全部为球形夹杂ＤＡ＜１５ＵｍＴ［０］＜１０ｐｐｍ减少非塑性夹杂注：Ｄ．为Ａｌ。如直径，队为ＭｎＳ直径，Ｄ．为所有夹杂物直径。３．钢中夹杂物检测技术为了定量评价夹杂物数量、尺寸、形态、分布和组成，随技术发展有多种检测技术在生产科研中应用。但这些方法是各有特点的。从夹杂物分析方法可分为直接的和间接的两种。直接分析夹杂物方法有：・金相显微镜（ＭＭＯ）图像分析仪（ＩＡ）硫印（ＳｕｌｆｕｒＰｒｉｎｔ）・●４●电解（Ｓ１ｉｍｓ）●电子束熔化（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍＭｅｌｔｉｎｇ）・电子探针（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）●激光衍射分析仪（Ｌａｓｅｒ—ＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎＰａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅＡｎａｌｙｚｅｒ）●超声波扫描仪（ＣｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＳｃａｎｎｉｎｇ）●Ｘ光透射法间接分析法有：・钢中总氧法Ｔ［０］・钢中吸氮增量法●钢中酸溶铝损失法●氧化物夹杂示踪法下面把常用的几种方法简介如下：有国家标准评级图，用于轧材或铸坯中夹杂物评级。评级图片是在１００倍纵向抛光面上面积为０．５咖２视场。根Ａ类（硫化物夹杂）：延性好，长／宽比较大，夹杂物呈灰色；Ｂ类（氧化铝）：不变形，带棱角，呈黑色粒状，沿轧制方向排列；Ｃ类（硅酸盐）：延性好，长／宽比较大，夹杂物呈黑色或灰色；Ｄ类（球状氧化物）：不变形，带棱角，长／宽比较小（＜３），无规则分布，呈黑色或兰色。Ｄｓ类（单颗粒球状）：夹杂物呈圆形或近似圆形，直径大于１３ｌｌｍ。取样、制样和评级按规定标准（ＧＢ／Ｔ１０５６卜２００５）执行。ｍｅｔｈｏｄ）在炼钢厂，每个浇次按规定在线切取铸坯横断面试样，按国家标准（ＧＢ４２３６－８４）做硫印检验。根据硫印图所提供的信息，及时反馈来调整工艺参数和设备的点检。下面仅介绍利用硫印图来评估钢中夹杂物用硫印法评定钢中宏观夹杂物的原理是：连铸坯存在Ａ１２０３、ＭｎＯ・Ｓｉ０２、ＣａＯ・Ａ１２０３以及复合氧化物夹杂物表５３．１钢中非金属夹杂物评级法据夹杂物形态和分布，标准图谱分为Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ和Ｄｓ五大类。３．２硫印法（Ｂａｕｍａｎｎ分布。面都富集一层硫化物，用硫印法在相纸上可显示出黑色的不同形态和斑点，即可判定为宏观夹杂物。我们曾对某厂低碳铝镇静钢２５０Ｘ１３００ｔｍ连铸坯（拉速１．４０ｍ／ｍｉｎ）的硫印图，沿铸坯厚度方向采用区域计点法，铸坯沿厚度方向宏观夹杂分布如图２（ａ）所示。图２（ａ）在线硫印夹杂物在板坯厚度方向统计结果图２（ｂ）由图２（ａ）可知：●金相观察铸坯厚度方向上夹杂物的分布厚度方向约１／４处有夹杂物峰值；铸坯中心处有夹杂物集聚。●沿铸坯厚度方向取试样，在金相显微镜Ｆ观察统计夹杂物分布如图２（ｂ）所示。由图２（ｂ）知，金相法得到与硫印法相似的结果。那么在铸坯厚度１／４左右夹杂物是由什么组成的呢？用金相法观察夹杂物，探针分析结果与浸入式水口内堵塞物成分十分相似，见表４。由此可知，铸坯中大颗粒夹杂物是来源于浸入式水口堵塞物。这种以Ａ１２０３为主的夹杂物是造成冷轧薄板表面缺陷的主要原因。６表４铸坯中夹杂物与水口堵塞物比较％Ａ１２０３Ｓｉ０２３．６５２．２４１．６２２．２ｌＦｅＯ３．５４３．９２｜２．４２Ｎａ０２Ｏ．１６ｔ｜｜ＣａＯ０．６２０．３８０．２６２．３Ｓ０．０３１．７８０．０４０．４ｌ水口堵塞物铸坯夹杂物Ｉ铸坯夹杂物２铸坯夹杂物３９２．２６９０．９３９３．６０９４．８ｌ３．３Ｘ射线透射法ｘ光透射法是利用射线通过金属时被不同程度的吸收从而在底片上感光不同来检查钢中夹杂物。采用ｘ光透射法可以大面积大批量检查，发现钢中大型夹杂物数量和夹杂物分布。然后锁定夹杂物再进行分析。但ｘ射线法效果与ｘ线硬度、透射时间、焦距、底片质量、试样厚度和加工质量等是相关的。其相对灵敏度可表示为：相对灵敏度（％）＝可以发现最小缺陷尺寸／被检测物体厚度假设Ｘ射线探测灵敏度为２％，为了分出钢中１００ｌ，ｔＩｎ夹杂物，试样厚度必须减至５ｍｍ。我们曾在某厂对２１０Ｘ１１００ｒａｍ板坯，沿板坯宽度边部、１／４处、１／２处分别从内弧向外弧取样（见图３），用线切割加工成１４０Ｘ７５Ｘ２ｍｍ尺寸的试片，用ｘ光透射法检查大型夹杂物。图３铸坯Ｘ射线透射分析切片图Ｘ光透射试片后夹杂物在底片呈黑点，在照片上呈白点，在专用强光观片机上观察底片统计夹杂物数量如图４所示。７距内弧侧距离，ｍ（ａ）铸坯宽度边部距内弧倒距离，ｍ（ｂ）铸坯宽度１／４处距内弧侧距离，ｒｒ硼（ｃ）铸坯宽度１／２处图４无取向硅钢铸坯中大型夹杂物沿铸坯厚度的分布由图可知：・在铸坯宽度方向的边部，钢中所含的大型非金属夹杂物较少；在铸坯宽度１／４处，铡中大型夹杂物显著增多；在铸坯中部，大型夹杂物增加。●●从冷轧硅钢片表面的起皮缺陷调研发现，起皮大多发生在钢卷宽度的１／４或３／４处，其次是钢卷的中部。可见大型夹杂物存铸坯宽度方向的分布规律与硅钢片表面起皮缺陷的发生规律极为～致。３．４电解法电解法是从铡中分离夹杂物的一个重要方法。过去常用在硫酸盐溶液中电解，得到夹杂物和阳级泥，用酸把碳化物溶解，然后用化学方法分析夹杂物成分Ｓｉ０２、ＣａＯ、Ａ１２０３、ＭｎＯ、Ｆｅ２０３及ＭｇＯ等。８大样电解法首先是德国人发明的，又叫Ｓｌｉｍｓ法，以后随着连铸的发展，对钢的洁净度要求越来越严，这一方法在国外（如日本）得到广泛应用。我们于１９８１年开始研制，１９８５年通过冶金工业部鉴定。这一方法相继推广应用到全国，不少单位（约１６家钢厂和３所大学），为改进工艺、提高质量提供了依据。下面简要介绍大样电解法。（Ｉ）大样电解法特点●试样大，电解时间长。为了捕捉更多的大型夹杂物，试样尺寸大（中５０’６０Ｘ１２０’１５０ｍｍ），样重３’５ｋｇ，电解时间１５’２０天。・使用物理方法分离碳化物。用淘洗法把碳化物淘洗掉，而夹杂物和铁的氧化物保留下来，用还原磁选把夹杂物分离出来。●夹杂粒径分级和组成分析。不足之处是不能完全保留云雾状的Ａ１２０３夹杂。・（２）分析流程大样电解主要用于分析钢９＞５０ｕｎｌ大型氧化物夹杂。其分析流程主要包括电解、淘洗、还原和分离。分离出夹杂物进行粒度分级、形貌照相和电子探针定量成分分析。大样电解分析流程如图５所示。（３）大样电解设备电解设备包括整流器（２５Ｖ，２０／Ｉ）、电解槽体、淘洗槽、还原磁选装置、体视显微镜、分级筛、称重天平和相机等。（４）大型夹杂物实例下面介绍一下我们在某厂ＲＨ、中间包和连铸坯中大型夹杂物照片。图６为ＲＨ处理前后大颗粒夹杂物形貌相片。９囝口铁夹的杂瓴化物图５大样电解工艺流程图１０ａ）ＲＨ处理前＋３０Ｘｂ）ＲＨ处理后．４０×图６ＲＨ处理前后大颗粒夹杂形貌相片，４，０Ｘａ）３０×ｂ）３０×．＜８０¨１图７中间包钢水太型夹杂物形貌ｂ）３０ｘ．１４０－２２０ｕｍ（ｃ】３０×＞３００ｕｍ图８铸坯中大型夹杂物相片３５金相显微镜业杂物汁并廿式∞Ｆ∑（ｄ？ｑ），：————二：！—————．。。———一ｆ１１４Ｄ２且２Ⅳ』＝￡ｏＴ—ｘＩＯＯ％Ｄ‘Ⅳ∑一２ｑ）（２）式‘ｈｆ一啦位血秘ｔ业杂自ｌ’ｒ一１靖自槿Ｂ的戈杂个数，十，，ｍＡ兜驰总ｍ器‘ｒ々斯秕察税场心【ｎ】＃！的比例．％小心扭别托泉的平均ｎ径，Ａｍ：（Ｉ，ｎ，一再缓＾抽的个数ｋ一班批按托杼所射廿∞总毒【ｉ置；［：Ｂ班ｊ：物的。々嚼“杼．Ｄ一赴域“挣．车观察ｔ｛・山３００ⅣｍＮ一赴城敦，车观察ｔＩ＿为１００或１５０或２００个嘲９为洲处理）』程－Ｉ一钢ｔ｝－＾杂物变化Ｅ｝隧匡寒一＼＼＼．．。、、ｋ广一一ｔ●●Ｉｌ｛ｔ■＿一｝｜圜雯阱＊楫蝌嗍辨图９ＲＨ处理过程中钢中夹杂物变化＆∥Ｉ、。，一；柏一。枞３ｙ，，．一瓮ｎ。一一。噼２。枞，Ｈ仉塑●●一ａｄ“ｄ＾・“目Ⅷｄ曲、．．０．、、，．．ＴＴ一，Ｔ：．ｒ．觚；微。椭。懈ｔ“圈１０板坯中微观夹杂物变化６电子探针分析５所１ａ）能谱成分Ｍ：姚ｏ＝９１”．ＳｉＯ＝６Ｎ：Ａｔ。Ｏ・１５２３．ＳｉＯ一６４４９Ｃａ０２３３．Ｃａ００４Ｂ，Ｍ９０２７１．Ｎ３ｔ００３５，Ｋ。００７３９３Ｍ９０８３０．Ｋ２０４９３．Ｂａ００６１Ｆｅ０１２９ｂ）能谱成分ＭＮ．Ａ１２０每１６１Ａ１。Ｏ｛２４６，Ｓｉ０２８２５８，Ｃａ０９０１，Ｍ９０２７１．Ｎａｚ００７４，Ｂａ００６９Ｆｅ００９６ＳｉＯ｝４０８Ｃａ０６８２．Ｍ９０１６６７．Ｋ２０００８．Ｂａ０９６４图１１丈样电解所得无取向硅钢中大型非金属夹杂物形貌及其成分（４０ｘ）表５铸坯中显微夹杂的骺貌和组成争样§１６１５一ｌ夹ａ嘞粪型球状铁铝硅哦电镶２析成＃（％）Ｍ：Ａｌ。０；１３．４６ＭｇＯ６．１１ＦｅＯ５９３４Ｎ：Ａ１２０２２６．２９Ｓｉ魄１３．９５ＴｉＯ，０．４３ＣａＯ１．１４如０３．１盐Ｌａ：魄０．１４Ｓｉ０２４４９１Ｃｒ２０ｊ０．０４ＭｎＯ０．５２Ｓ２．２４ＣａＯ１２．２８Ｌａｌ０３０．５５Ｂａｏ０．６６Ｍ蜩３．７５ＦｅＯ８．７４Ｓ１６１５０．７９●一ｌ女＃ｔ酸蓝Ｍ：ＮａｚＯ０．１４ＣａＯ０．０５Ｋｔ００．１ＭｇＯ０．０３ＦｅＯ３３．５６Ｓｉ仉６５．８８Ｔｉ仉０．０４Ｓ０．０５Ｌ南０ｓ０．５ｌＣｕ２００．０１Ｃｒ如０．０８Ｎ：Ｎａ２００．０８Ｃｒ：仉０．０４ＢａＯ０．５４１６０９—６Ｓｉ也５４．４３ＦｅＯ４｛．２４％硅醢盐Ａｌ１０。２２．３６Ｓｉ仉６４０８Ｔｉ仉０．１５ＣａＯ６．４２Ｍｎ００４０Ｂａ００．４６Ｓ０．２５Ｍ９０２．９ｌＮｉ０Ｃｒｚ吼ＦｅＯ２．４５Ｌａｚ０３０．１Ｃｅ０２０．４１鬻？１６０８Ａ１２仉＾ｌ。仉９６．５０ＣａＯ０．２２ＳｉＯ：０。６４４《ｊ６３０×——－３‰ＦｅＯ２．６４１６１５一Ｉ５饿生＾Ｍ：Ｎａ．ｎＯ０．０７Ａ１如７５．５１Ｃｕ２００１８Ｓｉ如１．９５Ｃｒ２仉００７ＳＯ．０４Ｔｉ仉０．８５Ｆｅ０２１．０６Ｃａｔ）０，６０Ｃａ００．１２№００．１６ＴｉＯ：０．１６ＳＮ：ＭｇＯ２．５７＾１。０３８．３８１０００ｘ１６０８Ｓｉ魄１０．４２ＭｎＯ３３０ＦｅＯ７２．６８１．９１Ｓｊ０２２７．２ｆｉＭｎＯ０．７７爿｝相白点：Ａ１她１４．７５ＭｇＯＦｅＯ２７．７９ＣａＯ０．Ｉ／／ｍＯ０．３４Ｓ０．１４６区—３２８．７１鲫０．０２Ｌａ２０ａ０．０ｌ如００．０９Ｆｅ０２．１ｆｉＳ０．７０基体：Ａ１Ａ２２．６１Ｓｉ傀３１．７７Ｕ９０４２．７６‰如０．０３４结语壤制生，“滤挫中．减少制－Ｉ・史杂物数辄挣制ｔ：抽物壹烈、组成、始志州ＲＪ＿址乍ｒ’ｉ－～净俐的关键所＾；虽然竹折铡中央杂物的＾｝上井冉下Ｈ，仇符＾衽足圳耳刊觅的郝足先分认Ｕ｛俐ｒｐ失杂物呐乱蚀ＬＨ，为改进【兰、中』６沽净钢提供怔捌。参考文献：１尊履ｆ，刘祈半钢－｛－凡掣非盘届虫船物冶金ｌ业Ｈ｛版“：Ｊ９９１磬Ｈ科进铸吐袱ｚ｝叫ｒ盘槭业杂物拧制北京科拙Ｊ、学内部资料２００ｌＩＯ２３钳－ＩＪ北盘脯出杂物青＊的删，￡标水件缎蹦ｒ『】牛凡Ｋ共和隔日家杯排如０５州ｒＩ】杜谢中¨金植必＊物研究北Ｍ科拄正学博士睦立：２００１７１０１４