馮文博， 馮紫萱

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司， 陜西 勉縣 724200）

非金屬夾雜物對鋼的強(qiáng)度、塑性、斷裂韌性、切削、疲勞、熱脆以及耐腐蝕等性能都有很大影響[1]，其影響程度取決于夾雜物成分、數(shù)量、尺寸、形狀及分布等諸多因素。因此，鋼中非金屬夾雜物的檢驗(yàn)分析直接關(guān)系到材料的質(zhì)量控制，尤其是對于高品質(zhì)鋼材，鋼中非金屬夾雜物的檢驗(yàn)分析更是被列為關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)之一。

鋼中夾雜物一般分為外來性夾雜物和內(nèi)生性夾雜物兩種[2]，本文主要對國內(nèi)鋼中內(nèi)生性夾雜物的檢驗(yàn)分析方法進(jìn)行了研究。

1 鋼中非金屬夾雜物的低倍檢驗(yàn)法

低倍檢驗(yàn)法來源于GB/T 226—2015《鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗(yàn)法》，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了檢驗(yàn)鋼的低倍組織及缺陷的熱、冷酸侵蝕和電解腐蝕法，同時(shí)根據(jù)YB/T 153—2015《優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼連鑄坯低倍組織缺陷評級圖》中對優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼連鑄坯的低倍組織缺陷形貌進(jìn)行評級，可在宏觀下對連鑄坯中非金屬夾雜物缺陷形貌進(jìn)行觀察分析，并作出評級。

從150 mm×150 mm的HRB400連鑄坯上截取剖面低倍試樣，經(jīng)磨床磨光后采用GB/T 226—2015中推薦的1∶1（體積比）鹽酸水溶液進(jìn)行電解腐蝕，經(jīng)目視觀察，如圖1所示，發(fā)現(xiàn)在連鑄坯上邊緣存在較多的非金屬夾雜物，夾雜物級別為2.0級。

2 鋼中非金屬夾雜物的金相檢驗(yàn)法

圖1 連鑄坯低倍組織宏觀相貌

鋼中非金屬夾雜物的金相檢驗(yàn)法來源于GB/T 10561—2005《鋼中非金屬雜物含量的測定——標(biāo)準(zhǔn)評級圖顯微檢驗(yàn)法》，此方法規(guī)定了用標(biāo)準(zhǔn)圖譜評定壓縮比大于或等于3的軋制或鍛制鋼材中的非金屬夾雜物的顯微評定方法，將所觀察的視場與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對比，并分別對每類夾雜物進(jìn)行評級。

GB/T 10561—2005將鋼中非金屬夾雜物分為A，B，C，D和DS五大類，其表示的夾雜物類型分別為：硫化物類、氧化鋁類、硅酸鹽類、球狀氧化物類、單顆粒球狀類。標(biāo)準(zhǔn)給出了A法和B法兩種評定夾雜物含量的方法。其中A法[3]是根據(jù)細(xì)系和粗系記下與檢驗(yàn)面上最惡劣的視場相符合的標(biāo)準(zhǔn)級別數(shù)。B法又稱比較法，是將試樣的每個(gè)視場與標(biāo)準(zhǔn)圖譜比較，對于各類夾雜物，按細(xì)系和粗系記下與檢驗(yàn)面相符合的標(biāo)準(zhǔn)評級圖的級別數(shù)；檢驗(yàn)視場一般不小于100個(gè)，記下每個(gè)視場的數(shù)據(jù)后，計(jì)算出平均級別數(shù)m，且細(xì)系和粗系分開計(jì)算。

在Φ8 mm/65號鋼材試樣中間位置，沿著軋制方向截取縱截面試樣，經(jīng)鑲嵌、磨制、拋光，在未腐蝕狀態(tài)下進(jìn)行顯微觀察，發(fā)現(xiàn)鋼材內(nèi)部存在較多顏色呈黑色，條狀的夾雜物，長度為439μm，寬度為8 μm，經(jīng)分析判定為2.0級粗系硅酸鹽類夾雜物。

3 鋼中非金屬夾雜物的掃描電鏡檢驗(yàn)法

圖2 非金屬夾雜物形貌

掃描電鏡檢驗(yàn)法來源于GB/T 30834—2014《鋼中非金屬及雜物的評定和統(tǒng)計(jì) 掃描電鏡法》，利用掃描電鏡+能譜儀對鋼中非金屬夾雜物進(jìn)行尺寸分布統(tǒng)計(jì)、化學(xué)分類及評級的程序，其推薦了3中檢驗(yàn)方法：方法一主要依據(jù)形貌對夾雜物進(jìn)行分類；方法二主要依據(jù)化學(xué)組成對夾雜物進(jìn)行分類；方法一和二適用于壓縮比大于或等于的軋制或鍛制鋼材中2 μm以上非金屬夾雜物的顯微評定；方法三用來確定某類夾雜物的具體細(xì)節(jié)，如體積分?jǐn)?shù)、數(shù)量分?jǐn)?shù)等體視學(xué)參數(shù)，適用于各種鑄坯或鋼材中所有尺寸（包括2 μm以下）夾雜物的統(tǒng)計(jì)分類。

對Φ12.5 mm/82B鋼經(jīng)過掃描電鏡的全部掃描，并對掃描出來的顆粒進(jìn)行全自動(dòng)夾雜物分析，并對其中19個(gè)非金屬夾雜物的形貌和成分進(jìn)行了分析，如表1、2所示。

同時(shí)為了直觀明了分析鋼中非金屬夾雜物的分布、大小及種類，我們采用全自動(dòng)夾雜物分析系統(tǒng)對鋼中夾雜物進(jìn)行了三元相圖的建立，如圖3所示。

4 分析與討論

4.1 低倍檢驗(yàn)法分析

低倍檢驗(yàn)法實(shí)際意義上是一種宏觀檢驗(yàn)法，它主要是對連鑄坯進(jìn)行酸蝕試驗(yàn)后，利用肉眼對連鑄坯上的低倍組織缺陷進(jìn)行分類評級[4]，非金屬夾雜物在酸蝕試樣上的形貌特征是呈不同形狀和不同顏色的非金屬顆?；蚍墙饘賷A雜腐蝕剝落后出現(xiàn)的凹坑，同時(shí)非金屬夾雜物產(chǎn)生的主要原因是夾雜物進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)未能上浮[5]，所以非金屬夾雜一般存在位置為連鑄坯的上邊緣位置處，便于檢驗(yàn)者觀察分析。

低倍檢驗(yàn)法的主要特點(diǎn)是檢驗(yàn)速度快，可對每一爐連鑄坯低倍組織缺陷進(jìn)行分析，對鋼中的非金屬夾雜物進(jìn)行評級，快速反映連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量；但也存在一定欠缺，低倍檢驗(yàn)法只能對連鑄坯進(jìn)行檢驗(yàn)分析，同時(shí)只能反映夾雜物的數(shù)量、密集程度，不能對夾雜物的類型、尺寸、成分進(jìn)行分析。

表1 非金屬夾雜物形貌分析結(jié)果

表2 非金屬夾雜物成分分析結(jié)果 %

4.2 金相檢驗(yàn)法分析

圖3 非金屬夾雜物三元相圖

金相檢驗(yàn)法主要是在鋼材外表面到中心的中間位置，沿著軋制方向截取面積約為200 mm2試樣，經(jīng)鑲嵌、磨制、拋光后，在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行分析，通過觀察整個(gè)拋光面，其主要特點(diǎn)是可以觀察分析夾雜物經(jīng)過軋制變形后的形貌，并通過夾雜物的形態(tài)、顏色以及明暗場、偏振光等方式分析鋼中非金屬夾雜物[6]，判定鋼中夾雜物的類型，同時(shí)測量夾雜物的長度、寬度判定夾雜物的級別；但也有一定的局限性，此方法只能檢驗(yàn)分析鋼材中的非金屬夾雜物；同時(shí)樣品必須經(jīng)過一定的處理，檢驗(yàn)分析時(shí)間較長；不能對復(fù)合型夾雜物的成分進(jìn)行分析；只能對夾雜物的尺寸進(jìn)行測定而不能對其夾雜物的數(shù)量進(jìn)行檢驗(yàn)分析；同時(shí)最大的局限性是測量結(jié)果只能代表所截取試樣上的夾雜物的級別，測量結(jié)果沒有代表性，即使采用大量試樣也很難再現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果。

4.3 掃描電鏡法分析

掃描電鏡法是通過掃描電鏡對試樣的表面進(jìn)行掃描分析，對掃描出來的顆粒通過全自動(dòng)夾雜物分析系統(tǒng)對其形貌和成分進(jìn)行分類[7]，從而對鋼中非金屬夾雜物的形貌、成分、大小、數(shù)量及分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評級，同時(shí)也可以對觀察到的鋼中的非金屬夾雜物利用能譜儀進(jìn)行半定量成分分析，確定其類型。

此方法的主要特點(diǎn)是可以對鋼坯、鋼材中的非金屬夾雜物的成分、種類、數(shù)量、大小及分布進(jìn)行分析評級，同時(shí)對于試樣制備要求較低，不需要經(jīng)過特殊的處理方可進(jìn)行檢驗(yàn)分析；雖然此方法可對非金屬夾雜物的形貌和成分進(jìn)行準(zhǔn)確的檢驗(yàn)分析，但同時(shí)也有一定欠缺，該分析方法時(shí)間較長，分析成本較高，同時(shí)對檢驗(yàn)人員的技術(shù)能力要求較高。

5 結(jié)論

1）低倍檢驗(yàn)法能夠快速的檢驗(yàn)鋼中的非金屬夾雜物的數(shù)量及嚴(yán)重程度，及時(shí)反映連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量，便于及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2）金相檢驗(yàn)法是目前最常用的非金屬夾雜物檢驗(yàn)方法，能對經(jīng)過軋制后的鋼材中的非金屬夾雜物的形貌、種類及尺寸作出分析，可以作為判定鋼材質(zhì)量的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3）掃描電鏡檢驗(yàn)法是將形貌分析和成分分析結(jié)合起來的一種方法，可以對鋼中非金屬夾雜物的形貌、成分、種類、大小、數(shù)量及分布進(jìn)行分析評級。