随着现代工业技术的发展，对钢的质量和综合性能要求越来越高。影响钢材性能的因素是多方面的，往往涉及到炼钢、轧钢和热处理等多道工序，而钢中非金属夹杂物的存在是影响钢材性能的一个重要因素，有时甚至是决定性因素。钢中非金属夹杂物的研究一直是炼钢连铸生产中的重要课题，夹杂物分析是评定钢材质量的一个重要指标，并且被列为优质钢出厂常规检验项目之一。

1、试验材料和方法

1.1 试验材料

试验材料主要包括低中碳钢、低中碳合金钢、低碳微合金化高强钢等。生产工艺为：电炉炼钢→炉外精炼→真空处理→连铸→热轧。夹杂物来源有内生夹杂物和外来夹杂物。内生夹杂物是指钢在在冶炼、浇注和凝固过程中，钢液脱氧生成的反应产物或钢凝固过程中产生的化合物，遍布在金属中并以一种有联系的可预测的方式分布着。内生夹杂物主要来自炼钢脱氧后在浇注和凝固过程中所形成的夹杂物颗粒，这些颗粒没有来得及上浮到钢液的自由表面而滞留在钢中。内生夹杂物一般为简单氧化物、复杂氧化物、硫化物、硅酸盐、氮化物等。在钢中有时单独存在，有时两种或多种复合存在，内生夹杂物是不可避免的。外来夹杂物是由原材料、炉渣、耐火材料等引起的，由于出钢时钢液混渣，炉衬、中间包等耐火材料的侵蚀、冲刷剥离等形成。其特点是外形不规则、尺寸比较大，其分布是不均匀和不可预测的，这类夹杂物通过正确的操作是可以避免的。

1.2 试验方法

国内钢厂大多按GB/T 10561—2005标准进行夹杂物检验，传统类夹杂物按形态和成分可划分为5种类型。非传统类夹杂物包括钙处理、稀土处理等形成的夹杂物，沉淀相类尺寸较大的氮化物、碳氮化物、硼化物等。非传统类夹杂物和沉淀相类可根据其形态与上述5类夹杂物比较评级，并注明其化学特征。GB/T 10561—2005规定外来夹杂物不参与评级，单独记录。按GB/T 13298—2015中的相关规定，在产品规定部位取样，磨抛样品纵截面，以备观察。

1.3 试验设备

采用光学显微镜进行样品夹杂物金相分析。采用扫描电镜和能谱仪对样品中各种非金属夹杂物、沉淀相等进行高倍形貌观察及夹杂物成分能谱分析。

2、试验结果

2.1 钢中内生夹杂物

硫化物类夹杂物在铸态和轧态等热加工状态下形貌不同，铸态钢坯上的夹杂物呈现3种形貌特征：Ⅰ型球状、Ⅱ型枝晶状、Ⅲ型颗粒状，有时沿晶分布，而在热加工状态下呈条状。

取试样的铸态断口，观察硫化物夹杂物形貌，可见铸态断口上硫化物呈现球状、枝晶状和颗粒状3种形貌特征，如图1所示。

图1 连铸坯断口上不同铸态硫化物夹杂微观形貌及Ⅰ型铸态硫化物的EDS谱

热加工(热轧、热锻)状态下硫化物类夹杂物呈细条状，在显微镜下的光学特征是浅灰色，具有高的延展性。能谱分析硫化物的化学组成主要是MnS，如果锰被一部分铁所置换，则形成(MnFe)S，其光学特征是深灰色，A类硫化物形貌和成分能谱定性分析结果见图2。

图2 细条状硫化物夹杂物的微观形貌及EDS谱

2.2 钢中外来夹杂物

钢中外来夹杂物主要包括来自各种耐火材料、中包覆盖剂、结晶器保护渣等的夹杂物。

在夹杂物分析过程中，有时会在B类夹杂物中掺杂着较大尺寸的块状或颗粒物，能谱定性分析这些块状或颗粒物的成分为镁铝尖晶石，这是混入钢中的耐火材料，见图12。

图12 铝镁尖晶石夹杂物微观形貌及EDS谱

3、分析与讨论

钢中内生夹杂物的来源与炼钢、连铸等工艺过程密切相关，同时也受设备、操作、工艺、管理等因素的影响，因此必须严格控制工艺和操作，才能找到提高钢材质量的对策。

钢中硫化物夹杂最主要的是硫化锰。硫化锰在钢液中不能生成，在钢凝固时由于硫和锰的偏析，硫化物夹杂才析出于树枝晶间。硫化物按其脱氧方法不同，在铸态下呈现3种形貌特征：Ⅰ型球状(硅锰脱氧、含氧高，随机分布)、Ⅱ型枝晶状(用铝脱氧、含硫高，沿晶分布)、Ⅲ型颗粒状(过量铝脱氧，随机分布)，冷却速度越快,析出的硫化物颗粒越小，但数量增多。硫化物是一种塑性夹杂物，沿轧制变形方向呈细条状分布。

4、结束语

非金属夹杂物的性质、形态、分布、尺寸及含量不同，对钢性能的影响也不同。所以提高钢材质量，生产出洁净钢，或控制非金属夹杂物性质和形态，是冶炼和铸造过程中的一个艰巨任务。钢中存在的内生和外来夹杂物对钢的性能均有不利影响，其破坏了钢基体的均匀性、连续性，易造成应力集中，促进裂纹的产生，并在一定条件下加速裂纹扩展，降低使用寿命。钢中存在少量非金属夹杂物是不可避免的，新钢种的研制、新工艺的实施也可能造成新的非金属夹杂物的产生。