干货分享：钢中非金属夹杂物的危害及定量评级

随着现代工程技术的发展，对钢的综合性能要求也日趋严格，相应地对钢的材质要求越来越高。非金属夹杂物作为独立相存在于钢中，破坏了钢基体的连续性，加大了钢中组织的不均匀性，严重影响了钢的各种性能。
 
例如，非金属夹杂物导致应力集中，引起断裂；夹杂物的数量过多且分布不均匀会明显降低钢的塑性、韧性、焊接性以及耐腐蚀性；钢中呈网状存在的硫化物会造成热脆性。因此，夹杂物的数量和分布被认定是评定钢材质量的一个重要指标，并且被列为优质钢和高级优质钢出厂的常规检测项目之一。
 
01钢中非金属夹杂物来源分类
 
夹杂物的来源：
钢中非金属夹杂物按其形成原因可分为两类：即内生夹杂物和外来夹杂物。
 
钢中非金属夹杂物的分类：
按夹杂物的化学组成可分为：氧化物系夹杂物、硫化物系夹杂物、氮化物系夹杂物、硅酸盐系夹杂物。
 
在生产检验中又根据夹杂物的塑性及分布特性分为：脆性夹杂物、塑性夹杂物、球状不变形夹杂物、半塑性夹杂物等。
 
除此之外，夹杂物还可根据化学稳定性的不同，分为易溶于稀酸，甚至在水中就能分解的不稳定夹杂物和在热的浓酸中才能溶解的稳定夹杂物。或按照钢的类型和成分分类等。
 
02非金属夹杂物对钢产品造成的影响
非金属夹杂物是金属的内部组织产生应力集中及裂纹的根源之一，它们分布在金属的基体组织中，犹如金属中分布了许多强度极低的空隙。当受到外力作用时，随金属的变形流动，这些非金属夹杂所形成的空隙就会被拉长、延伸而形成显微裂纹或裂纹。因此，非金属夹杂物对与断裂过程有关的一系列指标（如塑性、韧性、疲劳性能）带来很大影响。
 
非金属夹杂物的存在对钢及其产品的质量则起着极大的作用。硫化物夹杂造成钢的热脆性。在钢的冷态下，这些夹杂物影响其强度和延展性。某些硬的角状夹杂物明显降低钢材的断面收缩率。
 
非金属夹杂物对钢的抗拉强度影响更大，优良的钢材破断时属塑性断裂，当钢中存在夹杂物聚集或夹杂物沿晶界分布时，其断裂往往起始于这些地方，从而使强度急剧降低。
 
对于外来的粗大夹杂物，其影响也很大，在冷弯或抗拉试验时，试样通常出现折叠、翻皮、断口中出现大量球状颗粒白色夹杂物等缺陷，都是因操作不当导致大量夹杂物残留钢中所致。
 
03非金属夹杂物定量评级
钢中非金属夹杂物的金相检验包括夹杂物类型的定性和定量评级。夹杂物的检验评定可按照GB/T 10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定》来进行。
 
夹杂物评级方法
标准中规定了A法（最恶劣视场评定）和B法（逐个视场评定）两种检验评定方法，规定在100倍放大率下进行观察，评定采用实际面积为0.5mm²、实际视场边长为0.71mm的正方形视场。
 
夹杂物的级别
每个类型夹杂物分为0.5、1、1.5、2、2.5、3共六个等级，级别数字越大，表示夹杂物的数量越多或尺寸越大，即硫化物类、氧化铝类，硅酸盐类夹杂物的长度或串（链）状夹杂物长度是递增的、球状氧化物类夹杂物的数量是递增的、单颗粒球状夹杂物的直径是递增的。在GB/T 10561《钢中非金属夹杂物含量的测定》标准中，对两夹杂物之间的间距也有相关规定，避免对同一视场出现的同类多条夹杂物产生错误评定。
 
碳素钢和合金钢中非金属夹杂物主要有硫化物、氧化物、硅酸盐、氮化物等。这些非金属夹杂物往往是工件失效的主要原因之一。
 
钢中非金属夹杂物含量虽然少，但对钢的性能影响较大，所以必须对它进行定性和定量的检测。根据夹杂物在显微镜下不同的光学特征，可以定性鉴定钢中非金属夹杂物类别，再结合有关标准和相关微区成分分析可以定量评定夹杂物的级别，综合来判定钢的质量，进而找出规律，改进工艺，尽可能减少有害夹杂物的含量，提高产品质量。