非金属夹杂物生成的阶段顺序分类方法

第一次产生的夹杂物是炼钢阶段产生的，第二次产生的夹杂物是炉外处理到连铸前产生的，第三次产生的夹杂物是在连铸结晶阶段产生的，第四次产生的夹杂物是在轧制变形处理和热处理阶段，因相变而产生的。即非金属夹杂物的产生和变化存在于炼钢、连铸、轧制（相应于型材—线材轧机）的所有阶段。

炼钢阶段产生的夹杂物又分一次、二次和三次夹杂物。一次夹杂物是炼钢中氧化的产物。氧化是指在一定温度下氧溶解在钢液中的能力。当钢中加入脱氧元素（脱氧剂）时，钢中的溶解氧（O_溶）与脱氧元素发生反应生成夹杂物沉淀出来，O与脱氧元素建立新的平衡。此时钢液中析出的夹杂物为原生夹杂物，它们的尺寸可以与外来夹杂物一样，有的甚至大到几百微米，造成有些脱氧产物不能上浮进入渣层，如铝镇静钢中的Al₂O₃、MgO·Al₂O₃，硅镇静钢中的2MnO·SiO₂，钙处理钢中的CaO·Al₂O₃、CaO·Al₂O₃·X，钛处理钢中的Al₂O₃、TiN、TiO₂。二次夹杂物是指温度降低到钢液凝固前由于溶解度的降低而析出的夹杂物，此类夹杂物通常比较小，尺寸从不足1μm到20μm，但在一次夹杂物上析出或相互聚合在一起的夹杂物尺寸较大。三次夹杂物是钢在凝固过程中产生的。钢液凝固期间，由于元素的偏析作用，当溶质在凝固钢中的溶解度低于钢液时，即溶质的分配系数k=C_s/C_l小于1时，残存的钢液中将发生溶解氧和脱氧元素的正偏析。正偏析导致溶度积超常，小颗粒夹杂物会在残存钢液中析出或在悬浮的夹杂物上生长。钢液凝固期间，温度下降，溶质在熔体中进一步富集并降低了溶度积，其他更小尺寸的夹杂物也有可能析出或在熔体中生长。凝固过程中在凝固前沿会形成硫化物或氧化物，夹杂物细小，分布在树枝晶间。为了区分夹杂物的最后两个来源，研究人员把它们列为三次夹杂物，三次夹杂物基本残存在钢中。

对于用Al脱氧的钢液，由于极大部分的溶解氧在糊状区（固态与液态共存区）形成时已耗尽，因此形成的三次夹杂物可不予考虑。但对于用Mn和Si脱氧的钢液，均会形成二次和三次夹杂物。

二次夹杂物可以在一次夹杂物上生长，三次夹杂物可以在二次夹杂物上生长，因此对这些夹杂物而言就不需要有形核。有时很难辨别细小的二次夹杂物与三次夹杂物，某些情况下需通过仔细研究夹杂物的形态和化学成分来对它们作出确认。然而，在悬浮的小尺寸一次夹杂物上析出的二次夹杂物常常是很难分类，而且留在糊状区的细小二次夹杂物也很难与三次夹杂物区分。加入强脱氧剂数量越多，二次、三次脱氧产物就越少。另外，炼钢阶段产生的夹杂物，因不同钢种所含的合金元素不同，夹杂物也有很大的变化。这种分类方法以前在金相检验和评级中并不经常采用，但随着扫描电镜及X射线能谱仪在冶金企业和科研院所的广泛应用，对非金属夹杂物进行定性和定量分析研究已经成为改进冶炼、连铸工艺的重要分析方法，因此这种分类方法已被广泛采用。(www.xing528.com)

炼钢有两个基本术语，即氧化和二次氧化。在上述一次、二次和三次夹杂物分析中，还有一个重要因素，即二次氧化。二次氧化是指钢液中的合金元素与空气中的氧、炉渣和耐火材料中的氧化物发生化学反应，生成新的污染钢液的氧化物。浇注过程中的二次氧化源包括：注流与空气接触吸氧、注流卷入空气吸氧、钢液裸露吸氧。钢液与炉渣、钢包顶渣、中间包覆盖剂也会发生二次氧化。钢液与耐火材料的二次氧化还包括钢液与中间包衬和浸入式水口的反应。

在冶金生产过程中，耐火材料对钢液质量，包括对钢液洁净度、夹杂物种类和数量、钢种成分控制等方面有着重要影响。以前对于冶金过程的研究偏重于钢液—渣之间的反应，而实际上炉渣、钢液、耐火材料是一个有着多项反应的三维体系。不仅耐火材料和炉渣对钢液有影响，耐火材料通过与钢液作用生成夹杂物，从而改变炉渣成分，再进而影响钢液，也是多相反应的一种方式。耐火材料对钢液质量产生影响的过程，也是耐火材料本身受化学侵蚀、机械碰撞及热应力作用的过程。

在上述几种分类方法中，第一种，依据《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》标准图谱，按照夹杂物的形态和分布进行检验和分类，是冶金企业和使用钢材的制造企业双方都遵守的、具有法律效力的准则。其他几种分类方法因目的、加工、用途的不同而各取所需，比如轮胎钢帘线作为橡胶轮胎的骨架材料，要求其具有动态弹性率大、强度高、拉伸蠕变小、尺寸稳定性好以及弯曲刚度高等特点。钢帘线的单丝直径一般为0.15～0.38mm，冷拔和捻股过程中发生断丝的主要原因是钢中存在硬而不变形的脆性夹杂物。在成品钢帘线的动态疲劳性能试验或在轮胎的实际应用中，即便是细小的脆性夹杂物颗粒也能导致早期断裂。非金属夹杂物除影响帘线钢盘条的强度外，钢丝在拉拔和捻股过程中还容易断丝，给生产带来很大的损失，应用效果也差。生产高碳钢丝，如在生产钢帘线的过程中，要将ϕ5.5mm盘条拉成ϕ0.15mm的细丝，线材长度增至原来的1345倍，截面积缩至0.07%，接近拉拔工艺的极限，最后还要经高速双捻机合股成绳，因此钢丝中只要存在一个大颗粒夹杂物就会断线，特别是高强度导致硬度提高，对钢丝影响更大。帘线钢对钢中的非金属夹杂物有着特别严格的要求，对母材有严格的检验标准。因此，通常采用炼钢炉外精炼工艺等措施控制非金属夹杂物。帘线钢对钢的纯净度和夹杂物尺寸、形态、组织、表面质量等都有极高的要求，开发生产难度极大，是真正的全过程精品，素有“钢材皇冠上的明珠”之称。用第三种非金属夹杂物尺寸分类就显得非常重要，主要是要求钢中夹杂物总量相对较少，A类硫化物和C类硅酸盐，这两类夹杂物能变形，对拉拔影响不大；B类、D类夹杂物均为0.5级，且B类夹杂物数量应极少；C类硅酸盐夹杂物最大尺寸应为5μm，如有尺寸大于13μm的DS类大颗粒夹杂物，即使在钢中呈偶然性分布，也会产生断头。所以，非金属夹杂物的控制和去除直接影响到帘线钢的成品质量和工效。如果是研究非金属夹杂物在冶炼、连铸、轧制、拉拔的形状和变性规律，用按照夹杂物生成的阶段顺序分类就是一种有效的分类方法。而研究钢的疲劳断裂问题用按夹杂物的脆塑性分类就比较合适。