大型鋼錠中的非金屬夾雜物

非金屬夾雜物主要是指原材料帶來的硫化物、氧化物和硅酸鹽等。通常經過加熱、冷卻熱處理后仍不能消失。其形成：在冶煉澆注過程中由化學反應形成的夾雜物及在金屬熔煉和澆注時耐火材料或沙子等外來夾雜物落入鋼錠而形成。

二次煉鋼技術的充分使用已使重要的大型鍛件用鋼的純凈度產生了飛躍的進步。與之相應的鑄錠技術和措施也已取得了較大的發展和廣泛地應用。這些成就解決了重要大鍛件用大型鋼錠中的氣體.夾雜物和偏析問題。它代表了當代大型鍛件的質量水平。

然而，由于二次煉鋼技術與鑄錠技術的高成本的限制,不可能全部覆薑普通大鍛件的生產中。再者,制造廠家力圖用簡單、恰當地工藝方法生產出符合技術要求的大鍛件,這樣在普通大鍛件生產中,對上述影響鍛件質量的問題,仍具有普遍意義。

關于鋼中夾雜物的生成和去除以及它在鍛壓、熱處理過程中的變化,對鍛件性能的影響等問題;已經在***節中進行了討論，這里著重討論鋼錠中的夾雜物。

鋼液經過出鋼注入鋼包中以及隨后澆注到鋼錠模中,其中非金屬夾雜物根據斯托克斯定律不斷的上浮。但是，由于出鋼和澆往時鋼液的攪動,對耐火材料的浸蝕和鋼液的二次氧化過程，鋼液中夾雜物又不斷增加。實際上鋼液中非金屬夾雜物的變化不大。

因之要求鋼液在鋼包中必須有足夠長的靜置時間，以促使較大尺寸的夾雜物上浮，對減少夾雜物是有利的。

氧化鋁夾雜和一部分硅酸鹽類夾雜在鋼液凝固以前,是以固體顆粒的形式懸浮于鋼液中。而硫化物夾雜和一部分硅酸鹽夾雜是在鋼液的凝固過程中不斷析出的。凝固中由于鋼錠模壁冷卻產生攪動等的影響,懇浮于鋼液中的氧化物等難熔夾雜物在鋼錠中的分布是不均勻的。而硫化物夾雜則主要決定于偏析過程,在正偏析區富集更多的硫化物,越向鋼錠中心和越接近冒口,硫化物夾雜的含量越高。說明了SiO2和Al2O3在鋼錠中分布的情況。

上述是夾雜物在鋼錠中的一般情況。而目前在普通大鍛件筒類鍛件用大型鋼錠的生產中，時而發現有粗大、密集的夾雜物。其大小往往達到幾毫米,現在它完全可以用超聲波探傷的方法檢測出來。

粗大的夾雜物具有***大的危害性。根據斷裂力學的概念,當夾雜物的尺寸超過某-臨界尺寸時,作為現成裂縫可能在應力作用下,使鍛件疲勞斷裂。較小的夾雜物單個存在時，危害性不大。但是當成鏈狀或團狀的密集狀態時,則危害性大大增加。所以,在大鍛件技術標準中,對粗大夾雜物和密集夾雜物都作了嚴格的限制。

這些租大的夾雜物主要是氧化物類夾雜,其成分除含有大量的SiO2和Al2O以及MnO、FeO以外,還發現有CaO和MgO.后者的存在,證明了這些夾雜物是耐火材料被浸蝕而混入鋼液的結果。

資料研究分析了大氣澆注的39個45.7t到87t鋼錠的30CrMoV鋼中的三種粗大堆積夾雜物:粘連片狀夾雜堆聚粗顆粒夾雜和大塊硅酸鹽夾雜。它們的存在是引起鍛件探傷致廢的主要原因。

粘連片狀夾 雜,其組成是以鋁的氧化物為主，含有- -些SiO2和MnO,可見到硅酸鹽顆粒與鋁酸鹽顆粒粘連混雜.Al2O,是脫氧過程以固態直接從鋼液中緒晶出來。當它上浮時和由鋼液氧化形成的硅酸鹽薄膜在表面相結合,受鋼流攪動而又推入鋼內，在鋼液中形成粘連片狀。鍛件檢驗中可發現不同程度的缺陷。

堆聚顆粒夾雜:其組成是Al2O2為主的夾雜物,形態呈規則的樓角形結晶。另外有高透明的玻璃質,它是含有SiO2的硅酸鹽。其中CaO、Na2O的含量也較多。它是在高溫鋼液流動性良好的條件下產生的,故以顆粒狀存在于鋼中。探傷發現當量尺寸約在B2~4mm范圍內。

大塊硅酸鹽夾雜:其組成含有CaO20%~40%、較多的Na2O、較少的Al2Os、SiO2和MaO,表明大塊硅酸鹽來自飄浮在鋼從模鋼液表面的渣液,鍛件探傷可發現不同程度的缺陷。

這些粗大夾雜物的堆聚,尤其在鋼錠水口端的堆聚,除了結晶下沉或級凝富檠是凝固過程中的普遍規律,此外還有鋼流或下落的硬殼將夾雜物帶入底部所形成。

資料[104]認為鑄錠工藝的改善是防止形成鋼中粗大夾雜物的關鍵,如:防止鋼液的二次氧化措施;研究改變粉渣的組成、加入方法;冒口發熱劑的選擇與應用;防止表面浮渣混入等。