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夹杂物对质量的影响及控制技术

夹杂物概念及分类

内生夹杂物

钢在冶炼过程中，脱氧反应会产生氧化物等产物，若这些产物在钢液凝固前未浮出，将留在钢

中；

Mn+FeO→Fe+MnO

Si+2FeO→SiO+2Fe

2

2Al+3FeO→3Fe+AlO

23

Ti+2FeO→2Fe+TiO

2

溶解在钢液中的氧、硫、氮等杂质元素在降温和凝固时，或固溶体中析出，最后留在钢锭中。

内生夹杂物分布比较均匀，颗粒也较小，正确的操作和合理的工艺措施可以减少其数量和改变

其成分、大小和分布情况，不过一般是不可避免的。

2

外来夹杂物

钢在冶炼和浇注过程中悬浮在钢液表面的炉渣、或由炼钢炉、出钢槽和钢包等内壁剥落的耐

火材料或其他夹杂物在钢液凝固前未及时清除而留于钢中。它是金属在熔炼过程中与外界物质

接触发生作用产生的夹杂物。

这类夹杂物一般特性是外形不规则，尺寸比较大，也无规律，又称为粗夹杂。这类夹杂物通

过正确的操作是可以避免的。

按化学成分分类

按变形能力分类

按形态与分布分类

A类（硫化物类）：具有高的延展性，有较宽范围形态比的单个灰色夹杂物，一般端部呈圆角。

B类（氧化铝类）：大多数没有变形，带角，形态比小（一般＜3），黑色或带蓝色的颗粒，沿

轧制方向排成一行，至少有3个颗粒。

C类（硅酸盐类）：具有高的延展性，有较宽范围形态比（一般≥3）的单个黑色或深灰色夹杂

物，一般端部呈锐角。

D类（球状氧化物类）：不变形，带角或圆形的，形态比小（一般＜3），黑色或带蓝色的，无

规则分布的颗粒。

Ds类（单颗粒球状类）：圆形或近似圆形，直径≥13μm的胆颗粒夹杂物。

物对钢性能的影响

对使用性能的影响

、疲劳性能↓

2、冲击韧性↓塑性↓

3、耐腐蚀性↓

对于尺寸小于10μm的夹杂物促进组织形核，焊接时组织晶粒长大。

（1）由于加入Nb、V、Ti等合金元素，在连铸、加热过程中都会析出，形核C、N化合物（一种

微型夹杂物）

（2）钙化处理的硫化物、硅酸盐类以及细小的氧化亚铁

可以细化晶核。有利于钢板的韧性、塑性以及强度

当非金属夹杂物尺寸大于50μm时，降低了钢的塑性、韧性和疲劳寿命，使钢的冷热加工性能

乃至某些物理性能变坏。一般我们钢水中夹杂物尺寸都为大于50μm。大型夹杂物不利用钢板韧

性、塑性以及强度指标。除了这些性能外，还有降低抗酸性能、疲劳性能、表面光洁度以及焊

接性能。

对工艺性能的影响

1、对锻造和冷加工、淬火加热和焊接过程易开裂。

2、轧制后表面质量以及磨削后零件表面粗糙度降低。

对钢板强度、延伸的影响

当夹杂物颗粒比较大（＞10μm），特别是夹杂物含量较低时。明显降低钢的屈服强度，且同时

降低钢的抗拉强度；当夹杂物颗粒小到一定尺寸（＜10μｍ）时，钢的屈服强度和抗拉强度都将

提高。当钢中弥散的小颗粒的夹杂物数量增加时。钢的屈服强度和抗拉强度都有所提高，但延

伸率有很小的下降。

对疲劳性能的影响

一般认为夹杂物是钢疲劳破坏的起源。结合力弱、尺寸大的脆性夹杂物和球状不变形夹杂物对

疲劳性能影响大，而且强度越高，危害性越大，如图1所示。对于高强钢，如果构件表面加工状

态良好，裂纹萌生于夹杂物成为主要的疲劳开裂方式。小尺寸的夹杂物可能对裂纹形核影响不

大，但是有利于疲劳裂纹扩展。图2为小夹杂物周围的空洞形成和生长示意图，认为韧窝和小于

0.5mm的夹杂物有关。

图1同一应力水平下的夹杂物尺寸与疲劳寿命

图2不相邻夹杂物间微空洞形成示意图

失效实例：

某装备电机弹性轴运行一段时间后断裂，图3为断口宏观形貌，从断口表面宏观疲劳条纹的指向

及放射状条纹的走向可以看出，裂纹起始于弹性轴表面，且与轴表面一条纵向条纹相对应。由

于裂纹起始部位断口表面磨损严重，原始断裂表面的形态特征不清晰。经对运行一段时间未断

裂的弹性轴进行宏观和微观观察，如图4所示，弹性轴表面存在不同

向裂纹，裂纹发生部位伴有非金属夹杂物，能谱分析结果表明，裂纹中的非金属夹杂物

为铝的氧化物。电机弹性轴球状氧化物类夹杂物及单颗粒球状类夹杂物为级。引起弹性轴过

早断裂的主要原因为交变应力作用下，以夹杂物为核心形成疲劳源而发生的疲劳断裂。

图3断裂电机弹性