钢中非金属夹杂物的分类与鉴定主要有哪些？

钢中非金属夹杂物按化学成分详细分类见图1，主要分为三大类。

图1 钢中非金属夹按照化学成分分类图

2.1 氧化物系夹杂

简单氧化物有FeO、Fe₂O₃、MnO、SiO₂、Al₂O₃、MgO和Cu₂O等。在铸钢中，当用硅铁或铝进行脱氧时，夹杂比较常见。在钢中常常以球形聚集呈颗粒状成串分布。复杂氧化物，包括尖晶石类夹杂物和各种钙的铝酸盐等以及钙的铝酸盐（图2）。硅酸盐夹杂也属于复杂氧化物夹杂，这类夹杂物有2FeO·SiO₂(铁硅酸盐)、2MnO·SiO₂(锰硅酸盐)和CaO·SiO₂(钙硅盐）等（图3）。这类夹杂物在钢的凝固过程中，由于冷却速度较快，某些液态的硅酸盐来不及结晶，其全部或部分以玻璃态的形式保存于钢中。

2.2 硫化物系夹杂

主要是FeS、MnS和CaS等。由于低熔点的FeS易形成热脆，所以一般均要求钢中要含有一定量的锰，使硫与锰形成熔点较高的MnS而消除FeS的危害。因此钢中硫化物夹杂主要是MnS。

铸态钢中硫化物夹杂的形态通常分为3类：

①形态为球形，这种夹杂物通常出现在用硅铁脱氧不完全的钢中；

②在光学显微镜下观察呈链状的极细的针状夹杂；

③呈块状，外形不规则，在过量铝脱氧时出现。

2.3 氮化物夹杂

当钢中加入与氮亲和力较大的元素时形成AlN、TiN、ZrN和VN等氮化物。在出钢和浇铸过程中钢液与空气接触，氮化物的数量显著增加。

（2）塑性夹杂物

热变形时该类夹杂物具有良好范性，沿变形方向延伸成条带状。属于这类的有硫化物及含SiO₂含量较低（40%~60%）的铁锰硅酸盐。

（3）球状不变性夹杂

铸态呈球状，热加工后保持球状不变，如SiO₂及含SiO₂较高（>70%）的硅酸盐。

（4）半塑性夹杂物 

指各种复相的铝硅酸盐夹杂。基体铝硅酸盐有塑性，热加工时将产生塑性变形，但是其中包含着的析出相，如氧化铝等是脆性的，加工时仍保持原状或只是拉开距离。

早期主要用光学显微镜配合X射线结构分析和化学成分分析，积累了宝贵的经验和丰富的资料。近年来，采用电子探针对夹杂物进行微区成分分析日益增多。目前鉴定夹杂物的大致方法有以下两种。

4.1 金相法与微区域成分分析结合

在金相观察中选出待定夹杂物后，用电子探险针（EPMA）进行微区成分分析或者应用扫描电镜（SEM）自带能谱分析（EDS）进行成分分析。通常可以测定尺寸大于1μm的夹杂物的组成元素和大致成分，如果采用个别元素的面扫描还可以得到更为直观的结果。图4是使用扫描电镜对Q460钢中的一颗夹杂物进行的面分析图谱，依次进行硫、锰、硅和铁四种元素的面扫描，从扫描结果可以推断出，明场观察中夹杂物为MnS、SiO₂和FeS，通过能谱仪（EDS）对其进行成分分析，还可直接得到各元素的质量分数。

4.2 光学金相法

在光学显微镜下利用明视场观察夹杂物的颜色、形态、大小和分布；在暗场下观察夹杂物的固有色彩和透明度；在正交偏振光下观察夹杂物的各种光学性质，从而判断夹杂物类型。根据夹杂物的分布情况及数量评定相应的级别，评判其对钢材性能的影响。目前检验和研究钢中非金属夹杂物的方法很多，有化学法、岩相法、金相法、电子探针和电子扫描法等。

金相法鉴定夹杂物是根据夹杂物的形貌、分布及其在明场、暗场和偏光下的光学特征（表1），与已知的夹杂物特征对照以确定其类型。必要时可以测定夹杂物的显微硬度或经受化学试剂腐蚀的能力。非金属夹杂物的金相法鉴定步骤见表2。

5、非金属夹杂物的质量评级

5.1 国标评级

定量测定是优质钢以及高级优质钢的常规检测项目之一。夹杂物类型已知的条件下，采用标准等级比较法，以判定钢材质量的优劣或是否合格。夹杂物的评级可以根据GB/T10561—2005标准进行。试样经过仔细抛光，夹杂物应保存完好，不经侵蚀在放大100倍显微镜下观察。把试样上夹杂物最严重的视场与标准级别图片比较来评定其等级。GB/T10561—2005标准列出三类夹杂物的级别图。氧化物为一类，硫化物又按照夹杂物最严重的粗细分为两个系列，每一个系列分5级，级别越高，表示夹杂物含量越多。评级时若不能评成整数，可以采用半级。作为重要零件用的合金结构钢或工具钢，应根据零件的要求定出非金属夹杂物的合格级别，对于合金结构钢，一般最高级别不得超过氧化物及硫化物各3级，两者之和为5.5级。

高碳铬轴承钢则按照GB/T18254—2016标准进行分类及评级。按GB/T 10561—2005中的A法进行评级,其检验结果应符合下列规定:

a) 对于A类、B类、C类、D类的非金属类夹杂物，模注钢所有试样三分之二和每个钢锭至少有一个试样以及所有试样的平均值应不超过表3规定；连铸钢所有试样三分之二和所有试样的平均值应不超过表3规定;

b)对于DS类的非金属夹杂物，其最大值应不超过表3的规定;

c) 对于氮化钛:牌号G8Cr15、GCr15钢材应按形貌分别并人B类、D类、DS类评级,其他牌号的钢材由供需双方协商评级。