物理测试小讲堂——钢中非金属夹杂物的金相检验

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。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。

正确判断和鉴定非金属夹杂物在金相法检验中十分重要，首先是在金相显微镜下进行，利用明视场观察夹杂物的颜色、形态、大小和分布；在暗视场下观察夹杂物的固有色彩和透明度；在偏振光正交下观察夹杂物的各种光学性质。

主要有硫化铁（FeS）和硫化锰（MnS），以及它们的共晶体等。在钢材中，硫化物常沿钢材伸长方向被拉长呈长条状或者纺锤形，塑韧性较好。其硫化物系夹杂物的光学特性如表1：

表1   硫化物分布及在光学显微镜下的特征

常见氧化物有氧化亚铁（FeO）、氧化亚锰（MnO）、氧化铬（Cr₂O₃）、氧化铝（Al₂O₃）等。压力加工后，它们往往沿钢材延伸方向呈不规则的点状或细小碎块状聚集成带状分布。其氧化物系夹杂物的光学特性如表2：

表2   氧化物分布及在光学显微镜下的特征

来源于炼钢时加入Si-Ca脱氧剂或者与耐火砖发生作用。常见的硅酸盐夹杂物有铁橄榄石（2FeO·SiO₂）、锰橄榄石（2MnO·SiO₂）、复合铁锰硅酸盐（nFe·mMnO·p SiO₂）以及硅酸铝（3Al₂O₃·2 SiO₂）等。其硅酸盐类夹杂物的光学特性如表3：

表3   硅酸盐分布及在光学显微镜下的特征

主要有氮化钛（TiN）、氮化钒（VN）、氮化铝（ALN），常见为三角形、正方形、矩形、梯形等形态，其氮化物系夹杂物的光学特性如表4：

表4  氮化物分布及在光学显微镜下的特征

GB/T10561-2005《钢中非金属夹杂物含量的测定   标准评级图显微检验法》

该标准将夹杂物分为常见的夹杂物、非传统夹杂物以及沉淀相类三种，并将常见的夹杂物分成A、B、C、D、DS五种类型，具体情况见表5：

表5  非金属夹杂物形态特征

标准规定了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的视场，实际视场直径为0.8mm的圆形视场或边长为0.71mm的正方形视场。

每个类型夹杂物分为0.5、1、1.5、2、2.5、3共六个等级，级别的数字越大，表示夹杂物的数量越多或尺寸越大，即A、B、C类夹杂物的长度或串（链）状夹杂物长度是递增的、D类夹杂物的数量是递增的、DS类夹杂物的直径是递增的。详细情况见表6：

表6  非金属夹杂物的6个等级

钢中非金属夹杂物含量虽然微小，但对钢的性能影响极大，研究和检测成为钢的生产和使用者重要工作之一，通过夹杂物在显微镜下的特征，研究和检测夹杂物是科研工作者主要研究方法。正确认识夹杂物的来源、成分、形态、危害原理、分布和显微特征，就会在研究过程中起到事半功倍的效果。