大型钢锭中的非金属夹杂物

非金属夹杂物主要是指原材料带来的硫化物、氧化物和硅酸盐等。通常经过加热、冷却热处理后仍不能消失。其形成：在冶炼浇注过程中由化学反应形成的夹杂物及在金属熔炼和浇注时耐火材料或沙子等外来夹杂物落入钢锭而形成。

二次炼钢技术的充分使用已使重要的大型锻件用钢的纯净度产生了飞跃的进步。与之相应的铸锭技术和措施也已取得了较大的发展和广泛地应用。这些成就解决了重要大锻件用大型钢锭中的气体.夹杂物和偏析问题。它代表了当代大型锻件的质量水平。

然而，由于二次炼钢技术与铸锭技术的高成本的限制,不可能全部覆薑普通大锻件的生产中。再者,制造厂家力图用简单、恰当地工艺方法生产出符合技术要求的大锻件,这样在普通大锻件生产中,对上述影响锻件质量的问题,仍具有普遍意义。

关于钢中夹杂物的生成和去除以及它在锻压、热处理过程中的变化,对锻件性能的影响等问题;已经在***节中进行了讨论，这里着重讨论钢锭中的夹杂物。

钢液经过出钢注入钢包中以及随后浇注到钢锭模中,其中非金属夹杂物根据斯托克斯定律不断的上浮。但是，由于出钢和浇往时钢液的搅动,对耐火材料的浸蚀和钢液的二次氧化过程，钢液中夹杂物又不断增加。实际上钢液中非金属夹杂物的变化不大。

因之要求钢液在钢包中必须有足够长的静置时间，以促使较大尺寸的夹杂物上浮，对减少夹杂物是有利的。

氧化铝夹杂和一部分硅酸盐类夹杂在钢液凝固以前,是以固体颗粒的形式悬浮于钢液中。而硫化物夹杂和一部分硅酸盐夹杂是在钢液的凝固过程中不断析出的。凝固中由于钢锭模壁冷却产生搅动等的影响,恳浮于钢液中的氧化物等难熔夹杂物在钢锭中的分布是不均匀的。而硫化物夹杂则主要决定于偏析过程,在正偏析区富集更多的硫化物,越向钢锭中心和越接近冒口,硫化物夹杂的含量越高。说明了SiO2和Al2O3在钢锭中分布的情况。

上述是夹杂物在钢锭中的一般情况。而目前在普通大锻件筒类锻件用大型钢锭的生产中，时而发现有粗大、密集的夹杂物。其大小往往达到几毫米,现在它完全可以用超声波探伤的方法检测出来。

粗大的夹杂物具有***大的危害性。根据断裂力学的概念,当夹杂物的尺寸超过某-临界尺寸时,作为现成裂缝可能在应力作用下,使锻件疲劳断裂。较小的夹杂物单个存在时，危害性不大。但是当成链状或团状的密集状态时,则危害性大大增加。所以,在大锻件技术标准中,对粗大夹杂物和密集夹杂物都作了严格的限制。

这些租大的夹杂物主要是氧化物类夹杂,其成分除含有大量的SiO2和Al2O以及MnO、FeO以外,还发现有CaO和MgO.后者的存在,证明了这些夹杂物是耐火材料被浸蚀而混入钢液的结果。

资料研究分析了大气浇注的39个45.7t到87t钢锭的30CrMoV钢中的三种粗大堆积夹杂物:粘连片状夹杂堆聚粗颗粒夹杂和大块硅酸盐夹杂。它们的存在是引起锻件探伤致废的主要原因。

粘连片状夹 杂,其组成是以铝的氧化物为主，含有- -些SiO2和MnO,可见到硅酸盐颗粒与铝酸盐颗粒粘连混杂.Al2O,是脱氧过程以固态直接从钢液中绪晶出来。当它上浮时和由钢液氧化形成的硅酸盐薄膜在表面相结合,受钢流搅动而又推入钢内，在钢液中形成粘连片状。锻件检验中可发现不同程度的缺陷。

堆聚颗粒夹杂:其组成是Al2O2为主的夹杂物,形态呈规则的楼角形结晶。另外有高透明的玻璃质,它是含有SiO2的硅酸盐。其中CaO、Na2O的含量也较多。它是在高温钢液流动性良好的条件下产生的,故以颗粒状存在于钢中。探伤发现当量尺寸约在B2~4mm范围内。

大块硅酸盐夹杂:其组成含有CaO20%~40%、较多的Na2O、较少的Al2Os、SiO2和MaO,表明大块硅酸盐来自飘浮在钢從模钢液表面的渣液,锻件探伤可发现不同程度的缺陷。

这些粗大夹杂物的堆聚,尤其在钢锭水口端的堆聚,除了结晶下沉或级凝富檠是凝固过程中的普遍规律,此外还有钢流或下落的硬壳将夹杂物带入底部所形成。

资料[104]认为铸锭工艺的改善是防止形成钢中粗大夹杂物的关键,如:防止钢液的二次氧化措施;研究改变粉渣的组成、加入方法;冒口发热剂的选择与应用;防止表面浮渣混入等。