初生夾雜物(Primary inclusion)是指脫氧劑加入鋼液中以後，脫氧元素和氧發生化學反應生成不溶於鋼的氧化物，有的脫氧元素也能和硫、氮化合生成硫化物、氮化物。鋼中非金屬夾雜物是鋼中夾帶的各種非金屬物質顆粒的統稱。鋼中含有氧、氮、硫等元素，它們在鋼中的溶解度在高溫卞高，而在室溫下溶解度很低，在鋼冷卻和凝固時析出並同鐵和其它金屬等結合成為各種化合物，稱為非金屬的夾雜物。
基本介紹
- 中文名：初生夾雜物
- 外文名：Primary inclusion
- 學科：冶金工程
- 領域：能源
- 類型：冶煉
- 夾雜物：簡單氧化物、矽酸鹽等
簡介,氧化物夾雜,氧化鋁,矽酸鹽,尖晶石,硫化物夾雜,氮化物夾雜,
簡介
初生夾雜物(Primary inclusion)是指脫氧劑加入鋼液中以後，脫氧元素和氧發生化學反應生成不溶於鋼的氧化物，有的脫氧元素也能和硫、氮化合生成硫化物、氮化物。鋼中非金屬夾雜物是鋼中夾帶的各種非金屬物質顆粒的統稱。鋼中含有氧、氮、硫等元素，它們在鋼中的溶解度在高溫下高，而在室溫下溶解度很低，在鋼冷卻和凝固時析出並同鐵和其它金屬等結合成為各種化合物，稱為非金屬的夾雜物。除此以外，爐渣、耐火材料、泥沙等外來物質也可能混入鋼中形成非金屬夾雜物。早期文獻曾把鋼中非金屬夾雜物稱為“夾渣”，這個名稱容易使人誤解，以為非金屬夾雜物就是混入鋼中的爐渣。通常把各種混入鋼中的物質稱為外來夾雜物，它們的形狀不規則，而將由於內部物理和化學反應產生的夾雜物稱為內生夾雜物，其典型特徵是尺寸較小，數目多，分布均勻。除極少數顆粒細小的夾雜物外，大多數初生夾雜都能從鋼液中浮升出來進入渣中。而當鋼液冷卻和凝固時，由於溶解度下降和氧、硫等的偏析，在凝固過程中又產生氧化物和硫化物等，稱為次生夾雜物。次生夾雜難以從鋼中排除而殘留在樹枝晶間或最後析出於晶粒界上。鋼液脫氧後，繼續接觸到空氣或其他氧化物如耐火材料等，使鋼液重新吸收氧，即發生二次氧化。二次氧化是成品鋼中非金屬夾雜物的重要來源。
鋼中有非金屬夾雜物存在，破壞了金屬基體的連續性，使鋼的品質變壞。在特殊情況下，有的夾雜物有利於鋼的某種性能(如切削性)，但這只是在特殊的條件下。一般說非金屬夾雜物對鋼的力學性能、物理性能和化學性能都有相當大的危害。用通俗的話來說，含夾雜物多的鋼是“髒”的，純淨的鋼所含有的夾雜物很少。然而純淨鋼是一個相對的概念，鋼的潔淨與否和它的用途有關，也和夾雜物的形狀、顆粒大小和可塑性等有關。數量雖少但顆粒較大的夾雜物往往比數量較多但尺寸細小的夾雜物危害更大；形狀不規則的比球形的夾雜物危害大。而對於精密的細小零件，表面上的微小夾雜物也有很大的害處。所以對非金屬夾雜物不僅要研究怎樣減少它的含量，也要研究它的形態和分布。非金屬夾雜物類型，可從不同的觀察角度進行分類。按照化學成分可分為氧化物夾雜、硫化物夾雜和氮化物夾雜；按照夾雜物的塑性可分為范性夾雜、脆性夾雜和不變形夾雜，按照夾雜物尺寸可分為大型夾雜和微型夾雜等。夾雜物的性質和形態均和它的成分有關。
由於非金屬夾雜物對鋼的性能有多方面的影響，而夾雜物的來源是各式各樣的，難以準確判斷，鋼中非金屬夾雜物的研究一直是煉鋼中的重要課題。對鋼中非金屬夾雜物的分析鑑定技術隨著顯徽分析儀器的進步也在不斷地發展。
氧化物夾雜
氧化物是最常見的夾雜，其種類也比較多。通常將氧化物夾雜歸納成以下4類：
(1)簡單氧化物；
(2)矽酸鹽；
(3)尖晶石類夾雜；
(4)鈣鋁酸鹽。
其中具代表性的重要夾雜物有氧化鋁、矽酸鹽、尖晶石和鈣鋁酸鹽。
氧化鋁
鋁脫氧鋼中含鋁量較高，脫氧生成物為Al2O3。Al2O3熔點很高，在煉鋼溫度下為固態，不可能凝並成大的液滴。但Al2O3和鋼的界面張力大，容易和鋼液分離，稱為疏鐵性夾雜物。固態的Al2O3顆粒在界面張力作用下能聚集在一起，在高溫下燒結成珊瑚狀的“簇”。初生的Al2O3夾雜大部分從鋼液內上浮而去除。隨著鋼液溫度降低和凝固，以及鋼液和矽酸鹽耐火材料相互作用，可重新生成Al2O3夾雜，有的Al2O3，晶體附著在矽酸鹽物質上面。Al2O3的礦物名稱為剛玉，硬度很大。Al2O3夾雜是硬面脆的夾雜物，軋鋼時碎裂成帶稜角的小顆粒，能把金屬基體劃傷，產生微裂紋和應力集中，損害鋼的力學性能。
矽酸鹽
矽酸鹽夾雜物種類很多。單相的矽酸鹽如矽敵鐵、矽酸錳由矽、錳脫氧生成，沸騰鋼或半鎮靜銘中可見到這類夾雜。單相的矽酸鹽夾雜一般成為玻璃質，以小球體出現。SiO2夾雜物也可成為玻璃質的小球體。在偏振光下觀察它們時有明顯黑十字出現。有的也可能以礦物形態出現。多種元素脫氧可生成各種複雜矽酸鹽夾雜，它們可能成為玻璃質，也可能成為組合起來的晶體。外來夾雜多為復相矽酸鹽，矽酸鹽因成分各異，其性質差別也很大。玻璃質的矽酸鹽可以在高溫下受玉變形延伸。
尖晶石
尖晶石是一個二價氧化物BO和一個三價氧化物A2O3形成的化合物BO·A2O3。尖晶石為立方晶體，質脆，軋鋼時不變形而被破碎。各種尖晶石可以成為固溶體，也可能沉澱在矽酸鹽夾雜上。
硫化物夾雜
硫化物夾雜種類較少，最主要的是MnS。MnS在鋼液中不能生成，在鋼凝固時由於硫的偏析，硫化物夾雜才析出於樹枝晶間。冷卻速度越快，析出的硫化物顆粒越小，但數目增多。隨著鋼中含氧量的不同，鑄態鋼中硫化物夾雜有3類形態：Ⅰ類硫化物為無規則分布的球狀，顆粒尺寸較大，在含氧量高的沸騰鋼和半鎮靜鋼中可見到，它是在凝固初期與鐵晶體同時析出的。Ⅰ類硫化物為網狀或鏈狀，沿晶界分布，是凝固的最後期生成的。Ⅱ類硫化物是邊、角、面都清晰顯現的塊狀物，無規則分布，出現於過量鋁脫氧的鋼中，是由於凝固過程中硫化物晶體自行發育的結果。
氮化物夾雜
鋼中加入與氮親和力大的元素Al、V、Ti、Zr、Nb等可生成它們的氮化物。氮化物夾雜顆粒較小，形態為方形或多邊形，性脆，壓力加工時不變形口有的氮化物夾雜中還含有碳、硫，不是純的氮化物。
