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鋼材成分的嚴重不均勻。這種現象不僅包括常見的元素(如碳、錳、硅、硫、磷)分布的不均勻性,還包括氣體和非金屬夾雜分布的不均勻性。
偏析產生的原因是鋼水在凝固過程中,由于選分結晶造成的。首先結晶出來的晶核純度較高,雜質遺留在后結晶的鋼水中。因此,結晶前沿的鋼水為碳、硫、磷等雜質富集。隨著溫度降低,雜質凝固在樹枝晶間,或形成不同程度的偏析帶。此外,隨著溫度降低,氣體在鋼水中溶解度下降,在結晶前沿析出并形成氣泡上浮,富集雜質的鋼水沿上山軌跡形成條狀偏析帶。由于偏析在鋼錠上出現部位不同和在低倍試片上表現出形式各異,偏析可分為方形偏析、“V”、“^”形偏析、點狀偏析、中心偏析和晶間偏析等。
另外,脫氧合金化工藝操作不當,可以造成嚴重的成分不均。保護渣卷入到鋼水中造成局部增碳。這些因素使鋼材產生偏析的程度往往超過由于選分結晶造成的偏析。
偏析影響鋼材的力學性能和耐蝕性能。嚴重偏析可能造成鋼材脆斷,冷加工時還會損壞機械,故超過允許級別的偏析是不允許存在的。
偏析程度往往與錠型、鋼種、冶煉操作和澆鑄條件有關。合金元素、雜質和氣體的偏析,隨澆鑄溫度升高和澆鑄速度加快,偏析程度愈嚴重。連鑄鋼采用電磁攪拌可以減輕偏析程度。另外,增加鋼水潔凈度是減輕偏析的重要措施。
非金屬夾雜
鋼中含有與基體金屬成分不同的非金屬物質。它破壞了金屬基體的連續性和各向同性性能。
按非金屬夾雜的來源可分為內生夾雜、外來夾雜及兩者混合物。
(1)內生夾雜是由脫氧和結晶時進行的各種物理化學反應形成的,主要是鋼中氧、硫、氮同其他成分間的反應產物,如Al2O3等。內生夾雜的特點是顆粒小,在鋼內分布均勻,它與脫氧方法和化學成分有密切關系。
(2) 外來夾雜是指鋼中混入耐火材料、爐渣、鋼包渣和模內保護渣等外來物質。外來夾雜的特點是尺寸大,成分結構復雜,分布不規則,具有很大的偶然性。空氣對鋼水的二次氧化會形成外來夾雜。在煉鋼過程中,外來夾雜與內生夾雜往往會形成兩者的混合物,具有兩者的共同特點,使檢驗者難以分辨其來源。非金屬夾雜按顆粒大小可分為亞顯微、顯微和大顆粒夾雜三種,其顆粒尺寸分別為<1μm、1~100μm和>100μm。大顆粒夾雜往往出現在鋼錠沉淀晶區和皮下位置。連鑄鋼上弧區有時也發現大顆粒夾雜。
按非金屬夾雜本身性質,可以分為塑性夾雜和脆性夾雜兩種。
(1)塑性夾雜在熱加工過程中,隨金屬一起發生變形,如MnS;而脆性夾雜,隨熱加工金屬的變彤發生破碎,如Al2O3。當非金屬夾雜熔點特別高時,在鋼中一生成就以固態形式存在,這類非金屬夾雜物在熱加工時既不變形,也不破碎,保持其原來形狀,如TiN。對于熔點很低的夾雜,從后結晶母液中排除,此時多沿初生奧氏體晶界呈網狀薄膜析出,如FeS。
鋼中非金屬夾雜對鋼材的強度、伸長率、韌性和疲勞強度有不同程度的影響。按使用要求,根據中國非金屬夾雜標準評定鋼材夾雜級別。鋼材中不允許存在嚴重危害鋼材性能的大顆粒夾雜。
保證出鋼和澆鑄系統清潔,采用吹氬、渣洗、噴粉、真空處理等爐外精煉措施及保護澆鑄措施,可以減少鋼中非金屬夾雜。
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