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日本评价钢中夹杂物的技术 日期:2018.10.30

以钢中所含的氧化物为主的非金属夹杂物是钢成型时发生裂纹和产生疲劳断裂的起因,它会导致钢的成型性和疲劳寿命变差,同时它还是导致轧制时发生线状缺陷的原因等,因此对产品质量有很大的影响。近年来,随着氧浓度降至极限、钢中夹杂物含量减少的高洁净钢的发展,夹杂物的粒度随夹杂物含量的减少而变细,因此采用以往的检测方法已难以对夹杂物进行准确评价。人们正在寻求一种能有效捕捉存在量很少的大夹杂物的方法,日本研究开发了与之相应的评价技术。

1化学分离萃取法和粒度分布测定法

采用化学方法从基质中将夹杂物萃取和分离的方法是获得夹杂的量和平均组成的唯一方法,具有很高的代表性,可以说它将成为验证各种夹杂物评价法妥当性的标准。另外,还研究了在非水有机溶剂电解液中添加Ba,防止化学性能不稳定的氧化物系夹杂物发生溶解损失的方法。

作为萃取分离的夹杂物粒度分布测定方法,有超声波分级法。利用超声波分级法把采用酸性溶解法由超低碳钢中萃取的氧化铝用5的过滤器分成2部分,然后以水或甲醇作为弥散剂,采用离心式沉降光穿透法对过滤液中的氧化铝进行了测定,由此能准确测定出超微米夹杂物的粒度分布。采用离心式沉降光穿透法可测定的粒度范围为0.01~5,但其缺点是对大夹杂物进行检测的能力低。对此,采用光衍射散射法能测定出200的夹杂物。采用光衍射散射法推测的10以上的夹杂物的出现频率和轴承钢L10寿命之间存在着相互关系。

2显微镜观察法

(1)极值统计法

极值统计法是根据各视野中观测的最大夹杂物直径进行解析的方法,对此研究了另一种预测最大夹杂物直径的方法,它是根据超过某种粒度(例如3)以上的夹杂物粒度分布进行计算,由此对最大夹杂物直径进行预测的。

(2)采用图像处理法的形状解析

作为根据图像解析对夹杂物的大小和形状进行定量的方法,提出了两种方法:一种是把用光学显微镜和SEM捕捉到的夹杂物图像的投影面积和外围长度进行测定后,由此求出夹杂物的相对直径和正圆度;另一种是根据夹杂物的投影面积、长度直径和外围长度,在对表示夹杂物的大小指数和复杂性指数进行定义后,在此基础上进行评价的方法。

(3)超声波法

采用超声波法时观测所用的试样重量达到数10g,因此从统计上来看,所得的数据具有很高的代表性,即使是出现频率低的大夹杂物,也能被有效检测出。

(4)火花放电发光法

火花放电发光分析法作为成分的快速定量法主要用于钢铁生产工序的管理分析。采用火花放电发光分析时,每次分析的测定区域一般为5~8mm,分析深度为10~50,质量在5mg以下。因此,它对存在几率低的粗颗粒的检测能力并不高。但是,在分析的简便性和快速性方面,它是其它夹杂物评价方法所不可比拟的。今后为提高定量性能还应进一步改进。

(5)熔融萃取法

熔融萃取法是在高真空下的水冷铜制坩埚内将电子束照射到试样使其熔融。此时,试样中的夹杂物会上浮到熔融体的上部表面,形成夹杂物聚集区域。在凝固、冷却后,采用SEM-EDX等对夹杂物聚集区域进行分析,由此可以对夹杂物的量、化学组成和粒度进行评价。熔化装置采用的是可连续熔化的装置,它是在真空下对150~200个1~10g的试样进行熔化。

(6)利用氧分析法来分析氧化物系夹杂物

氧分析法就是使用石墨坩埚在惰性气流中熔化试样时,采用红外线吸收法对还原反应产生的CO进行定量的方法。只要适当调整升温速度,各种氧化物就会按照其热力学特性并按顺序进行还原。但是,它们的还原温度受试样基质的影响很大。

(7)利用激光的分析方法

该法用惰性气流把聚焦的脉冲激光照射到试样后发生的微粒子输入ICP进行质量分析,它一面在试样上进行激光扫描,一面记录构成夹杂物元素信号强度时所观测信号强度的峰值,该峰值可以看作是检测夹杂物时产生的,通过峰值面积总和该元素insol含量的比较可知,两者之间存在着良好的相互关系。另外,还能对复合氧化物的组成进行特别规定。各峰值强度反映了各夹杂物的粒度,还能对粒分布进行测定。

(8)钢水中夹杂物的直接检测

钢水中夹杂物的直接检测法是把设有测流孔的探测器浸渍在钢水中,在非金属夹杂物从该测流孔通过时检测出电阻的变化。当非金属夹杂物从测流孔通过时,测流孔的有效断面积会根据夹杂物的粒度发生变化,由于保持了一定的电流,因此当电压上升时就能检测出峰值。峰值的高度和夹杂物的粒度具有一定的关系,由此可以获得夹杂物粒度的数据资料。