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管线钢夹杂物的危害及来源

www.metale.cn 来源:中国冶金设备网 2016/7/21 16:00:46
  
    1)管线钢中夹杂物的危害
  管线钢中夹杂物主要以非金属化合物形态存在,如氧化物、硫化物、氮化物等,非金属夹杂物对钢的强度、塑性、韧性等性能有很大影响,这些影响与夹杂物的种类、数量、形状、分布有关,通常只有当非金属夹杂物的尺寸小于1μm,且其数量少、夹杂物彼此之间的距离大于10μm时,才不会对材料的宏观性能造成影响,当然不同的钢种对钢的纯净度与钢中夹杂物的要求也不一样。对管线钢性能影响较大的夹杂物主要有Al2O3、MnS及钙铝酸盐。
  (1)Al2O3
  此类夹杂物为钢中内生夹杂物。管线钢中,采用有Al脱氧工艺即用Fe-Al或Al脱氧时,Al2O3是常见氧化物夹杂物中对钢质影响最大的一类,它属于脆性不变形夹杂物,与基体的热变形能力差异较大,在热加工的应力作用下,大块的Al2O3等脆性夹杂物,经变形破碎成具有尖锐菱角的夹杂物,并成链状分布在基体中,这些坚硬的形状不规则Al2O3夹杂物能将基体划伤,并在夹杂物周围产生应力集中场直至在交界面处形成空隙或裂纹,同时作为应力集中点,在循环应力作用下,造成管线钢的疲劳断裂。
  (2)MnS
  管线钢中线性硫化物是裂纹源,使产品易于断裂,对于中厚板易于产生SSC裂纹和HIC裂纹。钢中硫等有害元素严重恶化钢的性能,主要表现在:损害全厚度韧性;降低上平台韧性和提高韧脆转变温度;导致性能各项异性,在横向和厚度方向上韧性严重恶化;增加热脆和焊接结晶裂纹的倾向性;导致氢致开裂;由于奥氏体转变可在夹杂物上形核,因而导致相变温度升高和软组织的形成。
  (3)硅酸盐及钙的铝酸盐
  管线钢中此类夹杂物成分复杂,它的产生受钢液脱氧工艺、钢水条件及浇注系统中耐火材料使用情况等的影响,有内生的,也有外来的,还有内外共同作用的。在轧制过程中,这些夹杂物保持原来的球点状。特别是硅酸盐夹杂物,它在钢的凝固过程中,由于冷却速度较快,某些液态硅酸盐来不及结晶,其全部或部分以过冷液体即玻璃态的形式存在于钢中,在800℃~1300℃内,塑性依其组成不同变化很快。
  管线钢的清洁度、夹杂物类型、尺寸和数量对管线钢的冲击韧性和抗HIC性能有非常显著的影响。单纯提高洁净度,并不能提高材料的强度,但提高洁净度可以大幅度提高钢材的冲击韧度,洁净度对钢材冲击韧度的影响要高于对强度的影响。李代锺认为,为使钢材具有良好的韧性和使韧性各向异性尽可能降低,对夹杂物的要求是:夹杂物的体积分数尽可能低;夹杂物分布均匀;夹杂物要有紧凑的外形;夹杂物的硬度最好为钢基体的两倍,以使夹杂物在热加工时变形最小。
  2)夹杂物来源
  管线钢中的夹杂物按照来源可以分为内生的和外来的两大类,其中内生夹杂主要为氧化物夹杂有以下几种来源:在炼钢温度下合金化和铝终脱氧时析出脱氧产物,称为一次脱氧产物;钢液从精炼温度冷却至液相线温度过程中析出的脱氧产物,称为二次脱氧;钢液从液相线温度冷却到固相线温度时析出的脱氧产物,称为三次脱氧产物。内生夹杂物在钢中的分布相对来说是比较均匀的,它们的颗粒一般比较细小。
  而外来夹杂主要是在钢的熔炼、出钢和浇铸过程中,钢液同耐火材料和炉渣相接触,炉渣被卷入钢液中(特别是出钢的时候),耐火材料在高温收到冲蚀,它的颗粒混入钢液中,这些情况都难以避免。混入钢液中的耐火材料和炉渣颗粒通过与钢液起化学反应不断在成分和结构上发生变化。这些颗粒,不论是刚刚被机械地带入钢液中的,还是经历了相当变化的,一旦被滞留到铸件中,就变成了钢中的夹杂物,这些就叫外来夹杂物。外来一般来说尺寸较大,外形不规则,结构复杂,只是偶然在这里或者那里出现。夹杂物的来源和分类下图。

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