非金属夹杂物对钢材性能的影响.doc

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1、非金属夹杂物对钢材性能的影响非金属夹杂物对钢的强度、塑性、断裂韧性、切削、疲劳、热脆以及耐蚀等性能有很大影响。一般认为，夹杂物的成分、数量、形状、分布以及在基体中的空间分布等影响钢的性能。S.Ruddnik[26]指出，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，不同钢种用途不同，对夹杂物的要求也不一样，例如，不同钢种和不同受力状态时，夹杂物对性能无害的临界尺寸是不同的。（1）非金属夹杂物对钢的强度影响夹杂物对钢的强度的影响与颗粒尺寸密切相关。通过在烧结铁中加入不同尺寸（0.01－35μm）、

2、形状（球形和棱角的）、比例（0－8%）的氧化铝颗粒进行试验得出[26]：室温下，氧化铝颗粒超过1μm时，使屈服强度和抗张强度降低；当夹杂物的含量很低时，对屈服强度的降低特别敏感。长谷川正义[27]向浇注的钢流中喷射高熔点氧化物，研究了不同的氧化物颗粒直径，体积比对常温抗张强度的影响，结果表明：无论喷射氧化铝或氧化锆试样，屈服和抗张强度都随粒子体积比的增大而升高。另外，金属断裂时，裂纹不仅在基体中形成，而且也经常在夹杂物中形成，造成钢的断裂，Smith提出边界夹杂物开裂的强度断裂理论[28]。（2）非金属夹杂物对钢的塑性影响通常夹杂物对钢材的纵向延性影响不大，而对横向延性

3、的影响却很显著。研究表明，高强度钢的横向断面收缩率随夹杂物总量的增加而降低。夹杂形状对对横向延性的影响更为显著，随着带状夹杂物的增加，横向断面收缩率明显降低，这种带状夹杂物主要是硫化物。Funnell等[29]研究指出，夹杂物对钢的高温延性有很大影响，低碳钢在奥氏体区延性大大降低，其原因是细小的第二相析出物（如AlN、TiN、Nb(C,N)等）能有效钉扎奥氏体晶界，从而降低延性。（1）非金属夹杂物对钢的断裂韧性影响文献[30,31]中指出，S及硫化物的含量增加降低钢的各种韧性指标，钢的断裂韧性随着夹杂物数量或长度的增加而下降。曾光廷等[31]研究了硫化物和氮化物夹杂对钢

4、的断裂韧性的影响，并与Krafft模型计算值进行了比较，结果得出：对断裂韧性的危害由小到大依次为VN→TiS→AlN→NbN→ZrN→Al2S3→CeS→MnS；夹杂物含量与断裂韧性大小呈线性反比关系，TiS对断裂韧性没有影响。一些研究工作讨论了夹杂物作为裂纹根源的作用问题[29]，研究证明，钢中的脆性夹杂物由于与钢基体的热膨胀系数不同，在夹杂物周围容易产生内应力。李代锺[30]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：①夹杂物的体积分数尽可能低；②夹杂物分布均匀；③夹杂物要有紧凑的外形；④夹杂物的硬度最好为钢基体的两倍，以使夹杂物在热加

5、工时变形最小。