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日本評價鋼中夾雜物的技術 日期:2018.10.30

以鋼中所含的氧化物為主的非金屬夾雜物是鋼成型時發生裂紋和產生疲勞斷裂的起因,它會導致鋼的成型性和疲勞壽命變差,同時它還是導致軋製時發生線狀缺陷的原因等,因此對產品質量有很大的影響。近年來,隨著氧濃度降至極限、鋼中夾雜物含量減少的高潔淨鋼的發展,夾雜物的粒度隨夾雜物含量的減少而變細,因此采用以往的檢測方法已難以對夾雜物進行準確評價。人們正在尋求一種能有效捕捉存在量很少的大夾雜物的方法,日本研究開發了與之相應的評價技術。

1化學分離萃取法和粒度分布測定法

采用化學方法從基質中將夾雜物萃取和分離的方法是獲得夾雜的量和平均組成的唯一方法,具有很高的代表性,可以說它將成為驗證各種夾雜物評價法妥當性的標準。另外,還研究了在非水有機溶劑電解液中添加Ba,防止化學性能不穩定的氧化物係夾雜物發生溶解損失的方法。

作為萃取分離的夾雜物粒度分布測定方法,有超聲波分級法。利用超聲波分級法把采用酸性溶解法由超低碳鋼中萃取的氧化鋁用5的過濾器分成2部分,然後以水或甲醇作為彌散劑,采用離心式沉降光穿透法對過濾液中的氧化鋁進行了測定,由此能準確測定出超微米夾雜物的粒度分布。采用離心式沉降光穿透法可測定的粒度範圍為0.01~5,但其缺點是對大夾雜物進行檢測的能力低。對此,采用光衍射散射法能測定出200的夾雜物。采用光衍射散射法推測的10以上的夾雜物的出現頻率和軸承鋼L10壽命之間存在著相互關係。

2顯微鏡觀察法

(1)極值統計法

極值統計法是根據各視野中觀測的最大夾雜物直徑進行解析的方法,對此研究了另一種預測最大夾雜物直徑的方法,它是根據超過某種粒度(例如3)以上的夾雜物粒度分布進行計算,由此對最大夾雜物直徑進行預測的。

(2)采用圖像處理法的形狀解析

作為根據圖像解析對夾雜物的大小和形狀進行定量的方法,提出了兩種方法:一種是把用光學顯微鏡和SEM捕捉到的夾雜物圖像的投影麵積和外圍長度進行測定後,由此求出夾雜物的相對直徑和正圓度;另一種是根據夾雜物的投影麵積、長度直徑和外圍長度,在對表示夾雜物的大小指數和複雜性指數進行定義後,在此基礎上進行評價的方法。

(3)超聲波法

采用超聲波法時觀測所用的試樣重量達到數10g,因此從統計上來看,所得的數據具有很高的代表性,即使是出現頻率低的大夾雜物,也能被有效檢測出。

(4)火花放電發光法

火花放電發光分析法作為成分的快速定量法主要用於鋼鐵生產工序的管理分析。采用火花放電發光分析時,每次分析的測定區域一般為5~8mm,分析深度為10~50,質量在5mg以下。因此,它對存在幾率低的粗顆粒的檢測能力並不高。但是,在分析的簡便性和快速性方麵,它是其它夾雜物評價方法所不可比擬的。今後為提高定量性能還應進一步改進。

(5)熔融萃取法

熔融萃取法是在高真空下的水冷銅製坩堝內將電子束照射到試樣使其熔融。此時,試樣中的夾雜物會上浮到熔融體的上部表麵,形成夾雜物聚集區域。在凝固、冷卻後,采用SEM-EDX等對夾雜物聚集區域進行分析,由此可以對夾雜物的量、化學組成和粒度進行評價。熔化裝置采用的是可連續熔化的裝置,它是在真空下對150~200個1~10g的試樣進行熔化。

(6)利用氧分析法來分析氧化物係夾雜物

氧分析法就是使用石墨坩堝在惰性氣流中熔化試樣時,采用紅外線吸收法對還原反應產生的CO進行定量的方法。隻要適當調整升溫速度,各種氧化物就會按照其熱力學特性並按順序進行還原。但是,它們的還原溫度受試樣基質的影響很大。

(7)利用激光的分析方法

該法用惰性氣流把聚焦的脈衝激光照射到試樣後發生的微粒子輸入ICP進行質量分析,它一麵在試樣上進行激光掃描,一麵記錄構成夾雜物元素信號強度時所觀測信號強度的峰值,該峰值可以看作是檢測夾雜物時產生的,通過峰值麵積總和該元素insol含量的比較可知,兩者之間存在著良好的相互關係。另外,還能對複合氧化物的組成進行特別規定。各峰值強度反映了各夾雜物的粒度,還能對粒分布進行測定。

(8)鋼水中夾雜物的直接檢測

鋼水中夾雜物的直接檢測法是把設有測流孔的探測器浸漬在鋼水中,在非金屬夾雜物從該測流孔通過時檢測出電阻的變化。當非金屬夾雜物從測流孔通過時,測流孔的有效斷麵積會根據夾雜物的粒度發生變化,由於保持了一定的電流,因此當電壓上升時就能檢測出峰值。峰值的高度和夾雜物的粒度具有一定的關係,由此可以獲得夾雜物粒度的數據資料。

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