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摘 要：为了全面、准确地评定钢中非金属夹杂物，采用K法进行了研究。试验结果表明，K法具有对夹杂物分类全、评定结果客观可靠、适用范围广等优点。

关键词：非金属夹杂物；检验；方法

1  概述

钢 中非金属夹杂物的含量决定其冶金质量的优劣，也决定着机械零件使用寿命的长短，尤其对轴承、齿轮类零件寿命的影响。因而如何正确评估钢中非金属夹杂物的大 小、数量、形貌等是一项基础而又十分重要的工作。我厂在实现依维柯汽车齿轮材料国产化的过程中，首先遇到的就是夹杂物的评定问题。

目前，世界各国对钢中非金属夹杂物的评定均采用简单、方便的金相法。如美国的ASTME45-63、我国的GB10561、日本的JISG0555 ,德国的SEP1570-71、意大利的UNI3244等。

GB10561 标准中的评级图与美国ASTME45标准使用的是同一套图片。这套图谱将夹杂物分为硫化物(A型)、氧化铝(B型)、硅酸盐<C型)和球状氧化物 (D型)4类，每类夹杂物按厚度或直径不同又分为粗型和细型两系列。每列由表示夹杂物含量递增的5级图片组成。GB10561评定方法的最大特点就是可以 得到4种非金属夹杂物质量分类评级，且评定方法比较简单，但只能定性分析，不能定量。另外，该套图谱是按酸性炉具有的非金属夹杂物形态制作的、而当今普遍 使用的是碱性炉，因此有些夹杂物形貌在图谱中无法找到相对应的图片。

日本JISG0555使用“网格法”评定夹杂物。这种方法是将一块 刻有网格线的玻璃嵌入显微镜的目镜上，直接计算出各类夹杂物所占的网格节点数，然后计算出该节点数占被测视场中总节点数的百分值，以此作为钢的纯净度指 数。它将夹杂物分为A型，包括A1(硫化物)和A2<塑性硅酸盐),B型(氧化铝),C型(点状不变形))3类。此方法测量误差小，不需要评级图， 可作定量处理分析。但所获得的最终数据不能确定夹杂物的大小及数量等级，而且与其它评定标准没有可比性，至今在国际上未见广泛采用。

为了更加全面、准确地评定钢中夹杂物的含量，以适应材料国产化要求，参照意大利标准，用K法评定了脱气和不脱气2OMnCr5钢的纯净度，并对其测试方法进行了研究，同时与其它测试方法进行了比较。

2  K法简介

K法是欧州各国广泛用于钢的纯净度的评定方法，并以标准的形式固定下来。许多结构钢加德国ZF6, ZF7,德国及意大利的20MnCr5,16MnCr5，意大利21NiCrMo5等均规定以K,值作为钢的纯净度指标。

K法夹杂物评级图是采用德国钢铁标准SEP1570-71的图片，这套图片共90张。其评定方法是将一块抛光面积大于100mm²的 试样置于显微镜上，在100倍下对照标准评级图，记录试样被测面积内超过一定级别的所有各类夹杂物的视场数目(这个起评级别由供需双方商定，对结构钢而言 一般规定为4级)，将观察到的各类夹杂物视场数目分别与其相关的“有害因子”相乘，并将乘积相加后进行归一化处理。由此得出被测材料的硫化物特性值和氧化 物特性值，以及夹杂物的复合总指数值。这两个特性值既能确定夹杂物的性质，又可确定其数量，并考虑了夹杂物的大小、形状及分布状态对材质的影响，其特性值 有着明确的物理意义。

3  K法的特点

运用K法，对两种冶炼工艺(脱气及非脱气)的20MnCr5钢进行了夹杂物评级。通过实践，认为K法与其它评定方法相比有以下几个特点。

3.1 夹杂物分类全

    K法将夹杂物90张图片分为10个系列，其中4个基本系列为1,3,6,8系列，分别代表硫化物(SS系列)、氧化铝<0A系列)、硅酸盐COS系 列)、点状不变形氧化物(OG系列)。其余0,2,5系列由基本系列按夹杂物厚度衍生，4,7,9系列则由基本系列按夹杂物出现的数目衍生。

    GB10561及美国ASTME45标准图谱与K法图谱比较可以看出，虽然它们的夹杂物分类相同，但ASTME图谱在描述碱性炉熔炼钢中的夹杂物形态时， 却暴露出其局限性。如K法评级图中OG系列里的第8列点状不变形氧化物，在GB10561和ASTM图谱中均找不到相对应的图片，因为这两个标准图谱中此 类夹杂物是均匀分布的，图谱按酸性熔炼钢中点状不变形氧化物的形态设制。硫化物形态也是酸性炉中常见的“多而细”型。因酸性炉熔炼的成本高，故目前国际上 已很少采用。显然，K法图谱所列的夹杂物类别及形态更接近实际状况。

3.2 引人“有害因子”的概念

K法的显著特点就是引入了与夹杂物有关的“有害因子”概念。夹杂物的类型、尺寸、形态分布的不同，对钢材质量的影响也不同，“有害因子”正是基于这一原理而引入的重要参数。它与夹杂物级别的关系见表1。

现已公认，钢中最有害的夹杂物是氧化铝(A1₂0₃) 和点状不变形氧化物，其次是硅酸盐和碳氮化合物。这是因为夹杂物破坏了基体的连续性，从而引起应力集中。而硫化物一般认为对疲劳性能影响不大。同时，非金 属夹杂物的有害性还与其变形性能有关。铝酸钙、氧化铝等夹杂物在形变温度下不具备塑性，变形时易与基体脱离。，此外，夹杂物尺寸愈大，对性能影响愈严重。

基于以上研究成果，K法引入的“有害因子”概念可区别地对待各类夹杂、各种不同级别的夹杂物对钢材质量产生的影响。

3.3 评定结果客观、可靠

    K法的另一个显著特点是运用了统计的方法，对钢中夹杂物能做出较为正确的定量分析。

为验证K法的准确性，用3种方法对脱气和不脱气的20MnCr5钢的洁净度进行了评定，结果见表2。

以上结果表明，K法评定结果与其它各项试验结果吻合，证实了真空脱气的2OMnCr5钢氧化物夹杂明显减少这一特点。

3.4 图谱的通用性好

在 进行夹杂物分类时，K法中的标准图谱考虑了不同脱气工艺对夹杂物形态的影响。钢中夹杂物的存在形态与炼钢时的脱氧工艺有着密切的关系。脱氧过程中各成分所 起的作用不同，形成的产物也不同，这些产物在显微图谱上显示出不同的尺寸、形状和分布，这是由其形成温度、钢液偏析程度和热加工时的变形抗力决定的。例 如，用纯净铝或以铝为主脱氧时，产生氧化铝类(OA系)的脆性长链状夹杂物;若用少量铝和大量硅铁脱氧时，将产生硅酸盐类型(OS系)夹杂物;而以钙合金 为主脱氧时就可能产生点状不变形夹杂物(OG系)。K法图谱全面地考虑到了各种脱氧剂对夹杂物形态的影响，因此它的适用范围很宽。

同时，K法图谱注意到了热加工等因素对夹杂物形态的影啊。根据夹杂物面积相等原则，在基本系列基础上增设了衍生系列，使图谱更加完善。

当然，K法也有其不足之处，如评级时较繁琐，观察视场在1000个以上，工作量较大。

然而，随着电子技术的日新月异，将观察视场与计算机连机。会大大提高检测效率，也会给K法的推广应用带来广阔的前景。

4  结论

    K法是现有钢非金属夹杂物评级标准中比较科学、准确的方法。与其它标准相比，K法具有夹杂物分类全、评定结果客观可靠、适用范围广等优点。这种方法获得的结果，能客观地反映出钢中夹杂物的实际情况。

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