B类氧化物生成的规律分析

钢中硫氧比值越低，以Al脱氧的钢种生成的Al₂O₃夹杂物含量就越多。从夹杂物的性质和形态来看，硫氧比值较低时，硫含量相应较低，钢中则生成孤立的氧化夹杂物（如Al₂O₃）。Al₂O₃线膨胀系数小，严重降低钢的疲劳寿命。适当提高硫含量，生成的MnS包围在氧化物周围，形成硫氧共生夹杂物，大大减轻了氧化物单独存在时的危害，从而提高钢的疲劳强度。但硫氧比过高，反而会增加钢中的硫含量，因过高的硫含量产生大量单个的MnS夹杂物，破坏了钢的连续性。

脱氧后要加强吹氩搅拌，使悬浮于钢液中的Al₂O₃夹杂物有充分的时间和条件上浮，最大限度地降低钢中氧含量，减少夹杂物数量。但吹氩强度过大，不仅会产生严重的混渣现象，还会造成钢液裸露，达不到降低夹杂物的目的。因此，搅动速率控制在60～70（标准）L/min较为合适。其次，残铝量（质量分数）一般应控制在0.015%～0.030%，否则同样会增加Al₂O₃夹杂物。

此类夹杂物为钢中内生夹杂物。在镇静钢中，采用有Al的脱氧工艺即用Fe-Al或Al脱氧时，产生的Al₂O₃夹杂物是常见氧化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脆性夹杂物变形破碎成具有尖锐棱角的夹杂物，并呈链状分布在基体中。这些坚硬的、形状不规则的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。在中高碳钢，尤其在重轨钢中，Al₂O₃夹杂物在周期应力的作用下，会成为疲劳源，最终因疲劳裂纹的扩展造成大块金属脱落的“掉块”而导致钢的断裂。根据国内客车运行和制动的条件，应用断裂力学理论计算表明，当Al₂O₃夹杂物尺寸大于26μm时，就可使之成为疲劳裂纹源。因此在重轨的有关标准中，对非金属夹杂物Al₂O₃要求特别严，即“B类夹杂物不大于1级”，如图3-36和图3-37所示。

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图3-36 82B钢棒材拉伸断口上的单颗粒Al₂O₃夹杂物

图3-37 上图Al₂O₃夹杂物的X射线元素面分布图