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非金属介在物は、鋼鉄やその他の合金中に存在する化合物および非金属です。これらは、溶解および鋳造プロセス中に発生する化学反応、物理的影響、および汚染の産物です。これらの介在物は、発生源によって内因性または外因性に分類されます。[1]内因性介在物は固有とも呼ばれ、金属内に発生し、化学反応の結果です。これらの生成物は冷却中に沈殿し、通常は非常に小さいです。[2]外因性介在物は、非金属の閉じ込めによって発生します。そのサイズは大きく異なり、発生源にはスラグ、ドロス、フラックス残留物、および鋳型の破片が含まれます。[2]
介在物形成の原因
非金属介在物は、製造中に溶融および固化した金属に発生する多くの物理的・化学的影響によって発生します。
金属生成時のさまざまな反応によって生じる非金属介在物は、天然または固有介在物と呼ばれます。これには、酸化物、硫化物、窒化物、リン化物が含まれます。
天然介在物の他に、金属にはスラグ、耐火物、鋳型の材料（製造中に金属が接触する材料）の一部も含まれています。このような非金属介在物は、異物、偶発的、または外因性と呼ばれます。
金属の還元製錬における介在物のほとんどは、冷却および固化中に混合物の溶解性が低下するために形成されます。
現在の鉄鋼生産技術のレベルでは、金属からほとんどの天然および外来の介在物を除去することができます。しかし、さまざまな鋼におけるその一般的な含有量は幅広い範囲で変化する可能性があり、金属の特性に大きな影響を与えます。
非金属介在物の分類
鋼の純度を決定する非金属介在物は、その存在によって、化学的および鉱物学的含有量、安定性、および起源によって分類されます。化学的含有量によって、非金属介在物は、次のグループに分類されます。
- 硫化物（単純硫化物：FeS、MnS、Al 2 S 3、CaS、MgS、Zr 2 S 3など、化合物硫化物：FeS·FeO、MnS·MnO など）
- 窒化物（単純 - ZrN、TiN、AlN、CeN など、化合物 - Nb(C、N)、V(c、N) など）。合金鋼に含まれ、チタン、アルミニウム、バナジウム、セリウムなどの強力な窒化物生成元素を含有します。
- ケイ酸塩
- 酸化物（単純酸化物：FeO、MnO、Cr 2 O 3、SiO 2、Al 2 O 3、TiO 2など、化合物：FeO·Fe 2 O 3、FeO·Al 2 O 3、FeO·Cr 2 O 3、MgO·Al 2 O 3、2FeO·SiO 2など）
金属に含まれる介在物の大部分は、リン含有量が非常に少ないため、酸化物と硫化物です。ケイ酸塩は、特に後の段階で熱処理を施さなければならない場合、鋼にとって非常に有害です。
通常、窒化物は窒素との親和性が高い元素を含む特殊鋼に存在します。
鉱物学的含有量によって、酸素含有物は主に以下のグループに分類されます。
フェライト、クロマイト、アルミネートはこのグループに属します。
- ケイ酸塩は、純粋なSiO 2またはSiO 2と鉄、マンガン、クロム、アルミニウム、タングステンの酸化物、および結晶性ケイ酸塩の混合物で形成されたガラスのように鋼に存在します。ケイ酸塩は、非金属介在物の中で最大のグループです。溶鋼では、非金属介在物は固体または液体の状態です。これは、融点によって異なります。
安定性によって、非金属介在物は安定しているか不安定かのいずれかになります。不安定な介在物は希酸（濃度 10% 未満）に溶解する介在物です。不安定な介在物には、鉄やマンガンの硫化物、および一部の自由酸化物があります。
現在の鉄鋼生産レベルでは、金属からさまざまな介在物を取り除くことができます。しかし、一般的に、さまざまな鋼の介在物の含有量は幅広い範囲内で変化し、金属の特性に大きな影響を与えます。
非金属介在物が鋼および合金の特性に与える影響
現在の鋼鉄および合金製造方法では、非金属介在物のない完全に純粋な金属を得ることはできません。介在物は、混合物と製造条件に応じて、多かれ少なかれ鋼鉄に存在します。通常、鋼鉄中の非金属介在物の量は 0.1% 以下です。ただし、介在物は非常に小さいため、金属中の介在物の数は極めて多くなります。
鋼鉄中の非金属介在物は異物です。それらは構造の均質性を損なうため、機械的特性やその他の特性に重大な影響を及ぼす可能性があります。平削り、鍛造、打ち抜きによる変形の際、非金属介在物は鋼鉄に 亀裂や疲労破壊を引き起こす可能性があります。
非金属介在物が鋼の品質に与える影響を調査する場合、介在物のサイズ、形状、化学的および物理的特性などの特性が非常に重要です。これらの特性はすべて、鋼の化学組成、製錬方法、および特定の鋼の等級によって異なります。これらの特性は、同じ製造方法であっても、広範囲に変化する可能性があります。
非金属介在物の分析にはさまざまな方法が開発され、現在使用されています。これらの方法により、鋼鉄や合金中の非金属介在物の含有量、構造、量を高精度で判定することが可能になります。