脆性斷口是鑄鋼件常見的一種宏觀斷口，斷口的特點為脆性斷裂，因此這種斷口一般被稱為脆性斷口。目前在不同的國家和地區(qū)，對這種斷口的叫法各不相同。如國際鑄造缺陷圖冊中稱其為“巖狀斷口”，也有人稱其為“亮斑斷口”，“貝殼狀斷口”，由于這種斷口是沿一次奧氏體晶界破裂，即晶間裂紋，所以也有許多學(xué)者稱其為“晶間裂紋斷口”。

鑄鋼件產(chǎn)生脆性斷口的原因眾說不一 ,有的研究者認(rèn)為 ,脆性斷口是由于鋼中氫量高和奧氏體相變應(yīng)力所造成,而有一些研究者認(rèn)為是由于鑄鋼件凝固過程中鋼中析出鋁的氮化物所致。本文結(jié)合多年實踐經(jīng)驗就鋁的氮化物對鑄鋼脆性斷口的影響及防止方法做個簡要分析。      1.鑄鋼件產(chǎn)生脆性斷口的原因      鑄鋼件脆性斷口的特征為：斷口表面為平滑、光亮、稍有彎曲的小平面組成，貌似巖石斷口,如圖1所示。許多研究已證實，鑄鋼件產(chǎn)生脆性斷口的原因是由于在一次奧氏體晶界上析出氮化鋁而使晶界脆化。氮化鋁在奧氏體晶粒形成時以粗大薄膜狀析出于晶界，產(chǎn)生組織缺陷，降低鑄鋼的塑性和韌性，增加晶間產(chǎn)生裂紋的傾向。這種粗大薄膜狀氮化鋁與其他彌散分布的夾雜物不同，其形態(tài)是厚度為0.05μm，其他尺寸不大于5μm的薄膜，這種形態(tài)的氮化鋁夾雜物沿晶界分布，大大減弱了晶間的結(jié)合力，從而影響鑄鋼的力學(xué)性能。 

鑄鋼中氮化鋁的溶解度取決于它們的濃度積KAlN=[%Al]·[%N]。    

當(dāng)鑄鋼中[%Al]·[%N]超過KAlN平衡值時，在800℃～1100℃左右時便析出氮化鋁夾雜物。          眾所周知，鋼中氮含量與鋼的冶煉方法有著必然的聯(lián)系，一般轉(zhuǎn)爐鋼氮含量為(20～40)×10-6左右，平爐鋼氮含量為(50～70)×10-6左右，電弧爐煉鋼，氮含量一般為(80～120)×10-6左右。          在鑄鋼件生產(chǎn)領(lǐng)域，目前普遍采用的冶煉設(shè)備為電弧爐或感應(yīng)電爐。其鋼液中氮含量相對較高，這給氮化鋁的形成創(chuàng)造了一個有利條件。而對于煉鋼方法來講，目前終脫氧工藝一般采用鋁終脫氧，只有少部分鑄鋼企業(yè)采用復(fù)合脫氧劑進行終脫氧。因此無論是電弧爐還是感應(yīng)電爐煉鋼，鋁終脫氧工藝的采用，給氮化鋁的形成提供了足夠的冶金條件，只要鋼中[%Al]·[%N]濃度達到一定范圍氮化鋁必將形成于奧氏體晶界。因此鋼中氮和鋁的濃度成了鑄鋼件是否產(chǎn)生脆性斷口的決定性因素之一。     

2.鑄鋼件脆性斷口的防止方法     

2.1 控制鋼中氮含量和適宜的殘鋁量      鑄鋼中的氮含量與鑄鋼冶煉工藝、操作、原材料選用等有著密切的聯(lián)系。對于電弧爐冶煉而言，降低鋼中氮含量的最直接的方法有：     

(1) 嚴(yán)格控制廢鋼的清潔度和干燥度。     

(2) 保持足夠的氧化沸騰時間和速度，有利于氣體的排出。     

(3) 在扒渣、攪拌過程中盡量減少或避免鋼液裸露，減少鋼液吸氣。   

(4) 在保證脫氧效果的前提下，盡量縮短還原期時間。     

(5) 采用氣體保護出鋼和保護澆注以減少出鋼、澆注過程吸氣。     

(6) 采用真空除氣的爐外精煉手段降低氣體含量。這是去除鋼液中氣體的有效方法。     

對于感應(yīng)電爐而言除了控制好與電弧爐相關(guān)點外，控制鋼中氮含量的關(guān)鍵在于嚴(yán)格控制入爐廢鋼中的氮含量，尤其是返回料的加入量一般不能超過50%。      由于鋁終脫氧鑄鋼中鋁的存在是必然的，根據(jù)許多研究者的分析和實踐，鑄鋼中殘鋁量一般應(yīng)控制在0.025%～0.050%之間為宜。因為鋼中殘鋁量過低會影響鋼中酸溶鋁的含量從而影響鋼液的脫氧程度。鋼中殘鋁量過高除了會影響鋼中夾雜物形態(tài)和分布外，還會大大增加脆性斷口發(fā)生的可能性。有研究者對某個鋼種中氮和鋁的濃度積進行研究得出鋼中氮含量與加鋁量之間的關(guān)系：[%N]=0.345Al-0.066Al+0.0102。     

通過這一關(guān)系式，證明了加鋁量在某個范圍內(nèi)可使鋼中氮含量達到最低。經(jīng)計算，結(jié)合實踐操作中錳和硅的順序脫氧效果，在不加入其他終脫氧劑的前提下，建議鋁終脫氧加入量應(yīng)控制在鋼水量的0.08%～0.12%之間為宜。     

2.2 采用硅鈣或稀土金屬替代或限制用鋁終脫氧     

近年來，國內(nèi)外有些鑄鋼生產(chǎn)企業(yè)為防止脆性斷口同時為確保不發(fā)生氣孔缺陷，采用了以硅鈣或稀土金屬為基本成分的復(fù)合脫氧劑來替代或限制用鋁終脫氧。實踐證明，通過復(fù)合脫氧劑處理后，氮化鋁消失，形成一種球形復(fù)合夾雜物，達到了消除脆性斷口的目的 。         

通過對鋁終脫氧、硅鈣復(fù)合脫氧劑終脫氧、稀土金屬復(fù)合脫氧劑終脫氧、硅鈣合金+鋁終脫氧進行對比試驗分析，可以認(rèn)為對于脫氧效果來講兩種復(fù)合脫氧劑最好，但稀土金屬復(fù)合脫氧劑對加入量的控制要求高，易形成大顆粒稀土夾雜物，對于一般用途鑄鋼件來講不建議采用。硅鈣復(fù)合脫氧劑和硅鈣合金+鋁終脫氧其脫氧效果和夾雜物形態(tài)能夠滿足目前普遍采用的鑄鋼件鋼種，可以替代鋁終脫氧。圖2為包內(nèi)投鋁餅終脫氧工藝鑄鋼鋁含量對比，圖3為包內(nèi)喂硅鈣線和鋁線終脫氧工藝鑄鋼鋁含量對比圖，其中1#樣為終脫氧后鋼包內(nèi)取樣光譜分析，2#樣為澆注3/4時鑄鋼件取樣光譜分析。