在制造业， 除了在其生产过程中不经热变形加工而直接在铸态使用的铸铁件、铸钢件以外，任何机械零件，不论其尺寸大小，在热处理以前的制造工序均为炼钢、浇注（铸锭）和热变形加工（锻、挤、轧等）。对大锻件来说，所谓冶金因素的影响，就是指冶炼、铸锭和锻造等工序中所产生的缺陷，如偏析、非金属夹杂、未锻合的疏松、锻造内裂等，对它的质量的影响。冶金因素对大锻件质量的影响主要表现为：上述缺陷无法通过热处理加以消除，使大锻件热处理后难以达到力学性能要求，更为严重的是，这些缺陷在淬火过程中可能扩展甚至导致锻件淬火开裂。由此可见，热处理工作者应了解冶金因素对大锻件质量影响的实质，在制订热处理工艺、分析大锻件热处理质量问题时充分考虑到冶金因素的不良影响。

冶炼出优质钢液是保证大锻件质量的首要环节。所谓优质钢液，除了化学成分符合要求外，主要是钢液的纯净度要高，即尽可能降低硫、磷等有害元素的含量，尽量减少非金属夹杂物以及气体特别是氢的含量。在实际生产中，应根据大锻件的股役条件、性能要求等情况，选用先进的真空冶炼、真空脱气、钢包精炼、自耗电极重熔、真空浇注、电渣重熔法炼钢等（具体的冶炼工艺不予赘述），但不论采用何种冶炼方法，都必须尽可能提高钢液的纯净度，特别是减少对锻件质量影响显著的非金属夹杂物和气体的含量。对重要的大锻件还要求在降低氧含量的基础上，降低Si和Mn的含量。

（1）非金属夹杂物及其特征

非金属夹杂物通常是指存在于钢铁等金属材料中的非金属化合物。对于钢来说，是指冶炼和铸锭过程中混入钢液中的耐火材料氧化物、炉渣以及脱氧、脱硫等化学反应产物，后者是钢中夹杂物的主要来源。

非金属夹杂物按尺寸大致可分为：

1）宏观夹杂物，肉眼可见，尺寸1mm以上，如夹渣等。可通过超声波探伤法进行检测。

2）显微夹杂物，尺寸为1～10^-4mm，可采用金相法检测和评级。

3）超显夹杂物，尺寸小于10^-4mm，难以用光学显微镜检测。

钢锭经过锻压等热变形加工后，夹杂物也会发生变形，根据其变形特征，可将夹杂物分为3类：

1）锻、轧等加工后产生塑性变形的，比如硫化物和多烽硅酸盐等，在延伸方向呈长条状存在于钢中。

2）锻、轧等加工后呈不连续粒状分布的，主要为氧化物。

3）在锻、轧加工中不变形的，大部分为氯化物、氮化物等，呈不规则的点状分布。

（2）钢中非金属夹杂物的危害

1）夹杂物在热处理过程中不能被消除，在锻件加热和冷却时，由于夹杂物和基体金属的热膨胀特性不同，二者之间会产生很大的热应力，有人计算可达754～1215MPa。这种热应力的大小还与夹杂物的种类、大小和形状有关，其中氧化铝夹杂物产生的热应力最大。显然，这种热应力将会对大锻件的热处理工艺性能以及产品的使用性能产生负面影响，甚至使锻件淬火开裂。对于大锻件，由于氢向夹杂物的空隙处扩散以及热应力的作用，还可能导致白点的产生。

2）非金属夹杂物在热处理过程中会发生结晶化和从过饱和固溶体中析出等相变，如某些硅酸盐由非稳定相转变成稳定相等。夹杂物的这种变化必将危害大锻件的热处理工艺性能。

3）非金属夹杂物破坏了基体金属的连续性，相当于存在于锻件中的空穴和裂纹，在热处理特别是淬火过程中，将在邻近于夹杂物的基体金属中和夹杂物本身产生应力集中，以致形成显微裂纹，加之如上所述的由于基体金属与夹杂物热膨胀性能不同而形成的热应力，不仅恶化了锻件的力学性能，严重时将使锻件淬火开裂。

夹杂物对锻件的力学性能的影响的大小与夹杂物种类、大小、形状和分布、物理性质及钢种等因素有关，其影响规律大致为：

1）在静拉伸试验中，夹杂物对纵、横向试样的抗拉强度和屈服强度的影响很小，但明显降低塑性特别是横向试样的断面收缩率。

2）夹杂物对缺口试样的冲击值影响较大，其规律与对断面收缩率的影响相似。那些容易延伸的细长夹杂物如MsS和锰硅酸盐等的影响更大。

3）夹杂物对疲劳性能的影响很大，通常是随着夹杂物数量增加和尺寸增大，钢的疲劳强度尤其是横向试样的疲劳强度也随之下降。夹杂物的平均直径越大，钢的疲劳强度越低。

另外，在一些机械零件的断裂等失效事例中发现，非金属夹杂物往往是零件失效的破坏源，如轧辊的剥落失效等。因此，提高冶炼质量，即提高钢的纯净度，减少夹杂物尤其是大尺寸夹杂物，对大锻件显得特别重要。

在炼钢过程中，会有氢、氧、氮等气体溶入到钢液中，导致成品钢中残留一定数量的气体。

在固态钢中，氢以质子状态溶解和存在于钢中，也可能以分子状态或氢化物形式存在。氮以及原子状态溶入钢液，在固态钢中主要以氮化物形式存在。氧在液态钢中主要以FeO形式存在，也可能以原子或阴离子形式存在；而在固态钢中则以氧化物形式存在。

（1）钢液中气体的来源

1）由炉料（废钢、生铁、铁合金及造渣材料等）带入。炉料中固有的气体以及水分分解及铁锈等杂质热分解，将使大量的氢、氧和氮溶入钢中，铁合金和合金添加剂（镍、铝等）带入钢中的氢最多。

2）由炉气带入。炉气中的H2O、H2、N2、O2、CO2等经过炉渣或直接溶入钢液中。

3）由钢包、钢锭模及保温帽的耐火材料带入。

4）由钢液周围的气体溶入。

（2）气体对大锻件质量的影响

残存于钢锭和锻件中的氧和氮在钢中主要以氧化物和氮化物，即非金属夹杂物的形式存在，所以它们对锻件性能的影响就是上述夹杂物的影响。而氢则是钢中危害最大的气体，残留于锻件中的氢是形成白点的主要原因，而且还使钢产生氢脆。由此可见，应从冶炼工艺着手，尽量减少钢锭和锻件中气体的含量。

 

铸锭是指将钢液注入钢包、脱氧后浇注成钢锭的操作工艺。在此工序中，钢液主要发生下列变化：

1）在大气条件下浇注时，钢液与空气接触产生二次氧化，增加了氧化物夹杂的数量，同时氢气、水蒸气等气体可能溶入钢液。

2）钢液与浇包中的耐火材料接触，增加了外来夹杂物的数量。

3）钢液在锭模中结晶、凝固，随后发生固态组织转变。

4）固态钢物理收缩。

钢液在锭模中凝固结晶时，会产生化学成分和组织结构的不均匀性，即通常所说的偏析。另外，钢锭内部还会产生疏松、缩孔、气孔等缺陷。钢锭越大，这类缺陷越严重。

为生产优质大锻件，首先必须获得优质大型钢锭。就铸锭工节来说，提高钢锭质量的途径有：

1）尽可能减少钢液的二次氧化和非金属夹杂物的混入。

2）进一步使钢的液净化。

3）改善钢锭的结晶条件，尽可能使结晶组织致密。

4）尽可能减轻钢锭的偏析程度。

具体的铸锭工艺技术措施有：

1）采用真空浇注法，既避免了钢液的二次氧化，又减少了非金属夹杂物；真空铸锭还可利用高真空条件下的碳氧反应减少钢中的夹杂物，提高钢锭的纯净度，显著减轻偏析，提高钢锭质量，这对低硅的NiCrMo和NiCrMoV等钢的大型铸锭有特别重要的作用。

2）对大型钢锭，采用多棱角形状，如16角、24角或32角，多棱角形状有利于钢液均匀凝固，减少偏析特别是小角偏析的产生。

3）使钢锭具有合理的锥度和高径比，以使夹杂物易于上浮和气体易于外逸，使钢锭按自下而上的顺序凝固，有利于补缩，减少疏松，并减小应力，防止钢锭表面裂纹；另外，冒口尺寸要合理，以补充锭身收缩，使缩孔和疏松最严重的部分集中到冒口，确保钢锭本体的质量。

4）钢液出炉和炉外精炼后，静置一定时间，使夹杂物上浮和气体排出，严格控制浇注温度和浇注速度，使钢锭不易产生纵向裂纹和粗大的柱状晶及大量的皮下气泡等缺陷，并使钢液中夹杂物易于上浮。