夾雜物變性處理

指在鋼中加入少量變性劑，改變非金屬夾雜物的結構、組成和形態，從而改變其性質的過程。鋼中非金屬夾雜物是不可能完全消除的，在儘量降低其在鋼中含量的同時，科學地控制夾雜物的類型、尺寸、分佈和形態，儘量降低其對鋼材質的危害就是變性處理的目的。由於鋼中夾雜物的組成、結構等不同，在各種温度下的塑性情況也不相同，常用相對變形率表示其差異：

式中v為相對變形率；ε₁為夾雜物的形變量；ε₂為基體的形變量。

鋼中有些夾雜物呈脆性，加工時破碎成鏈狀或串狀，此為脆性夾雜物，例如Al₂O₃，尖晶石型氧化物。有些夾雜物塑性很好，加工時沿加工方向延伸成長條狀、片層狀，此為塑性夾雜物，例如MnS，含SiO₂不高的硅酸鹽等，它們的存在成為鋼材縱、橫向機械性能差異的主要原因。

有些硫化物如FeS，熔點很低（1170～1197℃），可與FeO和Fe生成熔點更低的Fe-FeS二元共熔體（988℃）和三元共熔體（920℃），而且分佈在晶粒界上，呈網狀析出；鋼熱加工開始温度為1100～1150℃，此時晶粒界上的硫化物已經熔化，故一經加工即開裂（熱脆）。後來用加錳的方法將FeS夾雜物改變為MnS夾雜物，其熔點為1620℃，可達到消除鋼的“熱脆”現象，這就是早期對夾雜物變性處理的工藝。還有些夾雜物體膨脹係數與基體不同，可在夾雜物四周引起復雜的應力場。例如鋁酸鹽、Al₂O₃和硅酸鹽在鋼的冷卻過程中比基體體膨脹係數小，夾雜物四周的基體承受拉應力稱為嵌鑲應力，使鋼的疲勞性能降低。 ^[1] 

夾雜物變性處理能使夾雜物球化或接近球狀，這樣可使鋼材的各向異性差別減小或基本消除。鋼材中變性處理後的夾雜物消除了有尖角、鋭角的一類夾雜物，減少了引起應力集中和產生微裂紋的可能性，由於應力集中引起的應力腐蝕也隨之降低。並能改善鋼材的疲勞壽命，延長切削刀具的加工壽命。而高熔點的夾雜物經變性處理後則變成低熔點的在澆注温度下仍為液態的夾雜物，澆鑄時不再堵塞水口，有利於連續鑄鋼的順利進行。

常用的變性劑為鈣合金，稀土合金。工業上大多用含鈣合金（如CaSi）進行鈣處理使夾雜物得以變性。

鈣及其合金是常用的夾雜物變性處理劑。鈣合金在鋼液中熔化後，鈣與鋼液中的氧、硫夾雜物接觸起反應，待温度達到一定高度時鈣氣化成鈣氣泡，鈣氣泡中的Ca溶解於鋼液成為溶解[Ca]，並與鋼液中的氧及Al₂O₃夾雜物反應；由於鋁脱氧鋼中溶解的氧並不很高，因此鈣與鋼中大量分散的Al₂O3發生反應並使Al₂O₃夾雜表面的CaO含量的升高，出現液態nCaO·mAl₂O₃層，此液態層不斷增加，最終改變了Al₂O₃夾雜的組成，成為12CaO·7Al₂O₃，或3CaO·Al₂O₃夾雜物。這兩種夾雜物在澆注温度下由於熔點低都是液態的，它們在凝固時按最小界面能原理成為球狀。此球形夾雜物在鋼加工過程中不變形也不破碎仍為球狀，也即把鋼中鏈狀或串狀，多邊形帶稜角的Al₂O₃夾雜物改變為球狀或接近球狀的鈣鋁酸鹽夾雜，使鋼材性能得到了改善。