带状组织
带状组织
一、带状组织定义
若钢在铸态下存在严重的偏析和夹杂物，或热变形加工温度低，则在热加工后钢中常出现沿变形方向呈带状或层状分布的显微组织，称为带状组织。
低碳合金钢中的带状组织是指沿钢材轧制方向形成的，以先共析铁素体为主的带与珠光体为主的带彼此堆叠而成的组织形态[6]。
二、带状组织的形成机理
由于钢液在铸锭结晶过程中选择性结晶形成化学成分呈不均匀分布的枝晶组织，铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长，并逐渐与变形方向一致，从而形成碳及合金元素的贫化带(实质上是条)和贫化带彼此交替堆叠，在缓冷条件下，先在碳及合金元素贫化带(过冷奥氏体稳定性较低)析出先共析铁素体，将多余的碳排入两侧的富化带，最终形成以铁素体为主的带；而碳及合金元素富化带(过冷奥氏体稳定性较高)，在其后形成以珠光体为主的带，因而形成了以铁素体为主的带与以珠光体为主的带彼此交替的带状组织。成分偏析越严重，形成的带状组织也越严重。
由于带状组织相邻带的显微组织不同，它们的性能也不相同，在外力作用下性能低的带易暴露出来，而且强弱带之间会产生应力集中，因而造成了总体力学性能降低，并具有明显的各向异性。
三、带状组织的形成条件
带状组织分为一次带状组织，和二次带状组织。一次带状组织由钢锭浇铸时树枝状偏析造成，二次带状组织由轧制或锻造过程中产生的。
形成带状组织的原因各不相同，归纳起来大致有2种原因：
a．由成分偏析引起的带状组织。即当钢中含有磷等有害杂质，压延时，杂质沿压延方向伸长。当钢材冷至Ar3以下时，这些杂质就成为铁素体的核心使铁素体形态呈带状分布，随后珠光体也呈带状分布。这种带状组织很难用热处理的方法加以消除。
b．由热加工温度不当引起的带状组织，即热加工停锻温度于二相区时（Ar1和Ar3之间），铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1时，带状奥氏体转化为带状珠光体，这种组织可以通过正火或退火的方法加以消除。
四、带状组织对金属基体性能的影响
带状组织的存在使钢的组织不均匀，沿带状组织的方向明显优于其垂直方向，并影响钢材性能，形成各向异性，特别是横向塑性和韧性明显降低，使材料
的加工性能恶化。降低钢的塑性、冲击韧性、可切削性和断面收缩率，造成冷弯不合、冲压废品率高、热处理时钢材容易变形等不良后果，还会增大氢致开裂倾向[1]，压力加工时易于从交界处开裂。
由于带状组织部位与基体硬度的差别，在拉伸或扭转加工变形时会产生应力集中，以致在带状组织与基体交界处生成裂纹，从而造成拉拔或捻股断裂。这就是带状组织对盘条的拉拔性能和扭转加工造成不利影响的原因。
1、带状组织对于原材料而言，主要表现为材料的各向异性，通常纵向强度高于横向强度；
2、对于需要后续热处理的零件，带状组织轻则会导致热变形过大，重者会造成应力集中，甚至出现裂纹。这是因为，零件在奥氏体化过程中，高碳的区域容易奥氏体化，而贫碳的区域则需要更高的奥氏体化温度，从GS线的成份温度变化可以看出其规律（比如在0.0218成分点和0.77成分点，其AC3温度相差多大），带状组织的主要危害在于组织遗传和应力集中。
带状组织的存在使钢的塑性大大下降。带状组织降低钢带塑性的机制可以认为是在拉伸变形过程中，当应力超过钢带的屈服极限时，铁素体条带首先发生塑性变形，滑移系与外力成45°的位错源首先开动，导致沿45°方向滑移。但与铁素体平行相问分布的珠光体或索氏体条带起强化作用，致使铁素体滑移系的位错运动受阻。随着外力的加大，在两个条带之间产生不均匀变形，同时在条带问界的应力集中处萌生裂纹，使钢带的塑性下降[5]。
分析结果表明，要消除低碳锰钢冷轧板的带状组织，必须从钢的冶炼浇注环节人手。可采取控制钢水的过热度，加大电磁搅拌等措施，以减轻铸坯的中心偏析缺陷[5]。
带状组织对后道工序的影响
对切削加工的影响
20CrMoH钢锻件的原始组织应为呈等轴状均匀分布的珠光体和铁素体，带状组织是金属基体上分布着软而韧的铁素体条带，将加速刀具磨损，恶化工件表面粗糙度[7]。
对渗碳处理的影响
如果预备热处理未能将工件中的带状组织消除掉，则在渗碳时，严重的带状组织会造成渗碳层深度和硬度不均匀。这主要是钢材中存在合金元素的偏析，致使不同区域的奥氏体稳定性不同，导致渗碳淬火后得到的残余奥氏体量不同，使硬度不均匀。同时，由于组织不均匀，成份偏析，致使渗碳层不均匀，即沿铁素体的渗碳层浅，沿珠光体的渗碳层深[7]。
对淬火质量的影响
对带状组织严重的亚共析钢工件进行淬火时，在正常的淬火温度下，局部区域仍町能处在奥氏体、铁素体两相区，淬火后不仪会出现软点，还会出现奥氏体成分的不均匀，加剧同一零件各部分组织转变的不同时，增大了淬火应力，从而增大了零件的淬裂倾向[7]。
带状组织对塑韧性的影响
众所周知，带状组织具有显著的方向性，且带状组织容易造成在变形过程中的应力集中，甚至出现裂纹。由于带状组织的晶粒取向的一致性，有利于变形的发展，随着应力的增加，形变量的积累，滑移面上的位错容易越过晶界，从而加速裂纹的扩展，导致材料的断裂；而严重的带状组织往往伴随着异常组织或夹杂物的出现，则容易造成应力集中，在材料变形过程，则容易在应力集中位置形成微裂纹，另外，当裂纹沿着带状晶的晶间扩展时，微裂纹不断扩大、聚合，从而形成宏观裂纹；铁素体一珠光体带状级别越高，则对应的铁素体、珠光体变形程度越大、偏聚越大，由于铁素体和珠光体的塑韧性存在差异，带状偏析就会加剧材料的塑韧性变差；从带状组织的图片也可看到，严重的带状组织往往伴随着铁素体晶粒尺寸的不均匀，导致各部位的性能不一致，在发生变形时容易在晶粒粗大的、脆弱的部位首先形成微裂纹，从而导致断裂，材料的脆性转变温度与晶粒的大小有很大关系：T k= A-md-1/2(式中，A为除晶粒细化外的其它因素对冲击韧脆转变温度的影响，后一项为晶粒尺寸对冲击转折温度的影响，m为比例常数)，可见严重的带状组织的随机分布造成了晶粒的不均匀性，从而导致冲击值的波动。因此，带状组织是脆弱的部位，是裂纹萌生的敏感区域，有利于裂纹的形成及扩展，带状组织越严重，对塑韧性的危害就越大[11]。
（1）对冲击韧性的影响
（2）对延伸性能的影响
（3）对冷镦性能的影响
（4）对硬度的影响
五、影响带状组织的因素
影响带状组织的因素很多，但是带状程度主要取决于合金元素的枝晶偏析、冷却速度（连续冷却）、奥氏体晶粒大小，一般认为，锰的偏析是钢中产生带状组织的主要原因[1]。
（1）一次带状组织的影响因素
铸坯在凝固过程中存在固相区、固液两相区、液相区3个区域，铸坯凝固过程中成分偏析发生在固液两相区，在两相区内进行着形核和晶核的长大过程，铸坯的凝固就是两相区由固相区向液相区不断推进的过程，两相区的宽度主要取决于钢液的结晶温度范围和凝固前沿熔体中的温度梯度；两相区宽说明冷却强度小，固液界面温度梯度小，凝固速度慢，选分结晶进行的比较充分，成分偏析较严重，尤其是晶间偏析可能发展；相反，如果两相区宽度窄，说明冷却强度大，固液界面温度梯度大，凝固速度快，选分结晶进行不充分，碳及其它合金元素来不及扩散就已经凝固，铸坯中的成分不均匀性将得到改善，碳及合金元素的贫化带、富化带差异程度得到改善，降低了因成分不均匀对铁素体和珠光体析出分布的不利影响，轧材带状组织最终得到改善；而钢液凝固过程中两相区的冷却强度及温度梯度取决于连铸过程中二冷水比水量的大小，二冷比水量大，则两相区冷却强度大、温度梯度大，成分偏析小，轧后带状组织级别低；二冷比水量小，则两相区冷却强度小、温度梯度小，成分偏析严重，轧后带状组织级别高[2]。
（2）二次带状组织的影响因素
冷却速度增大会使带状程度减轻。目前国内外关于冷却速度对带状组织的影响机制已经做了很多的研究，但结论各不相同，因此其作用机制还不明确。Thompson等认为，随着冷却速度的增大，先共析铁素体形核的驱动力增大，贫溶质区与富溶质区的A r3温度差对带状组织的影响会减小；Rolf等认为碳由贫溶质区向富溶质区的扩散距离对带状程度有很大影响，而碳扩散的距离随冷却速度的增大而减小；Kirkaldy等认为临界冷却速度主要由贫溶质区与富溶质区的A r3温度差和化学偏析带间距决定；但是Majka等认为冷却速度的增大会使贫溶质区与富溶质区的A r3温度差减小，从而使带状程度减轻[1]。
关于带状组织产生的原因，Bastien提出：由于合金元素很难扩散均匀，在轧后的冷却过程中，合金成分会使A r3温度升高(如Si、P等)或降低(如Mn、Cr 等)，先共析铁素体会优先在A r3温度较高的地方产生，形成铁素体所排出的碳就会扩散到A r3温度较低的地方，使该区域的A r3温度进一步降低，导致在随后冷却的过程中直接发生珠光体转变。因此，贫溶质区与富溶质区的A r3温度差异是带状组织形成的前提条件[1]。
终轧温度对带状组织的影响是复杂的，因为终轧温度对组织的转变和晶粒度等都起着极其重要的作用。
热塑性变形使奥氏体的自由能和热力学不稳定性因晶格畸变而升高，同时增大奥氏体向该条件下更稳定相分解的趋势。对于亚共析钢，低于A r3点以下，析出相是铁素体，热变形的作用会使奥氏体分解的临界点提高，塑性变形对奥氏体固溶行为的作用可与冷却的影响相比，由于奥氏体固溶体过饱和的结果，在温度降至A r3与A ri之间，冷却导致奥氏体分解成铁素体，与冷却不同的是变形促使固溶到奥氏体中的原子扩散移动增加，这就是加速了奥氏体的分解。因此，凡是提高奥氏体品格畸变的轧制参数，都应当促使奥氏体向铁素体转变临界点提高，即变形诱导γ―α转变。终轧温度无疑对亚若析钢γ―α的开始转变温度产生影响。
加热过程中对组织的影响因素主要包括加热速度、加热温度、保温时间以及钢中的含碳量及合金元素、原始组织等。在快速加热情况下，向奥氏体转变的过热度很大，使得组织中铁素体、珠光体向奥氏体转变的速度加快，尤其在温轧珠光体边缘附近，由于碳原子的扩散距离短，使得该位置的奥氏体转变很快进行，同时在很短的保温时间内一定程度上抑止了转变后奥氏体的长大过程[3]。
冷却速度的增加，增大了相变驱动力，增加了形核点的数量，使相变更容易且在更短的时间内完成，由此可解释这种超细晶铁素体量随着冷却速度的提高而增多的现象[3]。
(1)终轧温度过高或过低都会得到带状组织，速越慢组织越严重[8]
(2)终轧温度及冷却速度都对铁素体晶粒尺寸有影响，在冷却速度一定的条件下，铁素体晶粒尺寸随着终轧温度的升高而增大，且终轧温度越高，铁素体品粒尺寸增速越快；在终轧温度一定的条件下，铁素体品粒尺寸随冷却速度的加快而减小[8]。
带状组织与成分偏析的关系
高温均热可以消除带状，其基本原理是利用原子的扩散来达到钢坯中成分的均匀，假设沿着与带状正交的直线上成分的变化是正弦波形的，则任一点X处的浓度分布规律为：
式中，c X为任一点X处的偏析元素浓度；c0为偏析元素的平均浓度；l为带状组织的偏析半波长。
在恒定温度下经时间t后任一点X处的浓度可表示为：
式(2)满足费克(Fick)第二定律：
在极值X=0，X=l，处，c-c0=0；而当t=0时
因此，结合式(2)、(4)知，当
时，带状振幅为原来振幅的一个分数，f为带状组织减弱倍数，由式(5)得：
式(6)两边取对数可得：
由式(6)可知，带状组织减弱倍数f和加热时间及偏析间距l的平方成指数关系，当扩散系数一定时，若要减弱带状组织即增大f就必须延长加热时间t或者减小原始偏析间距l，其中偏析间距l的作用效果更显著；式(7)为达到所要求带状程度时所需加热时间与偏析间距的关系[10]。
铸坯成分偏析强烈影响着带状组织的消除，在实际生产中要尽量减小枝晶间距。热轧过程中形成的组织偏析导致二次带状组织，实质上，二次带状组织仍然是凝固过程中成分的再次偏析，偏析组织影响着后期冷轧消除带状组织工艺。在相同的热轧后冷却条件下，热轧压下量大使珠光体等组织偏析半波长l减小，有利于后面热处理消除带状偏析，这和范建文等认为加大未再结晶区的钢材变形量可以减轻板材带状组织的结论一致[10]。
六、改善带状组织的方法
目前多数厂家把控制轧材带状组织级别的重点放在轧制或锻造的加热、冷却等工序上，但通过轧钢或者热处理对其进行改善的效果不明显，原因是合金元素在固相中扩散速度较慢，无法达到通过扩散改善成分偏析的方法来控制带状组织级别的目的。采用轧制或者后续热处理方式来解决带状组织级别高的问题，生产周期长，成本高，效果不理想，再次热处理时会出现反复的情况[2]。
连铸过程中铸坯冷凝的冷却工艺决定铸坯的成分均匀性，合理的冷却工艺可以得到成分均匀的铸坯，保证轧制、或锻造后得到组织均匀的钢材。随着二冷冷却强度的提高，铸坯中心碳偏析指数适当降低，可以有效改善铸坯宏观成分偏析，其轧材带状组织级别控制逐渐降低，钢材贫碳、富碳区域性不明显，即铁素体与珠光体呈均匀性分布，区域f生不明显，成分偏析不明显。
控制带状组织的途径
(1)调整加热制度，提高加热温度并延长加热时间，使形成枝晶偏析的元素(如Mn等)、残余碳化物扩散均匀，达到理想的奥氏体均匀化，同时使奥氏体的晶粒尺寸超过原始带状的条带宽度，以减轻原始带状[4]。
(2)控制合理的终轧温度，适当降低终轧温度(以接近A c3为宜)，细化奥氏体晶粒，以达到细化铁素体晶粒，从而加大其与富锰带间距之间的差别，减轻带状组织[4]。
(3)加大终轧后冷却速度，抑制碳在原始带状基础上的长距离扩散，消除或减轻铁素体和珠光体的带状组织。同时，必须考虑由于冷却速度过大引起的魏氏组织缺陷[4]。
低碳合金钢热处理加热温度，一般都在950℃以下，因此不可能消除带状组织中的合金元素偏析。但是可采用电渣重熔，增大钢液结晶速度、增大锻造比。提高终轧（锻）温度和扩散退火等技术来避免或减轻[6]。
虽然常用热处理不能消除合金元素偏析，但可使碳趋于均匀化，在这种情况下，如果采用较快的冷却速度，使过冷奥氏体在较低温度下转变，碳不能或不能充分扩散到碳化物形成元素富化区，因而可以看不出（如淬火）或改善（如等温正火）带状组织形貌，但合金元素偏析的危害依然存在，如果再加热奥氏体化缓冷，仍然会形成带状组织[6]。
铁素体一珠光体带状组织的控制措施
从带状组织形成机理可知，控制带状组织形成的关键是在凝固过程尽量减少成分的不均匀导致的枝晶偏析及后续的轧制冷却过程抑制成分、组织的进一步偏析。只要控制好各区域的成分均匀，就使带状组织失去了形成的决定性的条件，另外在后续的控轧控冷过程控制先共析铁素体的析出量及先共析铁素体析出的均匀性，从而抑制带状组织的形成。带状组织可以通过冶炼和轧制两个生产工序加以控制，在冶炼过程中可采取的措施有：1)调整化学成分，在保证微合金钢性能的前提下，尽量降低C含量，因为C是钢中最容易引起成分偏析的元素。降低P、S含量，进行精炼处理，甚至真空处理降低杂质物含量，极大的抑制钢水凝固时的树枝晶发展。2)采用低过热度钢水浇注，钢液快速凝固，使低熔点杂质来不及聚集，从而减轻成分偏析，采用动态软压下或电磁搅拌等降低中心偏析程度[11]。
而在控轧控冷过程中可采取的措施有：1)降低终轧温度，会引起A r3温度的升高，提高钢中的形变能而诱发先共析铁素体的形核，减小低锰带和高锰带的A r3点温度差异，从而使得各变形带的先共析铁素体析出不同时性减小，降低或消除带状组织；终轧温度低，形核率较高，内部变形带增加，相应的铁素体形核率增加，这样在相变后由于晶间吸附了一定量的碳原子，会降低富锰带碳原子的富集，最终减轻了对富锰带发生铁素体转变的抑制作用。林大为等通过试验分析建立了相对铁素体晶粒尺寸与带状组织的带间距、带状密度的关系，表明采用适当的终轧温度，改变了相对晶粒尺寸而影响带状组织的形成。但是过低的终轧温度也会加重带状组织的形成。2)轧后加速冷却，加速相变过程，不给C原子充分扩散时间，使带状组织来不及形成，从而减轻带状组织的形成。研究表明，通过理论公式计算临界冷却速度及相应的试验验证，表明不同材料及不同的厚度规格对应着一个带状组织较轻的临界冷却速度。3)N b、Ti的碳、氮化物在高温奥氏体相中弥散析出，这些弥散析出的第二相质点为奥氏体向铁素体相变提供了条件，促进了铁素体的均匀形核。所以Nb、Ti微合金化钢相变过程中，在晶界和第二相质点处同时产生铁素体晶核，因而相变后无明显带状组织[11]。
另外，对于钢板中出现的严重带状组织，通过后续的离线热处理可以得到很大程度的减弱或消除，采用的主要热处理工艺是高温长时间的退火[11]。
1.1高温扩散+正火
高温扩散+正火热处理工艺是比较常规的消除带状组织的工艺方法。高温扩散的实质是通过高温下长时间保温，使锻件中各合金元素扩散均匀，在随后的冷却再结晶过程中就不会形成铁素体一珠光体带状组织。高温扩散退火的加热温度T由式(1)确定，保温时间t由式(2)确定。钢材随炉冷到650~600℃，奥氏体分解完全后，出炉空冷。在600℃以下缓冷会出现脆性，使材料韧性降低，同时也影响炉子的利用率和热效率[12]。
T=A c3(或A c cm)+(150～250 )(℃) (1)
t=8.5+Q/4(h)或t=122-T/10+Q/4(h) (2)
式中：Q是装炉量，t；T是加热温度，℃。
高温扩散退火后，工件容易被氧化；另外，由于在高温长时间保温，晶粒长大比较严重，要求进行一次正火处理来细化晶粒，正火加热温度一般为A c3(或Ac cm以上30~50℃，通过适当时间保温后空冷。实际上钢厂很少对钢锭进行单独的扩散退火处理，大多是在锻轧前钢锭加热时，适当的延长保温时间，既达到扩散退火的目的，又简化了工序[12]。
1.2控轧、控冷工艺
控轧、控冷(TMCP)技术对减轻或消除带状组织具有明显的效果。钢中各相A r3(或Ar cm)不等是形成带状组织的先决条件，但轧后钢板带状组织是否出现取决于轧制条件和冷却条件旧。该工艺的关键参数包括开轧温度、终轧温度、奥氏体再结晶区压下率、轧后至卷取温度前冷却速度以及卷取温度等。终轧温度不同，将改变轧后奥氏体晶粒尺寸，故终轧温度对带状组织有显著影响[12]。
1.3等温正火
等温正火工艺通过严格控制加热冷却过程中的冷却速度，可以抑制带状组织的产生。该工艺的原理为：将工件加热到Ac3或Ac cm以上30~50℃，保温适当时间。以合适的方式快冷到珠光体转变区某一合适温度，并在此温度下保温，使不同零件和同一零件的不同部位温度均匀化。在该温度下均匀地完成铁素体+珠光体转变，随后在空气中冷却[12]。
1.4合理锻造工艺
1.5其它
低过热浇注、电磁搅拌等
六、带状组织对我司ML20MnTiB性能的影响
根据检验显示盘条的表面质量很好，造成盘条冷镦开裂的原因主要是面缩率低。而带状组织的存在使钢的组织不均匀，降低钢的塑性和断面收缩率。所谓带状组织就是指沿钢材轧制方向形成的，以先共析铁素体为主的带与以珠光体为主的带彼此堆叠而成的组织形态[9]。
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钢中带状组织的影响因素及改善方法
钢中带状组织的影响因素及改善方法 带状组织是钢材内部的一种缺陷，可分为一次带状组织和二次带状组织。前者是在冶炼过程中，由于钢水凝固时产生枝晶偏析所形成的原始带状组织；后者是钢材在热加工后冷却所产生的沿轧制方向平行排列、成层状分布、形同条带的组织。 带状组织的存在使钢的组织不均匀，并严重影响钢材性能，降低钢的塑性、冲击韧性、断裂韧性和断面收缩率，造成冷弯不合、冲压废品率高；热处理时钢材容易变形、淬火开裂。其影响因素及改善方法是： 1、连铸工艺 钢材轧后出现的带状组织主要来源于连铸坯中产生的枝晶偏析，控制连铸坯的枝晶偏析和促进元素的均匀分布是减轻或消除带状组织的有效方法。从连铸工艺方面来看，扩大等轴晶区的范围和获得细小的二次枝晶能有效控制枝晶偏析。通过合理控制浇注温度并保持恒定的速度浇注能有效增大等轴晶区域；另外，采用末端电磁搅拌，利用感应磁场产生的电磁力破碎树枝晶，使其作为等轴晶核心长大，能有效控制连铸坯的中心偏析；还有，制定合理的二冷工艺，控制二冷区各段冷却水量的大小，可以控制连铸坯表面温度，使连铸坯冷却均匀，也可以得到大区域的等轴晶。 2、轧钢工艺
一次带状组织是在连铸过程中出现的，但采用合理的轧钢工艺可有效抑制二次带状组织的出现。轧钢工艺中加热制度、开轧温度、变形量、终轧温度和冷却速度等参数尤为重要。 通过铸坯加热，可对铸态组织的成分偏析起到均匀化作用，也可以降低轧制过程的变形抗力，在允许的条件下，都尽可能采用较高的加热温度，而且还要保证足够的加热时间。另外，奥氏体未再结晶区大压下量轧制法不仅对材料的带状组织减轻有利，而且还有细化晶粒的作用；同时冷却速率也是改善带状偏析的关键因素，随着冷却速度的增加，带状组织级别减轻或消除。 3、热处理工艺 通过合理的热处理能有效减轻带状组织的级别。钢在退火过程中，由于随炉冷却，使先共析铁素体析出充分，加重带状组织级别。在正火过程中，冷速较快，可以减轻带状组织。 采用等温正火工艺可有效抑制带状组织的产生，将钢材加热到Ac3或Acm以上30-50℃，保温一段时间，快速冷却到珠光体转变区的某一温度，然后进行保温使其完成铁素体和珠光体的均匀转变，随后在空气中进行冷却。另外，采用“高温固溶＋球化”工艺将钢材加热到Ac3以上160-200℃，通过较高的温度保温，得到成分均匀的单相奥氏体，之后极快冷却到马氏体的转变温度区域抑制铁素体的先析出，然后进行等温正火的处理，最终细化带状组织。 从近年来对带状组织现状的研究分析来看还应进一步深入研究带状组织的形成机理，研究成分偏析与夹杂物的种类、形貌、分布对
带状组织对材料性能影响的评估报告(建文)
安洛线带状组织对管材性能影响的 评估报告 前言 安钢就“安阳——洛阳天然气管道工程项目”于年月开始向华油钢管厂供应×板卷，在月份供货的板卷中出现部分炉批带状组织为级，未通过华油管厂入厂检验（技术要求不大于级）。为弄清成因及其对钢管的影响，华油管厂与安钢共同对钢的成分、组织、母材及钢管的性能等进行了分析，并试制一根带状组织为级的钢管进行常规性能检测及试验，以评估级带状组织的原料能否满足管道工程要求。 带状组织状况 带状组织的定义及评级 钢的带状组织是指奥氏体冷却时不同的转变产物呈带状分布的特征。 华油管厂对带状组织的评级标准采用的是《西气东输二线管道工程用热轧板卷技术条件（）》中的附录，带状组织的级别是以、珠光体组织条带、贝氏体带的条数，同时根据其在视域内的贯穿程度、连续性以及夹杂物的相关性评定的。 图的带状组织级别评定为级，即为华油管厂对某炉入厂检验的评定结果。 图华油管厂对带状组织检测的金像照片
带状组织的成因 在中石油管材所出版的《高强度微合金管线钢显微组织分析与鉴别图谱》一书及文献[]中均指出，对于管线钢这类低碳钢，带状组织产生的根本原因在于成分偏析，连铸坯在凝固过程中碳和其他元素一起发生偏析而富集在枝晶间，在热轧再加热时，碳能相对均匀化，而其他元素均匀化却很困难，造成钢中各区域化学成分的不均匀，经轧制后变为条带偏析。有些资料表明在偏析严重的情况下，带上的合金含量可比基体高出～倍。 为考查带状组织成因，选取带状级别为级的金相组织（炉号为）做分析，在条带和基体上各取个点进行了能谱分析，如图所示，分析结果如下： 图 能谱分析取点示意图 条带点 : 条带点:
低碳钢带状组织
低碳钢零件中带状组织的成因、危害和避免 消除工艺设计 摘要：研究了低碳钢零件在热加工过程中带状组织形成的主要原因，讨论了带状组织的存在对低碳钢零件的力学性能、塑性成形性能以及其它性能的的影响。带状组织中的元素偏析, 在常规退火、正火、淬火、渗碳加热条件下难以消除。采用电渣重熔、快速结晶、增大锻造比和扩散退火等技术, 可以减轻或避免钢材带状组织的形成。通过推导控制热加工冷却速度消除带状组织的冷却速度公式，提出了通过控制热加工冷却速度，以及通过高温扩散退火（+1-3次正火）来避免和消除低碳钢零件中带状组织的工艺控制措施。 关键字：低碳钢带状组织冷却速度扩散退火 1.引言 低碳钢零件有各种机械用途，在实际应用过程要求具有较高的力学性能。然而在实际生产中，我们却经常发现低碳钢零件在热加工后存在带状组织。如带状组织是钢管中的一种缺陷组织,当带状组织严重时,钢管的力学性能出现明显的各向异性,使钢管横向断面收缩率降低较多,纵向冲击功与横向冲击功约相差一倍, 钢管的塑性或韧性达不到技术标准的要求。因此,探索消除或减轻低碳变形钢中带状组织的热处理工艺是非常迫切的任务。 2.低碳钢带状组织形成的原因 在含碳量为0. 10% ~0. 35%的低碳钢材料在冶炼浇注后绝大部分要经过热塑性变形(热轧、热锻、热扩)后,方可成为型材。但是，加工后的低碳钢零件容易得到沿着变形方向，形成珠光体和铁素体呈带状分布的组织，即形成带状组织。低碳钢零件形成带状组织的原因各不相同，归纳起来大致有2种原因： （1）由成分偏析引起的带状组织，即当低碳钢零件中含有一定数量的夹杂物，压延时，夹杂物沿压延方向程流线分布。当低碳钢零件冷至Ar3以下时，这些杂质就成为先共析铁素体成核的核心，使先共析铁素体先在夹杂物周围生成，形态呈带状分布，随后剩余奥氏体转变成珠光体，在室温金相显微镜下观察,铁
钢材带状组织的产生原因及消除方法
钢材带状组织的产生原因及消除方法 摘要本文依据钢材产生的带状组织的基本原理，结合公司生产实际情况，参考有关文献，经过分析，得出了钢材带状组织的产生原因，并依此制定出相应的改进措施。 关键词钢材；带状组织；产生原因 0 引言 钢材存在的带状组织是常见的一种缺陷，然而带状组织缺陷问题却影响了钢铁公司的正常生产经营，一方面在公司内部发生了相当数量的由于带状组织不合所造成的废品，另一方面顾客用户提出产品质量异议，导致退货或索赔，这些都给企业产品信誉和经济效益带来了相当大负面影响。 研究证明亚共析钢冷却室温后，显微组织均是由铁素体和珠光体组成，经完全退火的亚共析钢，它的显微组织由铁素体与珠光体组成，正常情况下根据钢的含碳量按一定比例以无规律的混合状态存在，钢的含碳量越高，则珠光体量越高，而铁素体量越少，在热轧钢材上获取与轧制方向平行的截面上的试样，显微组织往往能看到沿轧制方向延伸了的交替排列的带状铁素体与带状珠光体的组织，这种组织在合金钢中最常见。 1 带状组织的成因和影响 1）钢中除C以外的合金元素和杂质的偏析，是形成带状组织的原因。因钢液在铸锭结晶形成的化学成分是不均匀分布的枝晶组织，铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长并逐渐与变形方向一致，因此形成碳等元素的贫化带。当钢中含有硫等害杂质时，因硫化物凝固温度较低，凝固时多分布在枝晶间隙，压延时杂质沿压延方向延伸，当钢材冷Ar3（冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度）以下时，这些杂质就形成了铁素体形核的核心使铁素体形态呈带状分布，当温度继续降低时，珠光体在余下的奥氏体区域中形成，也相应地成条状分布，形成带状组织，成分偏析越严重，形成的带状组织也越严重； 2）因钢材热加工温度不当引起。钢材在热加工停锻温度（在停锻时锻件的瞬间温度）低于二相区时（Ar1（冷却时奥氏体向珠光体转变开始温度）和Ar3之间），此时铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，还没有分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1时带状奥氏体转化为带状珠光体。人们了解到这一点已相当久了。但是却没有弄明白偏析元素是通过什么样的机理使铁素体与珠光体成析出的。某XX公司技术部门对各种偏析层的试样进行了研究，提出了关于带状组织成因的如下推测。该部门认为，向P等提高铁素体开始析出温度的元素，或者像Mn、Ni、Cr等降低铁素体开始析出温度的元素，由于它们沿轧制方向成带状偏析，而引起带状组织，如果P成为带状偏析，就会使偏析部分的铁素体析出温度升高，所以铁素体就在那里成核长大。在铁素体增多的同时，C被排
H13钢的带状组织及其消除方法
H13钢的带状组织及其消除方法 王玉峰 刘宗昌 范文宝 (内蒙古科技大学材料与冶金学院,包头 014010) 【摘要】 通过对H13钢进行高温淬火和高温退火处理,研究了不同温度、不同冷速对带状组织的影响,得出采用高温奥氏体化处理和快速冷却的方法可减轻和消除带状组织。 【关键词】 H13钢 带状组织 消除方法 热处理工艺 作者简介:王玉峰,女,内蒙古科技大学高级工程师,主要从事金属材料及磁性材料研究。E 2mail :wy f77@ey ou 1com THE BAN D STRUCTURE OF H 13STEE L AN D ITS E LIMINATION METH OD Wang Y u feng Liu Z ongchang Fan Wenbao (Material and Metallurgy School ,UST Inner M ong olia ) 【Abstract 】 The H13steel was treated by the processes of high tem perature quenching and high tem perature annealing.The in fluence of different tem peratures and cooling rates on the band structure was studied.The band structure could be weaken and eliminated by high tem perature austenization and rapid cooling treatment. 【K ey Words 】 H13Steel ,Band Structure ,Elimination Method ,Heat Treatment Process 1 概 述 H13钢是一种使用温度一般在600℃以下的中 耐热韧性钢,它既有3Cr2W8V 钢的高温性能, 5CrMnM o 的高韧性特点,也具有一般热作模具钢要求的热硬性、热强性、抗回火稳定性、耐磨性、抗热疲劳性等。现已在锤锻模、挤压模、压铸模、模锻模等模具领域得到广泛应用。H13钢铸锭由于表面和心部冷却速度不同,造成表面组织细小均匀,心部组织晶粒粗大,并混有带状组织,严重影响锻件的性能和最终热处理质量。为此,分析带状组织的成因和采取消除措施十分必要。2 实验方法及实验方法211 实验材料本次实验用材料是上海宝钢提供的工业用H13钢。它的化学成分如表1: 表1 实验用钢(H13)的化学成分 (质量百分数,%) C S S i Mn P Al Cr V M o 0136 <01002110820165601014 -5137 0198 1118 试样尺寸为15mm ×15mm ×20mm ,用HRC -150型洛氏硬度计测定硬度,ZEISS C A25型金相显微镜观察、拍摄金相组织。按G B ΠT l3299-91评定带状级别。212 热处理试验 将试样在高温箱式炉进行处理,处理工艺如图1所示。试样分别加热到1200、1250、1300℃,保温2h 后,采用炉冷和油冷二种方式冷至室温。 图1 退火处理工艺 3 试验结果和讨论 第27卷 第6期 上 海 金 属 V ol 127,N o 16 392005年11月 SH ANGH AI MET A LS N ovember ,2005
含锰结构钢中带状组织及其对力学性能的影响.
研究与开发 含锰结构钢中带状组织及其对力学性能的影响 张鹏远, 隋晓红, 苏洪英, 谢广群, 马慧霞(鞍钢股份有限公司技术中心, 辽宁鞍山114009 摘要:对含锰结构钢中带状组织的形成演化规律及对冷轧板力学性能的影响进行了研究。结果表明, 钢板中的带状组织是由连铸过程中元素的中心枝晶偏析所致。带状组织的存在对冷轧板的强度无明显影响, 但使冷轧板的塑性显著降低, 从而影响产品的使用性能。采取控制连铸时钢水的过热度、加大电磁搅拌等措施, 可减轻铸坯的中心偏析, 遏制带状组织的形成。 关键词:枝晶偏析; 带状组织; 变形; 强度; 塑性 中图分类号:TG142 文献标识码:A 文章编号:1006-4613(2010 05-00-00 Banded Structure in M n -bearing Structural Steel and Its I nfluence onM echanical Properties Zhang Pengyuan , SuiX i a ohong , Su H ongy ing , X i e Guangqun , M a H uix i a (TechnologyCenter of Angang S teel Co . , Ltd . , Anshan 114009, Liaoning , China Abst ract :The evo l u tion la w for f o r m i n g the banded struct u re in M n-beari n g structural steel and the i n fl u ence of the str ucture on m echan ica l properties of a cold rolled steel sheet are st u died . The results sho w that the banded structure i n the stee l sheet is caused by central dendrite segregation of ele m en ts i n steel duri n g conti n uous casting process . The sa i d structur e has no obv ious effect on the strength o f the co l d ro lled steel shee, t but t h e e l o ngation o f the sheet is decreased so m uch that the serv ice perfor m ance of the co l d ro ll e d pr oduct is i m pacted . A fter takin g suc h m easures as con tro lling the
低碳钢中带状组织的成因、危害和消除
欢迎访问中国金相分析网 您现在位置：专题分析与讲座 >> 带状组织分析 低碳合金钢中带状组织的成因、危害和消除 刘云旭 (吉林工学院材料工程系，长春 130012) 摘 要：研究了低碳合金钢中带状组织和混晶组织形成的原因、对钢材质量的影响和消除方法。结果表明，这两种组织主要是钢中的成分偏析引起的，而且常成因果关系。带状组织会降低钢的力学性能、切削加工性能和塑性成形性能，带状组织中的合金元素偏析，在常规退火、正火、淬火、渗碳加热条件下难以消除。采用电渣重熔、快速结晶、增大锻造比和扩散退火等技术，可以减轻或避免钢材带状组织的形成。 关键词：低碳合金钢；带状组织；混晶组织 1 引言 低碳合金钢(包括渗碳钢)中的带状组织是指沿钢材轧制方向形成的，以先共析铁素体为主的带与以珠光体为主的带彼此堆叠而成的组织形态[1，2]。混晶组织是指在热处理加热奥氏体化后获得了大小相差悬殊，粗细晶粒共存的组织形态。它们都是经常出现的钢材的缺陷性组织。由于我国的一些机械制造企业，对这种缺陷性组织的危害认识不足，材料入厂对其未作检查，而在产品加工过程中或制成后，因带状组织超标、混晶组织严重，满足不了用户要求时，在对热处理能否消除这种组织缺乏理性认识的情况下，要求热处理部门予以解决，并要求设备制造工厂带有消除或改善这种组织功能的预先热处理设备，常因达不到要求而发生纠纷。应一些企业之约撰写此文，拟从这种缺陷性组织形成原因，对制件的危害和减轻或消除技术等方面予以说明。 2 试验 试验用钢为汽车渗碳齿轮常用的低碳合金钢，其钢号及化学成分列于表1。 从30CrMo钢汽车齿轮锻坯切取试样，平行轴线方向的显微组织如图1所示，可以看出带状组织形貌，其中白色为先共析铁素体，灰黑色为细珠光体加贝氏体。将此试样经1000℃×1h→640℃×1h等温处理，其显微组织如图2所示。可以看出，已无贝氏体，但带状组织形貌仍然存在，而严重程度有所减轻。 图1 30CrMo钢锻坯的显微组织 ×250 图2 30CrMo钢等温正火后的显微组织 ×100将具有带状组织的试样，进行930℃×4h气体渗碳淬火，用热侵蚀法显示原奥氏体晶粒，其形貌如图3所示。可以看
带状组织对材料性能影响的评估报告
安洛线L415MB带状组织对管材性能影响的 评估报告 0 前言 安钢就“安阳——洛阳天然气管道工程项目”于2010年1月开始向华油钢管厂供应7.1/8×1350mm L415MB板卷，在3-5月份供货的板卷中出现部分炉批带状组织为3.5级，未通过华油管厂入厂检验（技术要求不大于3级）。为弄清成因及其对钢管的影响，华油管厂与安钢共同对钢的成分、组织、母材及钢管的性能等进行了分析，并试制一根带状组织为3.5级的钢管进行常规性能检测及HIC试验，以评估3.5级带状组织的原料能否满足管道工程要求。 1 带状组织状况 1.1 带状组织的定义及评级 钢的带状组织是指奥氏体冷却时不同的转变产物呈带状分布的特征。 华油管厂对带状组织的评级标准采用的是《西气东输二线管道工程用热轧板卷技术条件（Q/SY GJX 0101-2007）》中的附录D，带状组织的级别是以M/A、珠光体组织条带、贝氏体带的条数，同时根据其在视域内的贯穿程度、连续性以及夹杂物的相关性评定的。 图1的带状组织级别评定为3.5级，即为华油管厂对L415MB某炉入厂检验的评定结果。
图1 华油管厂对230#带状组织检测的金像照片 1.2 带状组织的成因 在中石油管材所出版的《高强度微合金管线钢显微组织分析与鉴别图谱》一书及文献[1]中均指出，对于管线钢这类低碳钢，带状组织产生的根本原因在于成分偏析，连铸坯在凝固过程中碳和其他元素一起发生偏析而富集在枝晶间，在热轧再加热时，碳能相对均匀化，而其他元素均匀化却很困难，造成钢中各区域化学成分的不均匀，经轧制后变为条带偏析。有些资料表明在偏析严重的情况下，带上的合金含量可比基体高出1～2倍。 为考查带状组织成因，选取带状级别为3.5级的金相组织（炉号为L004681）做SEM分析，在条带和基体上各取4个点进行了能谱分析，如图2所示，分析结果如下：
带状组织
由于钢液在铸锭结晶过程中选择性结晶形成化学成分呈不均匀分布的枝晶组织，铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长，并逐渐与变形方向一致，从而形成碳及合金元素的贫化带(实质上是条)和贫化带彼此交替堆叠，在缓冷条件下，先在碳及合金元素贫化带(过冷奥氏体稳定性较低)析出先共析铁素体，将多余的碳排入两侧的富化带，最终形成以铁素体为主的带；而碳及合金元素富化带(过冷奥氏体稳定性较高)，在其后形成以珠光体为主的带，因而形成了以铁素体为主的带与以珠光体为主的带彼此交替的带状组织。成分偏析越严重，形成的带状组织也越严重。 强化锻造工艺,如为碳化物带状,要采用二轻一重锻法,即在始锻温度与终锻温度四周要采用轻击,以防工件开裂.在温度中间值采用重击,加大锻造比,一般采用六面锻造成.形,将带状组织击碎. 退火温度:碳化物带状为AC1以上30--70度,保温3---5小时,然后在680---770度(根据钢种合理选取温度)保温4---8小时,炉冷至500--550出炉即可,谓之等温球化退火. 近年来发展起来的锻后淬火,然后高温回火对大碳化物,及不严重带状组织有一定的细化效果.使工件的晶粒细化,增加了工件的韧性和耐磨性. 铁素体带状组织可采用高温退火,正火,及扩散退火后快冷来解决高温退火及正火用AC3+30--70,扩散退火温度再高些 假如是低碳合金钢锻件，建议采用等温正火工艺处理。 要消除带状只有做高温扩散退火才能达到，你可以反复拉拔后快冷可以有所改善 高温扩散退火，同时采用多次锻造的方法可消除 一般认为由于原材料原因造成的带状，等温正火也许可以适当降低，但是重新加热后缓冷，该带状还是无法消除。那么对于齿轮钢，最终热处理通常是渗碳后淬火＋低温回火。而由于最终热处理时重新加热，材料不均匀还是存在，也就是说锻后要求等温正火来降低带状我觉得没有太大意义，我觉得控制原材料的带状（主要是控制P等元素偏析）意义更大。国外检测原材料的带状是检查淬火态的硬度，看硬度散差，我觉得这种意义应该更大一些！ 一般可以采用退火和正火的工艺改善． 带状组织是一种原材料缺陷，这不是热处理所能解决的问题。扩散退火只能解决晶内偏析，并不能根除带状组织，这是因为原子在固态下移动的距离有限 正火对≥3级带状组织（仅对成分偏析）很难改善，只要一退火，立马恢复。 扩散退火时间太长，成本又高，又不一定根除。 锻造只能改变带状组织的分布方向。 这样的重新锻造 理论说高温扩散退火可以,实际中有很大危害,晶粒粗化严重,甚至出现石墨化。
实验四 钢中带状组织、魏氏组织、游离渗碳体的组织观察与检验
实验四钢中带状组织、魏氏组织、游离渗碳体的组织观察与检验 (验证性) 一、实验目的及要求 1．掌握钢中带状组织组织的观察与检验。 2．掌握钢中魏氏组织的观察与检验。 3．掌握钢中游离渗碳体的观察与检验。 二、实验原理 1、带状组织的形成原因、危害及消除 经过完全退火的亚共析钢，它的显微组织由铁素体和珠光体组成。通常，铁素体与珠光体按钢的含碳C量不同，按一定的比例以无规律的混合状态存在。然而，在实际的轧材中，与轧制方向平行的截面上往往会出现带状的铁素体和珠光体。这种组织在合金钢中最常见。铁素体和珠光体成带状出现的组织叫带状组织，也叫纤维组织。钢的带状组织由枝晶偏析引起的一次带状即原始带状,而固态相变产生的显微组织带状即二次带状，只有在一次带状的基础上才能形成二次带状。实际上，我们一般所观察到的带状组织系热加工后的冷却过程中高温奥氏体沿加工方向延伸的原始枝晶偏析基础上相变形成的二次带状。 带状组织的成因各不相同,但主要有以下2 种原因。 a）由成分偏析引起。由于钢液在铸锭结晶过程中选择性结晶形成的化学成分呈不均匀分布的枝晶组织，铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长，并逐渐与变形方向一致，从而形成碳等元素的贫化带。当钢中含有硫等有害杂质时,由于硫化物凝固温度较低，凝固时多分布在枝晶间隙，压延时杂质沿压延方向伸长。钢中除C 以外的合金元素和杂质元素的带状偏析，是形成带状组织的原因。理论研究认为，P等元素提高铁素体的开始析出温度，Mn、Cr、Ni等元素降低铁素体的开始析出温度。由于P、Mn、Cr、Ni等元素在冶炼后沿轧制方向上的带状偏析，铁素体和珠光体在后序相变时形成带状，产生带状组织。当钢材冷至Ar3 (冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度) 以下时,这些杂质就成为铁素体形核的核心使铁素体形态呈带状分布。当温度继续降低时,珠光体在余下的奥氏体区域中形成,也相应地成条状分布,形成了带状组织。成分偏析越严重,形成的带状组织也越严重。碳素钢带状组织的存在多数是由成分偏析引起。例如，若P元素成带状偏析，则在偏析区内铁素体的开始析出温度升高，铁素体首先在高P区成核长大。与此同时，C元素被排挤到大部分尚处于奥氏体状态的偏析区外侧的低P区，在此区富聚而转变成珠光体组织。结果，高P区转变成带状铁素体，低P区转变为带状珠光体。同理，Mn、Cr、Ni等元素降低铁素体的开始析出温度，其偏析区外侧的铁素体首先形核长大。C元素被排挤到铁素体析出温度比较低的、大部分尚处于奥氏体状态的偏析区内，在该区内富聚并转变为带状珠光体。 b）由热加工温度不当引起。热加工停锻温度(在停锻时锻件的瞬时温度) 于二相区时(Ar1 (冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度) 和Ar3 之间)，铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1 时带状奥氏体转化为带状珠光体。 一般来说：带状组织使钢有明显的各向异性，在垂直于轧制方向（即垂直于带状组织方向）的伸长率δ、断面收缩率ψ及冲击韧度αk降低。带状组织对钢的屈服点σs和抗拉强度σb影响不大。 带状组织的消除方法：铸造过程中控制钢水过热度、电磁搅拌等方式从坯料源头减轻或
浅谈合金渗碳钢带状组织
浅谈合金渗碳钢带状组织 肖杨 攀钢集团四川长城特殊钢股份有限公司 摘 要 本文介绍了高淬透性渗碳钢12Cr2Ni4A带状组织的形成原因,弄清了带状的实质,给出了控制其带状级别的行之有效的方法。 关键词 合金渗碳钢 带状组织 一次带状 二次带状 Discussion on Banded Structure o f Carburizing Alloy Steel Xiao Yang Sichuan Changcheng Special Steel Comp any,Pan gang Group A bstract This p aper introduced the reason f or the formaion o f caused banded structure of high harden abilitycar buriz ing steel12Cr2N i4A, made it clear what the banding was,giving an e ffective method f or contr olling ban din g structure s grade. K e y Words Alloy ca r burizin g steel,banded structure,Primary banding,Secondna ry banding 引言 12Cr2Ni4A钢经渗碳并淬火回火后,不但表面有很高的强度,而且心部强度和韧塑性配合得很好。一般来说,此钢渗碳层中残余奥氏体较多。渗过碳的零件在加热到830~850并于260~330的硝盐中冷却,随后加热到500均热约1h后油冷,这种处理能有效地改善渗碳层组织,其变形量也较小。等温淬火和降温处理也能得到很好的渗层组织和心部性能。该钢适宜焊接(焊后应退火);切削加工性约50%,此钢有回火脆性和形成白点的倾向。此钢淬透性好,通常用于制造负荷较高而又要求有良好韧性的重要零件如齿轮、轴等零件。但低渗碳钢的带状组织又是其质量检验的重要项目之一,它的条带组织影响渗碳效果,造成组织不均。鉴于此,该钢技术标准要求退火状态下带状组织! 2.0级,因此,需要弄清带状组织产生的原因、实质,从而有效地控制其级别,提高钢材的合格率。 1 产生带状组织的原因、实质 众所周知,若钢在铸态下存在严重的夹杂物偏析或热变形加工时的温度过低,则在钢中常出现沿变形方向呈带状或层状分布的显微组织,即带状组织。钢的带状组织由枝晶偏析引起的一次带状即原始带状,而固态相变产生的显微组织带状即二次带状,只有在一次带状的基础上才能形成二次带状。实际上,我们一般所观察到的带状组织系热加工后的冷却过程中高温奥氏体沿加工方向延伸的原始枝晶偏析基础上相变形成的二次带状,并可以通过热处理来改变的。 带状组织的概念对不同的钢材有不同的含义,对低碳合金渗碳钢而言,一般均指组织带状。不同的资料对组织带状的区别做了如下陈述:带状组织是经过热加工后,低碳结构钢显微组织中铁素体和珠光体沿加工方向平移,呈层状分布的条带组织;而在亚共析钢中则是在枝晶偏析的晶轴和晶轴之间,在压力加工过程中延伸呈条带状,冷却后即形成铁素体较多和珠光体较多的条带相间的带状组织;亚共析钢中的带状组织是钢锭在凝固过程中形成的枝晶偏析(如硫、磷及合金元素的偏析)在加热过程时延伸,呈铁素体和珠光体交替的条带。以上三种定义均近似概括了低碳结构钢带状组织是与枝晶偏析相关的铁素体和珠光体条带。同时,原始带状的宽度和冷却速度是影响二次带状形成的两个重要因素。 ? 28 ?2005.No.3 特钢技术 2005年第3期 联系人:肖杨 助理工程师 四川江油(621704) 攀钢集团四川长城特殊钢股份有限公司技术中心 电话:(0816)3648420
一种显示原材料带状组织的新方法
一种显示原材料带状组织的新方法 张玲，李万和，李昭昆，仵永刚，陈治山 （洛阳ＬＹＣ轴承有限公司，河南 洛阳 ４７１００３） 摘要：将同一炉号的高碳铬轴承钢设计加工成４种不同形状的试样，对其进行磁粉探伤，结果表明：采用多台阶非对称塔形试样，可以更清晰更全面地显示原材料不同层面的带状碳化物，有利于减少废品率。 关键词：轴承钢；塔形试样；磁粉探伤；带状碳化物 中图分类号：ＴＨ１３３．３；ＴＧ１１５．２８＋４ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１０００－３７６２（２０１５）０６－００３６－０２ ＡＮｅｗＭｅｔｈｏｄｆｏｒＤｉｓｐｌａｙｏｆＢａｎｄｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＲａｗＭａｔｅｒｉａｌｓ ＺｈａｎｇＬｉｎｇ，ＬｉＷａｎｈｅ，ＬｉＺｈａｏｋｕｎ，ＷｕＹｏｎｇｇａｎｇ，ＣｈｅｎＺｈｉｓｈａｎ （ＬｕｏｙａｎｇＬＹＣＢｅａｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｈｉｇｈｃａｒｂｏｎｃｈｒｏｍｉｕｍｂｅａｒｉｎｇｓｔｅｅｌｆｒｏｍｓａｍｅｆｕｒｎａｃｅｎｕｍｂｅｒｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｔｏｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｆｏｕｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｈａｐｅｓ，ａｎｄｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｂａｎｄｅｄｃａｒｂｉｄｅｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｙｅｒｓｏｆｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｄｉｓｐｌａｙｅｄｃｌｅａｒｌｙａｎｄｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙｂｙｕｓｉｎｇｍｕｌｔｉ－ｓｔｅｐａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｔｏｗｅｒｓａｍ ｐｌｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｈｅｌｐｆｕｌｔｏｒｅｄｕｃｅｓｃｒａｐｒａｔｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｅａｒｉｎｇｓｔｅｅｌ；ｔｏｗｅｒｓａｍｐｌｅ；ｍａｇｎｅｔｉｃｐａｒｔｉｃｌｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ；ｂａｎｄｅｄｃａｒｂｉｄｅ ＧＣｒ１８Ｍｏ和ＧＣｒ１５ＳｉＭｎ是轴承制造中常用的材料，由于高碳铬轴承钢含有较高的合金元素，钢材冶炼冷却时形成的结晶偏析，在热轧变形时延伸形成了碳化物富集带，虽然经过原材料的轧制和扩散退火会有所减少，但该带状碳化物仍以不同形貌的不均匀组织残留在原材料中。对有特殊要求的轴承，规定磁粉探伤时不允许出现任何缺陷磁痕［２］，不能通过超精加工等方法进行消除的磁痕成品为不合格品。虽然常规的进厂材料检验对碳化物的类型及级别进行了控制，且采用塔形试样对材料的发纹进行了检验，但缺少原材料棒料带状碳化物磁痕检验的有效方法。 为了减少或消除轴承成品零件因带状组织磁痕而导致的不合格品，对重点产品需加强原材料的磁粉探伤检验，从而满足用户的高品质需求。 １ 探伤试样的设计方案 选择直径为１１０ｍｍ的ＧＣｒ１８Ｍｏ圆棒料作为研究对象，其用于重点产品且使用量较大。制定 收稿日期：２０１４－０８－０８；修回日期：２０１５－０２－２０设计方案如下： （１）将原材料分别加工成圆片试样、半圆片试样、一般塔形试样及多台阶塔形试样； （２）针对不同试样分别采用不同的探伤方法进行探伤； （３）对检验结果进行对比，确定一种既能准确显示原材料带状缺陷又简单易行的方法，并将其用于重点轴承产品的原材料检验。 试验条件及结果 选用符合原材料进厂检验规程要求的同一炉号同一根热轧未退火圆棒料，机加工成４种形状，分别如图１～图４所示。探伤观察面技术要求：表面粗糙度Ｒａ≤１．６μｍ，所有观察面保持清洁。采用ＣＤＷ－４０００荧光磁粉探伤机对以上４种试样进行荧光磁粉探伤，分别检查其带状组织的分布情况，试验条件及探伤结果见表１，表中试样序号分别对应图１～图４中的试样类型。 试验方法 对４种试样进行荧光磁粉探伤在生产加工中均可得以实现，但原材料带状分布情况检查结果的准确性存在一定差异。 ＩＳＳＮ１０００－３７６２ＣＮ４１－１１４８／ＴＨ 轴承 ２０１５年６期 Ｂｅａｒｉｎｇ２０１５，Ｎｏ．６ ３６－３７，４１
20CrMoH钢锻件带状组织的消除及其硬度控制
《热处理》 ２００６年第２１卷第２期 ? ６４ ? ２０ＣｒＭｏＨ钢锻件带状组织的消除及其硬度控制 解平扣 （安徽六安江淮汽车齿轮制造有限公司， 安徽 六安 ２３７０１０） 摘 要： 分析了２０ＣｒＭｏＨ钢锻件带状组织形成的原因及其对力学性能和切削性能的影响；介绍了消除带状组织和控制锻件硬度的等温退火工艺；当加热规范、等温温度一定时，２０ＣｒＭｏＨ钢锻件的退火硬度主要 决定於风温和风冷时间。 关键词：带状组织；等温退火；硬度；风冷中图分类号：ＴＧ１４２．４１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８－１６９０（２００６）０３－００６４－００２ Elimination of Banded Structure in Forgings of 20CrMoH Steel and Its Hardness Control XIE P ing-kou (Jianghuai Automobile Gear Co., Ltd., Luan Anhui 237010) Abstract: The causes for formation of the banded structure in forgings of 20CrMoH steel and its effect on mechanical property and cutability of the forgings were analyzed . The isothermal annealing process to eliminate the banded structure and to control the hardness of forgings was introduced . When heating procedure and isothermal temperature are not varied , hardness of the forgings of 20CrMoH steel after the annealing will mainly depend on wind temperature and duration of wind cooling during the annealing. Key Words: banded structure; isothermal annealing; hardness; wind cooling 收稿日期：２００５－０４－１８ 作者简介：解平扣（１９７２－）， 男 ， 安徽六安人， 助理工程师。 ￣现场经验￣ １ 前言 ２０ＣｒＭｏＨ钢锻件齿坯和轴类在锻造时，易产生带状组织，从而影响了后道工序的加工和产品质量。按技术要求，锻件的组织应细小均匀，还要有适宜的硬度。为此，２０ＣｒＭｏＨ钢锻件应进行正火或等温退火，以使其组织和硬度符合要求。 ２ 带状组织的形成原因及对零件性能及后道工序的影响 ２．１ 带状组织的形成原因及对力学性能的影响 所谓带状组织是指亚共析钢中的珠光体和铁素体沿钢材的轧锻方向呈条带状分层分布的组织，其形成一般认为是钢锭凝固过程中形成的枝晶偏析，在热变形加工过程中延伸成珠光体与铁素体交替的条带。带状组织不仅影响锻件的加工性能，还影响锻件的力学性能，使力学性能呈现方向性，即降低垂直于带状方向的塑性和韧性，但对锻件的强度性能影响不大。 ２．２ 带状组织对后道工序的影响２．２．１ 对切削加工的影响 ２０ＣｒＭｏＨ钢锻件的原始组织应为呈等轴状均匀分布的珠光体和铁素体，带状组织是金属基体上分 布着软而韧的铁素体条带，将加速刀具磨损，恶化 工件表面粗糙度。 ２．２．２ 对渗碳处理的影响 如果预备热处理未能将工件中的带状组织消除掉，则在渗碳时，严重的带状组织会造成渗碳层深度和硬度不均匀。这主要是钢材中存在合金元素的偏析，致使不同区域的奥氏体稳定性不同，导致渗碳淬火后得到的残余奥氏体量不同，使硬度不均匀。同时，由于组织不均匀，成份偏析，致使渗碳层不均匀，即沿铁素体的渗碳层浅，沿珠光体的渗碳层深。 ２．２．３ 对淬火质量的影响 对带状组织严重的亚共析钢工件进行淬火时，在正常的淬火温度下，局部区域仍可能处在奥氏体、铁素体两相区，淬火后不仅会出现软点，还会出现奥氏体成分的不均匀，加剧同一零件各部分组织转变的不同时，增大了淬火应力，从而增大了零件的淬裂倾向。３ 带状组织的消除 通常带状组织都是通过退火或正火来消除。为消除２０ＣｒＭｏＨ钢锻件的带状组织，我们先后试验了
带状组织成因与控制
带状组织成因与控制 一、带状组织： 由于铸坯所固有的枝晶偏析，在轧制过程中，沿轧制方向形成铁素体和珠光体交替重叠的带状分布，称为带状组织。 二、成因： 1.主要原因：铸坯枝晶偏析。带状组织主要是由于铸坯在浇注过程中枝晶组织带 来的Mn、Si 等合金元素偏析造成的，其认为Mn偏析的影响更大。凝固枝晶组 织中，枝间Mn含量较高，枝干处Mn含量较低。由于加热和轧制过程中Mn偏 析保留下来或没有完全消除，造成扎后钢板在冷却相变前的奥氏体中形成贫Mn 带和富Mn带。因此，成分带状分布的结果造成了相变后钢板中铁素体和珠光 体带状组织。这种带状组织成因很难用热处理的方法消除。 2.由热加工温度不当引起的带状组织。即热加工停锻温度在二相区时（Ar1和Ar2 之间），铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被 割成带状，当冷却到Ar1时，带状奥氏体转变为带状珠光体。这种带状组织可 以通过正火或退火的方法加以消除。 三、控制： 1.控制钢水过热度。浇注温度低能提供大量的晶核，较早的阻止柱状晶生长导致 大的等轴晶区。一般控制钢水过热度20~30℃为宜。除严格控制中间包钢水的 浇注温度外，还可以采用在结晶器内喷吹金属粉末等措施，一方面起到微型冷 却剂的作用，消除过高的过热度，另一方面也起到形核剂的作用，作为结晶核 心，促进等轴晶形成。 2.采用电磁搅拌（EMS）。通过电磁力作用，打碎柱状晶，使树枝晶的碎片作为等 轴晶核心长大而扩大等轴晶区。 3.控制二冷却水量。降低二冷水量可使柱状晶宽度减少，等轴晶区宽度增加。 4.对连铸过程拉速的优化控制以及动态轻压下的使用等，也可减少连铸坯枝晶偏 析，进而对减轻热轧钢板的带状组织起到一定的作用。 5.合理的的加热制度，控轧控冷（TMCP）技术的应用，包括合理的开轧温度、终 轧温度、轧后冷却速度和冷却方式，以及奥氏体再结晶区和未结晶区压下量的 分配和道次压下量设定等，对减轻或避免带状组织有重要作用。 6.轧后较严重的带状组织可以通过高温扩散退火后正火+回火来减轻。
带状组织
带状组织 一、带状组织定义 若钢在铸态下存在严重的偏析和夹杂物，或热变形加工温度低，则在热加工后钢中常出现沿变形方向呈带状或层状分布的显微组织，称为带状组织。 低碳合金钢中的带状组织是指沿钢材轧制方向形成的，以先共析铁素体为主的带与珠光体为主的带彼此堆叠而成的组织形态[6]。 二、带状组织的形成机理 由于钢液在铸锭结晶过程中选择性结晶形成化学成分呈不均匀分布的枝晶组织，铸锭中的粗大枝晶在轧制时沿变形方向被拉长，并逐渐与变形方向一致，从而形成碳及合金元素的贫化带(实质上是条)和贫化带彼此交替堆叠，在缓冷条件下，先在碳及合金元素贫化带(过冷奥氏体稳定性较低)析出先共析铁素体，将多余的碳排入两侧的富化带，最终形成以铁素体为主的带；而碳及合金元素富化带(过冷奥氏体稳定性较高)，在其后形成以珠光体为主的带，因而形成了以铁素体为主的带与以珠光体为主的带彼此交替的带状组织。成分偏析越严重，形成的带状组织也越严重。 由于带状组织相邻带的显微组织不同，它们的性能也不相同，在外力作用下性能低的带易暴露出来，而且强弱带之间会产生应力集中，因而造成了总体力学性能降低，并具有明显的各向异性。 三、带状组织的形成条件 带状组织分为一次带状组织，和二次带状组织。一次带状组织由钢锭浇铸时树枝状偏析造成，二次带状组织由轧制或锻造过程中产生的。 形成带状组织的原因各不相同，归纳起来大致有2种原因： a．由成分偏析引起的带状组织。即当钢中含有磷等有害杂质，压延时，杂质沿压延方向伸长。当钢材冷至Ar3以下时，这些杂质就成为铁素体的核心使铁素体形态呈带状分布，随后珠光体也呈带状分布。这种带状组织很难用热处理的方法加以消除。 b．由热加工温度不当引起的带状组织，即热加工停锻温度于二相区时（Ar1和Ar3之间），铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1时，带状奥氏体转化为带状珠光体，这种组织可以通过正火或退火的方法加以消除。 四、带状组织对金属基体性能的影响 带状组织的存在使钢的组织不均匀，沿带状组织的方向明显优于其垂直方向，并影响钢材性能，形成各向异性，特别是横向塑性和韧性明显降低，使材料
低碳钢零件中带状组织的成因及其危害、避免与消除工艺设计
低碳钢零件中带状组织的成因及其危害、避免与消除工艺设计 摘要：分析了低碳钢零件在热加工过程中形成带状组织的主要原因，讨论了带状组织的存在对低碳钢零件性能的影响，推导通过控制热加工冷却速度消除带状组织的冷却速度公式并提出了通过控制热加工冷却速度以及高温扩散退火（+ 1-3次正火）来避免和消除低碳钢零件中带状组织的工艺控制措施。 关键字：低碳钢带状组织冷却速度扩散退火 1.引言 低碳钢零件拥有重要机械用途，在实际应用过程要求具有较高的力学性能。然而在实际生产中，我们经常发现低碳钢零件在热加工后的金相中存在带状组织，严重地影响了零件的各向同性性能和其最终的热处理质量。为此，分析低碳钢零件中带状组织成因和采取消除措施是十分必要。 2.低碳钢带状组织形成的原因 2.1.状组织形成的原因 低碳钢材料在冶炼浇注后绝大部分要经过压力加工方可成为型材。但是，加工后的低碳钢零件容易得到沿着变形方向珠光体和铁素体呈带状分布的组织，即形成带状组织。低碳钢零件形成带状组织的原因各不相同，归纳起来大致有2种原因： a．由成分偏析引起的带状组织，即当低碳钢零件中含有一定数量的夹杂物，压延时，夹杂物沿压延方向程流线分布。当低碳钢零件冷至Ar3以下时，这些杂质就成为先共析铁素体成核的核心，使先共析铁素体先在夹杂物周围生成，形态呈带状分布，随后剩余奥氏体转变成珠光体，使先共析铁素体和珠光体呈带状分布，形成带状组织。 b．由热加工温度不当引起的带状组织，即低碳钢零件热加工停锻温度于二相区时（Ar1和Ar3之间），铁素体沿着金属流动方向从奥氏体中呈带状析出，尚未分解的奥氏体被割成带状，当冷却到Ar1时，带状奥氏体转化为带状珠光体。 3.带状组织对低碳钢零件力学性能的影响 3.1.带状组织对低碳钢零件的力学性能的影响，参见表1中的关于带状组织的实验数据。 试验表明：带状组织使低碳钢零件在垂直于轧制方向(即垂直于带状组织方向)的伸长率δ5，断面收缩率ψ及冲击韧度αk降低。带状组织对低碳钢零件的屈服点σs，和抗拉强度σb影响不大。