消除钢管中带状组织的热处理
带状组织成因与控制
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。
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）０３－００６４－００２Elimination of Banded Structure in Forgings of 20CrMoH Steel and ItsHardness ControlXIE 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。
42crmo热处理
42CrMo钢锻轧材的带状组织刘宗昌1，王玉峰1，杨慧1，赵爱军2，刘红飓2(1。
内蒙古科技大学材料科学与工程学院，内蒙古包头014010;2。
抚顺特殊钢有限责任公司，辽宁抚顺113001)摘要:应用金相热处理法研究了42CrMo钢锻轧棒材的带状组织。
检验表明，棒材纵向上分布着明显的铁素体+珠光体带状组织。
造成带状组织的原因是枝晶偏析。
采用1250℃以上锻轧加热+扩散可完全消除带状组织。
试验发现，在两相区(F+A)等温也可以避免带状组织出现。
关键词:42CrMo;锻轧材;带状组织;偏析合金结构钢锻轧材中经常产生纤维组织或称带状组织，即铁素体珠光体相间分布的带状组织。
带状组织使钢的力学性能具有方向性，使钢的横向范性和韧性降低，也使钢的切削性能变坏，表面加工的光洁度降低。
最好是完全消除带状组织，但往往有一定困难，因此，生产上要求带状组织≤2级。
本文以42CrMo为例，研究了带状组织的形貌，指出了其形成原因，提出了防止措施。
1试验用钢试验采用42CrMo钢轧材钢棒，炉号有758，024，647，797，767，776。
虽然炉号不同，但成分基本相同。
炉号776的成分如表1所示。
2带状组织的试验观察将42CrMo钢棒横向切片，制取金相试样，沿着轧向磨光，抛光，硝酸酒精浸蚀，观察带状组织，评定级别。
图1为776炉号的锻材的带状组织，可见，铁素体、珠光体呈现带状分布。
评定级别为4级。
图2为758炉号轧材的组织，没有观察到明显的带状组织。
组织中的珠光体数量较多，显然是伪珠光体。
这是由于轧后冷却速度较快的缘故。
将试样进行完全退火即可显示其带状组织。
图3是758，797两个炉号试样进行完全退火后的组织，可见，显示出明显的带状组织。
图1776(炉号)钢的带状组织图2锻材(758)组织图342CrMO完全退火后的二次带状组织(a)758的带状组织;(b)797的带状组织图4锻材(776)880℃加热1h的带状组织(a)硝酸酒精浸蚀;(b)CuCl2的试剂浸蚀3带状组织的成因一般认为，带状组织是由于钢锭的枝晶偏析所致。
带状组织的形成原因以及控制
带状组织产生原因：
带状组织是材料显微组织的两相或相组成物呈方向性的交替分布，常见于亚共析钢。
产生的原因有二：一是热轧（再结晶温度以上）时钢内存在的偏析组织或含量较高的非金属夹杂物沿压力加工方向呈带状，再结晶时成为铁素体（F）非均匀形核的核心，形成带状铁素体，形成的珠光体（P）也成带状；二是热轧时停锻温度在两相区，铁素体沿流动方向呈带状结晶，使奥氏体（A）也成带状，所以转变成的珠光体也成带状，因这种原因形成的带状组织可用正火或退火消除。
带状组织的危害：
带状组织的存在使钢的成分不均匀，并影响钢材性能，使得钢材形成各向异性，降低钢的塑性、韧性和断面收缩率，造成冷弯不合格、冲击废品率高、热处理时钢材易变形等后果。
带状组织的抑制或减轻方法：
1调整加热温度，提高加热温度延长加热时间，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。
2控制合理的终轧温度，适当降低终轧温度（靠近Ac3线为宜），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带间距s之间的差别，减轻带状组织。
3加大终轧后的冷却速度，抑制碳在原始带状基础上的长距离扩散，消除或减轻铁素体珠光体带状。
同时兼顾考虑冷速过大带来的魏氏组织缺陷。
正火消除带状组织对20G耐蚀性影响研究
正火消除带状组织对20G耐蚀性影响研究李良均;刘书文;陈礼波;冯泉【摘要】旨在解决特定腐蚀环境中,带状组织导致20G无缝钢管腐蚀加剧问题,作者采用均匀设计法对其热处理,结合SPSS软件回归分析和实验验证获得能够控制或消除其带状组织的最优热处理工艺(正火:10℃/min加热至920℃下保温40min 风冷);并辅以动电位极化曲线和SECM研究了带状组织对20G在模拟地层水环境中的电化学腐蚀行为影响,同时结合SEM和XRD表征腐蚀产物,发现20G带状组织级别越低,其自腐蚀电位越正、阳极电流密度越低且腐蚀产物形貌对耐蚀性越有利.从而证明适当的正火热处理消除带状组织对提高20G耐蚀性效果显著.【期刊名称】《全面腐蚀控制》【年(卷),期】2015(029)003【总页数】5页(P66-70)【关键词】20G;带状组织;耐蚀性;正火;极化曲线;SECM;XRD【作者】李良均;刘书文;陈礼波;冯泉【作者单位】四川科宏石油天然气工程有限公司,四川成都610213;四川科宏石油天然气工程有限公司,四川成都610213;西南石油大学材料科学与工程学院,四川成都610500;西南石油大学材料科学与工程学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TG174.3压力容器用20G钢因其良好的组织稳定性、中高温强韧性及较好的耐蚀性，被广泛作为锅炉用钢和油气集输管线使用。
20G由钢坯经热轧、热扩和冷拔等压力加工方能成型所需管材：钢液冷凝结晶形成钢坯过程中，分配系数小于1的合金元素及杂质(如Mn、Si、S和P)不断从δ相枝晶析出，在枝晶间含量明显高于晶内，这样的选择性结晶形成化学成分分布不均枝晶；随后结晶器拉出的钢坯经过轧制，枝晶若不能被完全打碎，将沿轧制方向被拉长，形成该方向上碳与合金元素的贫化带与富化带交替堆叠的带状形貌；最后的缓冷条件下，碳与合金元素贫化带析出先共析铁素体，导致富余的碳被排到两侧的富化带，最终形成以铁素体为主的带，而碳与合金元素富化带在其后形成以珠光体为主的带，最终形成了遗传结晶状态和轧制状态的带状组织[1]。
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 1comTHE BAN D STRUCTURE OF H 13STEE L AN D ITSE LIMINATION METH ODWang 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 andhigh 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 Process1 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。
12Cr1MoV钢管带状组织的产生与消除
３ １ １ Ｃｒ Ｍｏ 钢 管 热 处 理 后 出 现 带 状 组 ． １ Ｖ ２
，
织 的 必 要 条 件 为 ：① 加 热 温 度 必 须 超 过 Ａｃ － 点 ．即部 分 奥 氏体 化 或 完 全 奥 氏 体化 ；② 冷
理 ， 会 出现 带 状 组 织 。 有 带 状 组 织 出 现 ． 不 若 说 明该 钢管的热 处理 工艺不符 合标准 要求 ． 应 再 次 按 际准进 行热 处 理 ．并 且 应 注 意 适 当
ｗｉ ．Ｄ． ≤ ６ ｍ ｍ ｎ ． Ｔ．≤ １ ｍ ｍ． １ｈ ｅ ｔｒ ｓ 【 ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆｔ ｅｓ ｉ ｔ Ｏ ｈ ０ ａ ｄＷ ０ ｅｔ ｓ ｅ ｏｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｈ ａｄ ｓ
ｂ ｎ ｅ ｒｅ ａ ｉ ｎ ｉ ｅ ａ ｅ ｏ ｔ ｉ ａ ｅ ｔ ｔ ｅ ｔ ｎ ｆｔ ｅ ｐ ｐ ｎ ｈ ｔ ｔ ｅ ｄ ｆ ｃ ｏ ｌ ｅ ｅ ａ ｄ ｄ ｏ ｉｎｔ ｔｏ ｓ ｒ ｌ ｔ ｄ ｔ ｈｅ ｆｎ ｌｈ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔｏ ｈ ｉ ｅ ａ ｄ ｔ ａ ｈ ｅ ｅ ｔ ｃ ｕ ｄ ｂ 一 ／ ｉ ｅ ｙ ｓ ｒｃ ｏｎ ｒ ｆｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｏ ｉ ｇ ｓ ｅ ｄ ｄ ｒ ｎ ｅ ｔｔ ｅ ｔ ｎ ｓ ｐ ｒ ｒ ｌｖ ｎ ｉ ｒ ｍ ｍｔ ｄ ｂ ｔ ｉｔｃ ｔｏｌ ＂ ｅ ｏ ｅ ａ ｕ ｅ ａ ｄ ｃ ｏｌ ｐ ｅ ｕ ｉｇ ｈ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ａ ｅ ｅ ｅ ａ ｔ ｎ
组织 。
成 铁 案 体 带 状组 织 。 在 金 相 强 徽镜 下 观 察 ，带状 组织 有 三 ｆ ｌ Ｉ
笔 者 通 过 试监 ．研 究 丁 带状 组 织 的 形 成
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什么叫正火？什么叫退火
什么是正火?正火是—种改善钢材韧性的热处理。
将钢构件加热到Ac3温度以上30〜50℃后，保温一段时间出炉空冷。
主要特点是冷却速度快于退火而低于淬火，正火时可在稍快的冷却中使钢材的结晶晶粒细化，不但可得到满意的强度，而且可以明显提高韧性(AKV值），降低构件的开裂倾向。
—些低合金热轧钢板、低合金钢锻件与铸造件经正火处理后，材料的综合力学性能可以大大改善，而且也改善了切削性能.正火有以下目的和用途：①对亚共析钢，正火用以消除铸、锻、焊件的过热粗晶组织和魏氏组织，轧材中的带状组织；细化晶粒；并可作为淬火前的预先热处理。
②对过共析钢，正火可以消除网状二次渗碳体，并使珠光体细化，不但改善机械性能，而且有利于以后的球化退火。
③对低碳深冲薄钢板，正火可以消除晶界的游离渗碳体，以改善其深冲性能。
④对低碳钢和低碳低合金钢，采用正火，可得到较多的细片状珠光体组织，使硬度增高到HB140-190，避免切削时的“粘刀”现象，改善切削加工性。
对中碳钢，在既可用正火又可用退火的场合下，用正火更为经济和方便。
⑤对普通中碳结构钢，在力学性能要求不高的场合下，可用正火代替淬火加高温回火，不仅操作简便，而且使钢材的组织和尺寸稳定。
⑥高温正火(Ac3以上150～200℃)由于高温下扩散速度较高,可以减少铸件和锻件的成分偏析。
高温正火后的粗大晶粒可通过随后第二次较低温度的正火予以细化。
⑦对某些用于汽轮机和锅炉的低、中碳合金钢，常采用正火以获得贝氏体组织，再经高温回火，用于400～550℃时具有良好的抗蠕变能力。
⑧除钢件和钢材以外，正火还广泛用于球墨铸铁热处理，使其获得珠光体基体，提高球墨铸铁的强度。
由于正火的特点是空气冷却，因而环境气温、堆放方式、气流及工件尺寸对正火后的组织和性能均有影响。
正火组织还可作为合金钢的一种分类方法。
通常根据直径为25毫米的试样加热到900℃后,空冷得到的组织，将合金钢分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。
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收稿日期 : 2010 - 04 - 13 作者简介 :王松林 (1938 - ) ,男 ,高级工程师 ,主要从事热处理工艺技术及锻件质量控制分析工作 。
174～206 195～227 172～204
4# 正火空冷
头部 中部 尾部
394 ～409 370 ～396 387 ～398
119～132 104～120 112～130
备注
※ 布氏 硬度为 里氏硬 度的换 算值
第 4期
王松林等 :消除钢管中带状组织的热处理
·29·
图 3 钢管截面的硬度分布 Fig. 3 Hardness distribution on section of the steel tube
冷的金相组织见图 4。 钢管正火在水中强化冷却后 ,形成了热应力和
组织应力 ,为了消除应力和稳定组织 ,正火强冷后还 应进行高温回火处理 ,回火温度根据钢管的技术要 求确定 。表 2列出了钢管在不同热处理条件下的力 学性能 。由表 2 可知 ,经正火水冷 +高温回火的钢 管 ,综合力学性能匹配良好 ,强度和塑性都很高 ,充 分发挥出材料的潜力 。
第 31卷第 4期 2010年 8月
·工艺研究 ·
热处理技术与装备 RECHUL I J ISHU YU ZHUANGBE I
Vol. 31, No. 4 Aug. 2010
消除钢管中带状组织的热处理
王松林 1 ,陈俊德 2 ,赵成英 2
(1. 张家港海锅重型锻件有限公司 江苏 张家港 215628; 2. 无锡德新钢管有限公司 江苏 无锡 214177)
把 1 #、2 #、3 #试料放入电阻炉 ,加热到 900 ℃, 1#试料出炉后水冷 , 2# 试料出炉后空冷 , 3# 试料炉 冷到 750 ℃,保温 0. 5 h,再继续炉冷到 660 ℃,保温 0. 5 h后空冷 。
从 1#、2 #、3 # 试料中间切割 ,制作金相试样 ,经
腐蚀后观察金相组织 。从正火温度保温后进行水 冷 、空冷 、炉冷的显微组织见图 2。试验结果分析 ,从 正火温度出炉后的冷却速度对消除或改善带状组织 有明显影响 。对 A106C钢而言 ,冷却速度越大 ,带状 组织消除得越彻底 。由于水冷时过冷度大 ,因而钢 的实际晶粒也越细小 。在 1 # 试料经水冷的显微组 织中 ,带状组织已彻底消除 。对不同钢种而言 ,每一 种钢都有一个临界冷却速度 ,如果在生产中 ,正火冷 却速度大于该钢的临界冷却速度时 ,则钢管中就不 会出现带状组织 。钢管中带状组织的严重程度 ,与 正火的实际冷却速度有关 。
3 生产实践 如何将试验结果应用到实际生产中 ,还需经生产
实践验证 。我们选用 A106C 钢 , <762 mm ×45 mm 的钢管 ,放在车底式热处理炉中 ,加热到 920 ℃,保 温 110 m in,出炉后在水中冷却 2 m in,然后空冷 。钢 管正火水冷和正火空冷的表面硬度检查结果列入表 1。由表 1可知 ,正火水冷比正火空冷的表面硬度提 高 65. 4% ～73. 5% ,这充分说明钢管水冷时 ,冷却速 度快 ,抑制了铁素体软相组织的析出 ,所以硬度高 。 硬度在钢管截面上的分布见图 3。钢管正火水冷的
Hea t Trea tm en t for Elim ina ting Banded Structure in the Steel Tube
WAN G Song2lin1 , CHEN Jun2de2 , ZHAO Cheng2ying2
(1. Zhangjiagang Haiguo Heavy Forged Piece Co. , L td. , Zhangjiagang J iangsu 215628 China; 2. W uxi Special M aterial Co. , L td. , W uxi J iangsu 214177 China)
摘 要 :本文介绍了低碳钢经热轧或热扩后 ,在无缝钢管的显微组织中存在带状组织缺陷 ,为了消除 这种组织缺陷 ,我们在实验室条件下进行了工艺性试验 。试验结果表明 ,只要严格控制从正火温度 出炉后的冷却速度大于该钢铁素体析出的临界冷却速度 ,则显微组织中的带状组织就不再出现 。经 过生产实践验证 ,消除带状组织的热处理方法是有效和实用的 。探讨了低碳变形钢显微组织中带状 组织的形成原因及消除机理 。 关键词 :低碳变形钢 ;无缝钢管 ; 带状组织 ; 临界冷却速度 中图分类号 : TG115. 21 + 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1673 - 4971 (2010) 04 - 0026 - 05
图 4 钢管的显微组织 ( a) 5# 管正火水冷状态的显微组织 ( b) 5# 管正火水冷 +高温回火状态的显微组织 ( c) 7# 管正火水冷状态的显微组织 ( d) 7# 管正火水冷 +高温回火状态的显微组织
Fig. 4 M icrostructure of the steel p ipe ( a) normalized water cooling of 5# p ipe ( b) normalized water cooling + high temperature of 5# p ipe ( c) normalized water cooling of 7# p ipe ( d) normalized water cooling + high temperature of 7# p ipe
状组织 ,我们进行过正火和多次正火处理 ,但是效果 都不理想 。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 。
图 1 钢管中的带状组织 ( a) < 406 mm ×17 mm 热轧管 ,材质 A106B ( b) < 406 mm ×25 mm 热扩管 ,材质 A106C
( c) < 530 mm ×12 mm 热轧管 ,材质 20G ( d) < 406 mm ×22 mm 热扩管 ,材质 20
Fig. 1 Banded structure in the steel p ipe ( a) < 406 mm ×17 mm hot2rolled p ipe, material A106B ( b) < 406 mm ×25 mm hot2expanded p ipe, material A106C
1 问题的提出 对热轧无缝钢管或再经热扩无缝钢管的金相检
查时 ,在 20、20G、A106B、A106C的低碳变形钢中 ,经 常发现带状组织缺陷 ,严重时达到 4 ～5 级 (图 1 ) 。 对钢管不同部位取样进行检查结果表明 ,在钢管圆 周表面带状组织较轻 ,内孔表面带状组织明显 ,壁厚
二分之一处带状组织严重 。在材质相同 、工艺相同 的条件下 ,厚壁钢管较薄壁钢管中的带状组织严重 。
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热处理技术与装备
第 31卷
图 2 试样的显微组织 ( a) 1# 纵向试样的显微组织 ( b) 1# 横向试样的显微组织 ( c) 2# 纵向试样的显微组织 ( d) 2# 横向试样的显微组织 ( e) 3# 纵向试样的显微组织 ( f) 3# 横向试样的显微组织
Fig. 2 M icrostructure of the specimen ( a) longitudinal section of 1# specimen ( b) transverse section of 1# specimen ( c) longitudinal section of 2# specimen ( d) transverse section of 2# specimen ( e) longitudinal section of 3# specimen ( f) transverse section of 3# specimen
Abstract: This article describes that there are the banded structure defect in m icrostructure of the seam less steel tube of low carbon steel after hot2rolled or hot2expanded. In order to elim inate the structure defect we carried out a p rocess test in laboratory. The test results show that as long as strictly control cooling rate to be greater than the critical cooling rate of the ferrite after the nomalization, the banded structure in the m i2 crostructure appears no longer. After verification of p roduction p ractices, the method elim inated banded structure by the heat treatm ent is effective and app licable. It is discussed formation and its elim ination m echanism of banded structure in m icrostructure of low carbon deform ation steel. Key words: low deform ation carbon steel, seam less steel tube, banded structure structure, critical cooling ra te