钢铁材料的带状组织,是一种常见的组织缺陷。
带状组织常常沿轧制方向延伸,铁素体与珠光体组织平行排列。出现带状组织,材料各相分布不均匀,力学性能大幅降低。具体说来,就是塑性、韧性下降,冷弯容易开裂,热处理及焊接时容易变形。
那么,带状组织是如何形成的?这得从钢铁的凝固说起。
钢水冶炼完成后,开始浇铸,液态的钢水接触到结晶器,开始形核。晶核形成后,开始向前生长,逐渐形成凝固组织。铸坯的表层首先形成一薄层凝固的外壳,然后一次向心部推进。因为垂直于铸坯表面的方向散热最快,所以晶粒的生长方向大多是垂直于铸坯表面的。见图1。
图1
钢在凝固时,有一个温度范围。先凝固的金属较纯,后凝固的金属合金元素以及杂质较多。柱状晶在向前生长,将杂质元素不断向液态钢水中排出,导致柱状晶较纯净,柱状晶之间的缝隙则杂质较多。在铸坯最终凝固时,板厚中部的最终凝固部位杂质是最多的。
对于亚共析钢,杂质元素一般是碳、硫、磷等元素。钢完全凝固后,在杂质较多的区域,形成了珠光体,杂质少的区域,则形成了铁素体。这种铸坯,经过轧制,形成的组织就会呈带状,见图2。金相组织观察,常常会在在板厚中间观察到明显的偏析条带。
图2
带状组织的断口特点。具有带状组织的金属断口,一般呈木纹状,这也是带状组织在断口上的体现。因为带状组织的铁素体与珠光体力学性能不一样,塑性变形能力也不一样,所以断裂后的宏观特征也不一样。带状组织的木纹状断口见图3。
图3
如何消除带状组织?可以采取这些措施:适当降低浇铸温度,过热度取下限。采用电磁搅拌,打乱柱状晶生长方向,扩大等轴晶区域。制定合理的二冷制度,优化各冷却段水量。使用制定合理的二冷制度,优化二冷区各冷却段水量;据具体钢种和铸坯规格使用末端动态轻压下技术等。
轧制时在高温下延长保温时间,使偏析元素进行一定的扩散和均匀化,也可以在一定程度上减轻带状组织。