钢材生产在线热处理的金相组织分析

钢材生产在线热处理的金相组织分析
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摘要：进行钢材生产在线热处理的金相组织分析，需了解金相组织分析基本
定义，研究其应用方法，后续从金相组织变化、观察、分析展开具体的探索过程，得出可靠结论，提供相关分析结果，为后续的进一步研究提供参考。

关键词：钢材生产；在线热处理；金相组织分析
引言：钢材生产在线热处理进程中，其会受到多种因素影响，为保证钢材生
产工艺质量，有必要引入金相组织分析方法，判断钢材在各个生产阶段的组织结
构变化情况，结合生产实际所需对其加以调整、优化，以此来提升钢材生产效率，创造更大经济效益。

1金相组织分析
金相组织分析是一种典型的分析技术，主要用于金属微观组织结构研究，其
使用金属化学特征、物理特征与由金属构成的微观图像来展示金属晶格结构信息，便于深入探索金属机械性能。

金相组织分析结果可用于确定、预测介质的耐久性、机械性能，应用较多的金相组织分析方法包括晶体缺陷分析、氧化抗腐蚀评价、
动态拉伸、X射线衍射、光学显微镜法等，可结合金属组织的实际情况进行单一
或者复合分析方法的灵活应用，以此来达到对应分析目的。

2钢材生产在线热处理的金相组织变化
钢材淬火冷却、自然冷却时，因热量传递、冷却速度、轧件温度变化有着较
大不同，热处理各个阶段内部金相组织也会出现不同变化。

以下分阶段进行具体
分析：
2.1淬火
在钢材淬火时，轧件心部、表面温度不一，故而其金相组织也有一定不同，
在温度急速下降时，避免所承受温度也会迅速下降，形成硬件异常的马氏体结构，心部所受影响较小，温度仍旧保持在较高状态，故而金相组织并无明显变化，以
奥氏体组织为主。

2.2自回火
因淬火后心部温度、表面温度有着较大差异，故而在自回火时，钢材内部温
度会向表面极速传播，缩小心部、表面温度差；淬火阶段表面马氏体结构并非处
于稳定状态，在内部传热、自然冷却时会逐步转变为铁素体、渗碳体组织平衡的
倾向；在自回火后，中碳钢、低碳钢的马氏体组织单单进行碳原子偏聚，未发生
碳化物析出，原本存在的马氏体结构未改变；高碳钢析出的是碳化物，关键组成
部分是马氏体组织；自回火时，钢材轧件最终温度小于奥氏体相变温度，故而钢
材心部奥氏体组织会转变为铁素体、珠光体组织[1]。

2.3冷却
高温钢材从自回火阶段自然冷却到室温状态，温度一直保持在低于600℃的
水平，此过程金相组织不会出现变化，心部在迅速冷却后出现较为细小的、晶粒
状的珠光体结构，在淬火、自回火、自然冷却后，钢件心部最终结构为铁素体、
珠光体，表面主要是马氏体。

结合不同规格、尺寸钢材，进行金相组织检验，发
现其尺寸、规格大小亦会影响到金相组织变化；一些小规格钢材轧件在进行热处
理时，金相组织变化与上述过程并无太大差别，大尺寸规格钢材轧件因内部、表
层有较大过渡区，会让心部温度难以迅速传递到表面，使得过渡区温度在短时间
内处于贝氏体相变区域内。

故而总结金相组织变化过程，可知：大规格、尺寸钢
材轧件在表面、心部过渡区域的金相组织表现为珠光体、马氏体、贝氏体混合的
结构形态[2]。

3钢材生产在线热处理的金相组织观察
3.1显微镜观察
在进行钢材生产在线热处理时，处理材料、种类不一，得到的组织组成物也
不同，可能出现以下多种情况：单一奥氏体、单一珠光体、单一马氏体、珠光体
+铁素体、参与奥氏体+马氏体、碳化物+马氏体+铁素体等。

应用显微镜观察法，
判断钢材组织中包括哪种类型的组织组成物，判断其是单一组成物或者多种组成物，而某类组成物，既能是单一相（奥氏体、铁素体等），又能是化合物或多相
混合物（各种碳化物、珠光体是渗碳体与铁素体的机械混合物）。

不同组成物形
态特征有着根本不同，可从其差异化特征来展开快速识别，具体方法是：不同类
型组成物不同程度地受到溶液侵蚀，在金相显微镜下会表现出不同的色彩差、明
暗程度；各类组成物会在不同阶段形成，表现出不同的形态特征，最初是奥氏体
晶界形核；各类组成物原理、形态也有一定不同，综合以上各项信息即可判断观
察对象的组成种类，一般情况下，可观察到几种形态不同或者明暗程度不同的部分，就可判定钢材热处理中包括几种组成物，且结果基本不会出现偏差[3]。

3.2形态观察
钢材组织组成物形态是判断组成组结构变化的核心依据，部分特定组织特征
显著，如珠光体是层片状，上贝氏体是羽毛状，奥氏体与铁素体是白色块状，下
贝氏体、马氏体是针状；在观察组织物是网状、颗粒状、块状、针状、片状或者
其他形状时，还需关注组织物是单一状或者复合状，注意观察试样在不同阶段侵
蚀程度，确保合理侵蚀，才能正确显示组织结构；此外，制样尤为重要，制样错
误会引发对组成物的错误判断，严格遵循国家相关标准完成制样过程；在观察时
还需注意是白色或者黑色，避免随意定下结论，其中白色的可能是铁素体、奥氏
体或者碳化物，而黑色物，因本身比较细密，在常规倍数下很难观察到具体形态，需辅以其他检测手段。

3.3组成物分布
钢材组成物分布观察是对其正确识别的有效途径，不同类型组成物，分布特
点不一，多指分布于母相的晶内或者晶界。

在组织观察时，只要是网络状分布在（连续网状、封闭网状等），皆沿晶界分布，其他分布于晶内，需注意，在沿晶
析出物很少时，很难判定是否是沿晶分布，可尝试适当放大、缩小倍数，明确其
分布趋势，在此基础上加以判断，若是组成物较多而难以辨别，可结合组成物特
征与其他技术加以识别。

4钢材生产在线热处理的金相组织分析
4.1组织物成分分析
若是钢材生产在线热处理时，加热温度超过相变温度，钢材转变为单一奥氏
体形态，若是低于相变温度会产生未溶碳化物、未熔铁素体，这两种组织处于室
温状态下相对稳定，在后续温度冷却时组织不会出现明显变化。

分析钢材C曲线
特征：钢材在加热冷却后，析出先共析相，后析出珠光体，最后再出现马氏体、
贝氏体转变，具体出现哪种组织转变，需结合钢材冷却速度是如何穿过C曲线来
判定，若是冷却时穿过先共析转变区，则出现先共析转变，若是同时穿过共析转
变区、先共析区，则会出现共析转变、先共析转变，获取珠光体或者渗碳体+铁
素体+珠光体组织；若超过临界冷却速度，获取贝氏体或者马氏体组织。

总结以
上分析过程：冷却时穿越哪个转变区，就会获取对应组织，其中的区别主要体现
在该区组织转变量多寡与停留时间，然而需注意，不论在先共析区停留多久，都
不会完全转变为先共析产物，且针对大部分钢材来说，不论穿越马氏体转变区速
度多高，都不会获取全部的马氏体，故而结合实际热处理工艺，可判定组织组成物，反之也可结合组织组成物判定所用处理工艺与处理过程[4]。

4.2转变产物差异
钢材生产热处理过程必会因各种因素影响而出现成分偏析，尤其是铸件过程，合金元素集聚、局部碳含量偏低或者偏高，都会产生反常组织，如在《铸钢热处
理后的金相组织》显示按照具体流程进行组织物析出，其中产生的贝氏体类组织
大部分原因即是成分偏析，虽然理论上来讲这种情况不可能发生，但是确确实实
存在，这就需结合贝氏体生成原因展开分析，以此来得到可靠结论。

4.3同一形态组织组成物判定
从以下三类展开判定分析：①白色块状物。

亚共析碳钢热处理时，生成白色
块状物，为残余奥氏体或者铁素体，其中前者是过冷奥氏体转变而来，只存在于
马氏体钢间隙，后者因形成条件不一表现出差异化分布形态，若是加热不足，则
是未熔铁素体。

若是冷却速度低，则是断网状或者网状先共析铁素体。

②白色基
体携带白色颗粒。

出现此类组织，只可能是回火珠光体、粒状珠光体、粒状贝氏体，结合冷却方式、所用材料进行判断，若是所用材料不会出现贝氏体转变，则
不会获取粒状贝氏体；如果是等温退火、球化退火，可能获取粒状珠光体；如果
回火温度达到700℃，得到的是回火珠光体。

③回火后黑色针状物，可能是贝氏
体或者马氏体，结合化学成分、回火温度，再仔细观察并加以判定。

结语：综上，文章就钢材生产在线热处理的金相组织分析展开了重点论述，
建议给予其足够的重视，探究以上探索过程的优势与不足，发扬优势、弥补不足，提升金相组织分析实效，得出准确结论。

参考文献：
[1]同晓乐，岳旭，阿热达克•阿力玛斯，张起，杨嘉珞.热处理工艺对紧固
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2022(9):13-15.
[2]杨红梅,冯承亮.360叶片热处理前后组织及力学性能变化[J].中国铸造装
备与技术,2022,57(5):85-89.
[3]王建锋,张海旺,杨正宗,郭朝军.在线热处理钢轨轨头异常组织形成原因
分析及对策[J].河南冶金,2018,26(6):26-27，56.
[4]魏瑾瑾，甘海潮，常有余，李富燕.B+钢热处理力学性能金相组织的影响
因素及改善方法 [J].《经济技术协作信息》，2018（29）78.。