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
钢材带状组织的产生原因及消除方法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。
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。
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。
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。
钢材常见缺陷组织详解
钢材常见缺陷组织详解一、带状组织（banded structure）是钢材内部缺陷之一，出现在热轧低碳结构钢显微组织中，沿轧制方向平行排列、成层状分布、形同条带的铁素体晶粒与珠光体晶粒。
这是由于钢材在热轧后的冷却过程中发生相变时铁素体优先在由枝晶偏析和非金属夹杂延伸而成的条带中形成，导致铁素体形成条带，铁素体条带之间为珠光体，两者相间成层分布。
形成原因金属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，加工后的材料容易得到沿着变形方向珠光体和铁索体呈带状分布的组织，即形成带状组织。
形成带状组织的原因大致有两种：1、由成分偏析引起的带状组织在低碳钢中，由于夹杂物的含量较多，加工变形后，夹杂物呈流线分布，当钢从热加工温度冷却时，这些夹杂物可作为先共析铁索体成核的核心，使先共析铁素体先在夹杂物周围生成，最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。
这种带状组织很难用热处理的方法加以消除。
2、由于热加工温度不当引起的带状组织在锻造时，热加工停锻温度位于两相区时（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。
带状组织的存在会使金属的力学性能呈各向异性，沿带状组织的方向明显优于其垂直方向。
压力加工时易于从交界处开裂。
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。
如果带状组织非常严重的话，正火是解决不了的，最好进行高温扩散退火，在1050℃以上加热，才能使碳原子扩散均匀，消除带状组织。
消除方法带状组织一般可用热处理方法加以消除。
对于高温下能获得单相组织的材料，带状组织有时可用正火来消除。
而因严重的磷偏析产生的带状组织必须用高温扩散退火及随后的正火加以改善。
具体消除手段如下：1、由成分偏析引起的带状组织，即当钢中含有磷等有害杂质并压延时，杂质沿压延方向伸长。
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。
钢的缺陷组织
组织说明
放大倍数：100倍
20 脱碳层组织（F+P）
组织特征：左下角的黑色区为试 样的边缘，表层出现脱碳组织， 彩色为珠光体，白色为铁素体， 组织特点为铁素体在边缘量多， 向内部逐渐减少，脱碳层基本为 半脱碳，因在边缘仍有部分铁素 体组织。 材料：T8钢（0.77％C） 热处理状态：高温长时间加热， 空冷或炉冷 腐蚀方法：4％硝酸酒精溶液
组织说明
放大倍数：400倍
10 魏氏组织（F+P）
组织特征：黑色为珠光体，白色 为铁素体，组织特点是由于加热 温度偏高，冷却速度较快，铁素 体不能形成等轴晶，而呈现为针 片状并沿奥氏体晶界伸向晶内穿 过珠光体。 材料：亚共析钢（0.35％C） 热处理状态：空气快冷 腐蚀方法：4％硝酸酒精溶液
组织说明
腐蚀方法：4％硝酸酒精溶液
组织说明
放大倍数：400倍
18 脱碳层组织（F+P）
组织特征：右上角的黑色区为试 样的边缘，表层出现脱碳组织， 彩色为珠光体，白色为铁素体， 组织特点为铁素体在边缘量多， 向内部逐渐减少，脱碳层基本为 半脱碳，因在边缘仍有部分铁素 体组织。
材料：T8钢（0.77％C）
热处理状态：高温长时间加热， 空冷或炉冷
材料：亚共析钢（0.15％C） 热处理状态：热轧后空冷 腐蚀方法：4％硝酸酒精溶液 放大倍数：200倍
组织说明
07 带状组织（P＋F）
组织特征：黑色带状为珠光体， 白色晶粒为铁素体，其间夹杂有 大量长条状非金属夹杂物（主要 是塑性的硫化物）。组织特点是 由于在压力加工时，使材料变形 被拉长，同时夹杂物也被拉长， 铁素体依附在夹杂物上型核并长 大，故铁素体呈现为长条状，造 成珠光体也形成为长条状。这种 由于夹杂物含量多造成的带状组 织，通过随后的正火不能进行消 除。（夹层现象）
带状组织的形成原因及消除方法介绍
带状组织的形成原因及消除方法介绍一、带状组织的形成原因带状组织是指亚共析钢中珠光体和铁素体呈带状排列的现象，是钢在冶炼过程中形成的缺陷组织。
钢液在铸锭结晶过程中选择性结晶，形成化学成分不均匀分布的枝晶组织。
钢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和富化带，彼此交替堆叠。
在缓冷条件下，先在碳和合金元素的贫化带（过冷奥氏体的稳定性较低）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；而碳及合金元素的富化带（过冷奥氏体稳定性较高）在其后形成以珠光体为主的带，最终形成以铁素体和珠光体交替排列的带状组织。
成分偏析越严重，形成的带状组织越严重。
图1 40钢带状组织图1所示为40钢供应状态的显微组织，用4%硝酸酒精溶液浸蚀后，白色铁素体和深色珠光体呈带状分布。
钢中存在磷的偏析时会形成带状组织。
当钢在A3-A1区间慢冷时，高磷区域的A3温度高，首先形成铁素体，碳被浓缩到低磷区，造成低磷富碳区，在随后冷却时发生共析转变，形成珠光体，使组织分层排列。
锰也是促进带状偏析形成的元素。
热轧钢中，一般形成珠光体处的含锰量较高，而析出铁素体处含锰量较低。
钢经热轧后缓慢冷却，先共析铁素体将优先沿变形纤维分布方向的低锰处析出，然后碳将推进到高锰处形成珠光体，结果珠光体与铁素体相间分布呈条带状。
如果钢材中存在沿轧制方向被拉长为呈带状分布的非金属夹杂物，在冷却过程中，这些夹杂物就可能成为铁素体优先析出的核心，而形成铁素体带，一般就很难用正火的方法予以消除。
这种带状组织必须先采用高温均匀化退火后再正火处理来改善。
如果奥氏体中的合金元素分布不均匀，将导致其晶粒长大倾向不一，在碳化物形成元素的富化区易残留未溶碳化物，降低碳原子的扩散速度，从而抑制晶粒长大；在贫化区晶粒则容易长大，故易出现混晶组织。
淬火时，合金元素贫化区的淬透性低，易形成非马氏体组织。
渗碳淬火时，混晶中的粗大晶粒形成粗大针状马氏体，将增加残留奥氏体量。
实验3 钢中带状组织、魏氏组织、游离渗碳体的组织观察与检验
2、魏氏组织的形成原因、危害及消除
T12钢锻后正火 100x
45钢正火
100x
2、魏氏组织的形成原因、危害及消除
亚共析钢（a）和过共析钢（b）的过冷奥氏体等温转变曲线
2、魏氏组织的形成原因、危害及消除
在光学显微镜下，先共析的铁素体或者渗碳体近似平 行，呈羽毛或三角状，其间存在着珠光体组织，称为魏氏 组织。生产中的魏氏组织大多为铁素体魏氏组织。魏氏组 织常在焊接件、锻造后淬火及热处理中出现。
28MnCr钢轧制状态 100X
Q345钢轧制状态 100X
45钢正火状态 100X
40Cr钢正火状态 100X
05钢退火状态 500X
10钢轧后退火状态 500X
第三章 钢中带状组织、魏氏组织、 游离渗碳体的组织观察与检验
中碳钢退火后的珠光体 ＋铁素体组织
1、带状组织的形成原因、危害及消除
16Mn钢轧制状态
1、带状组织的形成原因、危害及消除
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。带状组织的成因各不相同,但主要有以下2 种原因。
消除的措施要从产生的原因上着手，一是控制热处理加 热温度，二是控制冷速。
3、游离渗碳体的形成原因、危害及消除
10钢退火 500x
3、游离渗碳体的形成原因、危害及消除
低碳钢在退火温度较高或者坯料热轧后缓慢冷却后在 晶粒内或者晶界上出现的颗粒状碳化物。一般认为：碳含量
≤0.15 低碳退火钢板中的游离渗碳体主要是珠光体转变产物，其中也会有三 次渗碳体的存在；而极低碳钢中的游离渗碳体就是三次渗碳体。
二、实验仪器及材料
42CrMo钢锻轧材的带状组织
42CrMo钢锻轧材的带状组织摘要: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。
钢水在凝固时，由于选择性结晶，在枝干上的成分较为纯净，而在枝晶间富集了较多的碳、合金元素和磷、硫等杂质。
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。
马氏体时效钢带状组织产生的原因及消除方法
完全奥氏体化, 但是如果温度过高或者保温时间 过长, 组织会过度长大, 对材料的性能带 来不利 影响, 因 此 本 次 实 验选 取 的 常 规 固 溶 制 度 为 [ 5] 820 1h , 在常规固溶制度确定的条 件下还 需进一步确定其高温固溶时间, 这样才能得到完 整的热处理制度。在常规固溶制度和高 温固溶 温度不变的情况下, 本次实验选择 3 个不同的高 温固溶时间分别是 1h 、 2h 、 4h , 来确定最佳的高温 固溶时间。其各自的金相组织如图 4 所示。 从图可以看出, 图 4 ( a) 中组织还未达到 充 分均匀 , 而图 4( c) 中组织又过于粗大 , 对材料时 效后的强度均有不利的影响。锻件在 1050 2h+ 820 1h 处理时, 组织和成分最均匀 ( 图 4 ( b) ), 这也为时效过程中金 属间化合物的均 匀 弥散析出提供了最好的条件。对材料的 强度提 高起到了一定促进作用。因此本文确定 材料的 最佳的热处理制度为 1050 保温 2h。
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带状组织
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。
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.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.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]。
带状组织
低碳合金钢中带状组织的成因、危害和消除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。
可以看出是晶粒大小相差悬殊的混晶组织，而且其大小按带状分布，小晶粒处有粒状碳化物存在。
为了对比起见，在同炉号20CrMnTi钢材中，选择铁素体和珠光体比较均匀的棒料(A)和带状组织较为严重的棒料(B)制成试样(两者的化学成分基本相同，A的平均成分见表1，B的平均成分与A相比，+0.01%C，-0.1%Mn，-0.035%Ti，+0.001%S，+0.005%P)，经940℃正火后在连续渗碳炉中随汽车零件一起进行渗碳淬火，观察表层显微组织发现，A为均匀分布的细针状马氏体加少量残留奥氏体，相当于ZBT4001-88金相标准中的3级，B有粗大针状马氏体和大量残留奥氏体，相当于标准中的6级。
带状组织的危害
某电厂一期工程（300 MW×2）主给水管、再热冷段管材质均为进口的st45．8。
其中主给水管工作压力为25．4 MPa、工作温度为278℃；再热冷段管工作压力为4．62 MPa、工作温度为340℃。
到货后经抽样检验发现部分管道组织中存在严重的带状组织。
为确定该批钢管能否安全投运，进行了全面的材质鉴定试验，分析其带状组织形成的原因及危害，并进行了安全性评价。
1带状组织形成的原因及其危害1．1带状组织形成的原因金属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，加工后的材料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。
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。
1．2带状组织的危害带状组织的存在会使金属的力学性能呈各向异性，沿带状组织的方向明显优于其垂直方向。
2主要试验及其结果分析试样取于主给水管料头，炉号为191272，材质为st45．8钢。
2．1化学成分分析（见表1）由表1可见，该材质化学成分符合st45．8钢DIN17 175D标准的要求。
2．2金相试验为便于比较，制作2个试样，正常及带状组织各制1个。
试样经打磨、机械抛光、4％的硝酸酒精化学抛光处理后，分别在金相显微镜下进行观察分析。
正常组织的片状珠光体均匀分布在铁素体之间，无带状组织现象。
图1为带状组织P ＋F，其中珠光体和铁素体呈条带状分布，按照GB／T13299－91标准评为4级。
带状组织
带状组织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，对钢管不同部位取样进行检查结果表明，在钢管圆周面带状组织较轻，内孔表面带状组织明显，壁厚1/2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，，纵向冲击功约相差一倍，钢管的塑形或韧性达不到技术标准要求带状组织的形成原因低碳钢经过热塑性变形（热轧、热锻、热扩）后，截取试样在金相显微镜下观察，可以看到在钢的主伸长变形方向分布有铁素体与珠光体相间的平行条带状偏析组织，称为带状组织《国外金属热处理》1986年第六期增刊中资料介绍，在含0.10%~0.35%的碳钢中，含P、Mn、Si、O、N元素较多的钢，在钢锭浇注过程中，容易形成枝晶偏析，如果再经过热塑性变形时，就延伸称为铁素体和珠光体交替的条带，形成带状组织。
若钢中存在提高A3相变点的元素（P、Si），则在冷却时，形成初生铁素体的晶核而形成铁素体带，反之若存在降低A3相变点的元素（Mn），则形成珠光体带，从而形成带状组织在热扩钢管时，把低碳钢原管加热到Ac1~Ac3两相区范围时，此时钢的显微组织为奥氏体和部分固溶的铁素体。
在扩管热形变时，奥氏体和铁素体沿塑性方向被拉长，在随后的冷却过程中，没有固溶的铁素体不会发生转变而被保留下来，奥氏体在冷却过程中析出少量的铁素体，当冷到共析温度后，转变为共析产物珠光体。
在室温金相显微镜下观察，铁素体为白色，而珠光体呈灰黑色，因此出现了白黑相间的条带状，这就是低碳变形钢热扩钢管中的带状组织带状组织消除机理低碳变形钢的室温组织为铁素体+珠光体，如果存在带状组织即为铁素体+珠光体交替的条带状组织。
具有带状组织的低碳钢无缝钢管，从室温加热到正火温度，当通过Ac1温度时，则共析组织发生转变，珠光体转变为奥氏体。
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。
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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
挤到部分尚处于奥氏体状态的偏析区外侧的低P区，在这里被富聚而转变成珠光体。
相反，降低铁素体开始析出温度的Mn Ni Cr等成分产生偏析时，由于在偏析区的外侧铁素体最初形核增加，C则是被排挤到铁素体开始析出的温度比较低的，大部分尚处于奥氏体状态的偏析区，在那里富聚而转变成珠光体，结果，偏析区的外侧变成铁素体，偏析区则变成珠光体。
关于带状组织对机械性能的影响，表3.2是某钢铁公司技术部门介绍关于SAE4340 （40CrNi2Mo0）钢的研究结果
表1带状组织对Ni-Cr-M0钢SAE4340 （40CrNi2Mo）调质后的机械性能的影响，可以看出，存在带状组织使垂直于轧制方向的伸长率、断面收缩率以及冲击韧性有所减少。
（1）成分分析值：0.42%C，0.72%Mn，0.82%Cr，1.74%Ni，0.25%Mo ，从843℃油冷后635℃回火2小时的4-5根试样的平均值；
（2）经1200℃×100小时扩散退火后，835℃正火5次。
2 消除带状组织的方法
钢中的带状组织形成原因，对钢材质量的影响和消除方法，结果表明这种组织主要是钢中成分偏析引起的，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、渗碳加热条件难以小消除，采取电渣重熔，快速结晶，增大锻造比和扩散退火等技术可减轻或避免钢材带状组织的形成一般认为，带状组织起因于凝固时的树枝状偏析，因此，要完全防止它的发生是十分困难的，但是，可以用扩散退火、电渣重熔、快速结晶；增大锻造比等方法消除或减轻它，在这里介绍一下扩散退火，钢锭在凝固过程中总会产生不同程度的枝晶偏析。
即化学成分很不均匀，扩散退火是将钢锭（或钢锭）高温加热并在次温度下保温，使元素扩散均匀，以减轻或消除枝晶偏析，从而，提高钢材质量。
各种元素在奥氏体中的扩散能力，都是随温度升高而增大，所以扩散退火都要求较高的温度，具体的扩散退火温度由钢种和偏析的程度而定，如钢中偏析严重，含有扩散速度较慢的元素或含有难于溶解的特殊碳化物时，需采用较高温度。
一般合金钢扩散退火温度多采用1200℃～1300℃而高碳钢采用1100℃～1200℃，保温时间为10h～15h。
例如，碳钢的带状组织通过1300℃×5小时的扩散退火，就比较容易消除；镍鉻钼钢SAE4340（40CrNi2Mo）的带状组织，通过1200℃×100小时扩散退火后得以消除。
钢锭在热加工之前要进行一次扩散退火，但是，要完全消除树枝状偏析需要很长时间的退火，因此，通常只在扩散退火温度下保温几小时，这样既能达到扩散退火效果，又简化热处理工序。
3 结论
生产实践证明严格控制钢的冶炼及轧制工艺就可以得到均匀的铁素体和珠光体，有效地防止了带状组织的产生。
参考文献
[1]预防热处理废品的措施[日].吉田亨等著机械工业出版社，1979，11.
[2]金属学宋维锡主编冶金出版社. 1980，5.。