帶狀組織是鋼材內部缺陷之一,出現(xiàn)在熱軋低碳結構鋼顯微組織中,沿軋制方向平行排列、成層狀分布、形同條帶的鐵素體晶粒與珠光體晶粒。這是由于鋼材在熱軋后的冷卻過程中發(fā)生相變時鐵素體優(yōu)先在由枝晶偏析和非金屬夾雜延伸而成的條帶中形成,導致鐵素體形成條帶,鐵素體條帶之間為珠光體,兩者相間成層分布。
金屬材料在冶煉澆注后絕大部分要經過壓力加工方可成為型材。但是,加工后的材料容易得到沿著變形方向珠光體和鐵索體呈帶狀分布的組織,即形成帶狀組織。形成帶狀組織的原因大致有兩種:
1、由成分偏析引起的帶狀組織
在低碳鋼中,由于夾雜物的含量較多,加工變形后,夾雜物呈流線分布,當鋼從熱加工溫度冷卻時,這些夾雜物可作為先共析鐵索體成核的核心,使先共析鐵素體先在夾雜物周圍生成,最后剩余奧氏體轉變成珠光體,使先共析鐵素體和珠光體呈帶狀分布,形成帶狀組織。這種帶狀組織很難用熱處理的方法加以消除。
2、由于熱加工溫度不當引起的帶狀組織
在鍛造時,熱加工停鍛溫度位于兩相區(qū)時(Ar1和Ar3之間),鐵素體沿著金屬流動方向從奧氏體中呈帶狀析出,尚未分解的奧氏體被割成帶狀,當冷到Ar1時,帶狀奧氏體轉化為帶狀珠光體,這種組織可以通過正火或退火的方法加以消除。
帶狀組織的存在會使金屬的力學性能呈各向異性,沿帶狀組織的方向明顯優(yōu)于其垂直方向。壓力加工時易于從交界處開裂。對于需要后續(xù)熱處理的零件,帶狀組織輕則會導致熱變形過大,重者會造成應力集中,甚至出現(xiàn)裂紋。如果帶狀組織非常嚴重的話,正火是解決不了的,最好進行高溫擴散退火,在1050℃以上加熱,才能使碳原子擴散均勻,消除帶狀組織。
帶狀組織一般可用熱處理方法加以消除。對于高溫下能獲得單相組織的材料,帶狀組織有時可用正火來消除。而因嚴重的磷偏析產生的帶狀組織必須用高溫擴散退火及隨后的正火加以改善。具體消除手段如下:
1、由成分偏析引起的帶狀組織,即當鋼中含有磷等有害雜質并壓延時,雜質沿壓延方向伸長。當鋼材冷至Ar3以下時,這些雜質就成為鐵素體的核心使鐵素體形態(tài)呈帶狀分布,隨后珠光體也呈帶狀分布。這種帶狀組織可以通過電渣重熔、增大結晶速度來消除。
2、由熱加工溫度不當引起的帶狀組織,即熱加工停鍛溫度于二相區(qū)時(Ar1和Ar3之間),鐵素體沿著金屬流動方向從奧氏體中呈帶狀析出,尚未分解的奧氏體被割成帶狀,當冷卻到Ar1時,帶狀奧氏體轉化為帶狀珠光體。這種組織可通過提高終軋溫度、增大鍛造比或擴散退火、正火的方法來改善或消除。
3、成分偏析引起的帶狀組織很難用熱處理的方法加以消除。通常正火能夠在一定程度上減輕這種偏析,一般情況下通過正火能將偏析糾正到允許級別。如果帶狀組織嚴重,可以多次正火改善。最可靠的方法是先高溫擴散退火,接著再來一次正火,這樣可以達到完全消除帶狀組織的效果,但是這樣成本會很高,對于鋼板來說受表面質量的限制,難以實現(xiàn)。