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带状组织对钢材力学性能的伤害

发布时间:2016-11-17 15:19:16 共阅281次

 

 
带状组织对钢材力学性能的伤害
 
 
铸态钢在经过热加工后,往往会出现带状组织这一常见的组织缺陷。在亚共析钢中,最常见的带状组织表现为铁素体和珠光体沿平行于轧制的方向呈层状或条带状分布。其他的带状组织还包括过共析工具钢中出现的碳化物带和热处理合金钢中出现的马氏体带等。带状组织可导致钢材力学性能各向异性,极大地降低钢的塑性和韧性,严重缩短材料的使用寿命。
 
 
在中国从制造大国迈向制造强国的跨越进程中,高端机械制造业对钢材的要求不断提高,而带状组织无疑是影响高端钢材质量稳定性和一致性的问题之一。尽管国外从20世纪50年代初就开始研究带状组织,但如何消除带状组织或有效地减少其对钢材力学性能影响的问题还未完全解决。以美国为主的国外学者较早地引领了带状组织的研究热潮,但国内的相关研究还十分欠缺,鉴于带状组织对钢材生产和使用性能的影响问题日益突出,带状组织应受到国内学者的高度重视。尤其是在重点领域(如航空航天、海洋工程、先进轨道交通装备等)服役的高端钢材中的带状组织更应得到迫切关注。北京科技大学的研究者们试图对带状组织的形成机制与影响因素、带状组织对钢力学性能的影响、控制带状组织的措施方法以及对带状组织的评级手段等进行系统的评述,并提出研究与控制带状组织的关键问题。研究结果表明:
 
 
(1)钢中的带状组织是线材和板材中常见的组织缺陷。合金元素的微观偏析是形成带状组织的主要原因。合金元素对带状组织形成的主要影响是改变Ar3转变温度。凝固组织中枝晶间的Ar3转变温度差异越大,亚共析钢越容易形成带状组织。钢中一次、二次碳化物对过共析钢带状组织的形成起主要作用。钢中夹杂物的大小、形貌和分布对带状组织形成的影响程度至今尚未达成共识。
 
(2)奥氏体转变过程中较高的冷却速率抑制带状组织的形成,但其原因尚未明确。奥氏体晶粒尺寸对铁素体形核和长大的影响不容忽视。带状组织的带间距与铸坯凝固组织中的一次、二次枝晶间距的关系值得深入分析。
 
(3)带状组织使钢材的力学性能出现各向异性,对沿轧制方向的抗拉强度影响不大,但将显著降低钢的横向塑性和韧性,严重缩短工件的使用寿命。钢中带状组织和夹杂物对力学性能的影响仍需继续讨论。
 
(4)促进合金元素的均匀分布、控制连铸坯凝固组织的微观偏析是减轻或消除带状组织的主要思路。合理地设计钢种成分、优化连铸和控轧控冷工艺是主要手段。但在现实生产中,如何经济地减轻带状组织的问题亟待解决。
 
(5)中国GB/T13299-1991标准的准确度不高且仅适用于中、低碳钢带状组织的评定,对于高碳钢并不适用。因此仍需对带状组织的评级进行深入分析,逐渐建立比较完善的评定方法。此外,对带状组织进行定量化研究是需要解决的关键问题。 
 
 
 

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