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PART 1帶狀組織的形成原因

     帶狀組織是指亞共析鋼中珠光體和鐵素體呈帶狀排列的現(xiàn)象，是鋼在冶煉過(guò)程中形成的缺陷組織。

     鋼液在鑄錠結(jié)晶過(guò)程中選擇性結(jié)晶，形成化學(xué)成分不均勻分布的枝晶組織。鋼錠中的粗大枝晶在軋制時(shí)沿變形方向被拉長(zhǎng)，并逐漸與變形方向一致，從而形成碳及合金元素的貧化帶和富化帶，彼此交替堆疊。在緩冷條件下，先在碳和合金元素的貧化帶（過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性較低）析出先共析鐵素體，將多余的碳排入兩側(cè)的富化帶，最終形成以鐵素體為主的帶；而碳及合金元素的富化帶（過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性較高）在其后形成以珠光體為主的帶，最終形成以鐵素體和珠光體交替排列的帶狀組織。成分偏析越嚴(yán)重，形成的帶狀組織越嚴(yán)重。 

圖1 40鋼帶狀組織

     圖1所示為40鋼供應(yīng)狀態(tài)的顯微組織，用4%硝酸酒精溶液浸蝕后，白色鐵素體和深色珠光體呈帶狀分布。

     鋼中存在磷的偏析時(shí)會(huì)形成帶狀組織。當(dāng)鋼在A3-A1區(qū)間慢冷時(shí)，高磷區(qū)域的A3溫度高，首先形成鐵素體，碳被濃縮到低磷區(qū)，造成低磷富碳區(qū)，在隨后冷卻時(shí)發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，使組織分層排列。

      錳也是促進(jìn)帶狀偏析形成的元素。熱軋鋼中，一般形成珠光體處的含錳量較高，而析出鐵素體處含錳量較低。鋼經(jīng)熱軋后緩慢冷卻，先共析鐵素體將優(yōu)先沿變形纖維分布方向的低錳處析出，然后碳將推進(jìn)到高錳處形成珠光體，結(jié)果珠光體與鐵素體相間分布呈條帶狀。

     如果鋼材中存在沿軋制方向被拉長(zhǎng)為呈帶狀分布的非金屬夾雜物，在冷卻過(guò)程中，這些夾雜物就可能成為鐵素體優(yōu)先析出的核心，而形成鐵素體帶，一般就很難用正火的方法予以消除。這種帶狀組織必須先采用高溫均勻化退火后再正火處理來(lái)改善。

     如果奧氏體中的合金元素分布不均勻，將導(dǎo)致其晶粒長(zhǎng)大傾向不一，在碳化物形成元素的富化區(qū)易殘留未溶碳化物，降低碳原子的擴(kuò)散速度，從而抑制晶粒長(zhǎng)大；在貧化區(qū)晶粒則容易長(zhǎng)大，故易出現(xiàn)混晶組織。淬火時(shí)，合金元素貧化區(qū)的淬透性低，易形成非馬氏體組織。滲碳淬火時(shí)，混晶中的粗大晶粒形成粗大針狀馬氏體，將增加殘留奧氏體量。因此，帶狀組織在常規(guī)熱處理之后都具有較低的力學(xué)性能。此外，因成分偏析引起膨脹系數(shù)和相變前后比體積差異增大，使零件淬火變形增大。

      帶狀組織由于其顯微組織分層排列，因而使其力學(xué)性能具有方向性，即沿帶狀縱向的抗拉強(qiáng)度高，韌性也好，但橫向的性能就比較差，不僅強(qiáng)度低，韌性也差，而且還會(huì)使鋼的切屑性能變差，同時(shí)使后續(xù)熱處理變形與硬度的不均勻性增加。如果淬火前存在帶狀組織，淬火加熱過(guò)程中不可能全部消除，淬火后殘存的帶狀組織會(huì)使工件產(chǎn)生較大的組織應(yīng)力，甚至導(dǎo)致開(kāi)裂。

     通常碳在奧氏體中的均勻化溫度高于950℃，合金元素的均勻化溫度要高于1100℃，而均勻化時(shí)間受帶狀組織的帶寬、帶間濃度差和要求均勻化程度的限制。因此，欲使帶狀組織中的碳（特別是合金元素）均勻化是相當(dāng)困難的，采用常規(guī)熱處理（如退火、正火、淬火、滲碳等）工藝一般很難消除帶狀組織。

     歸納形成帶狀組織的原因，其外因?yàn)閴貉?，其?nèi)因?yàn)殇撳V內(nèi)磷、硫等元素的偏析和夾雜物。帶狀組織的嚴(yán)重程度可根據(jù)GB/T 13299 《鋼的顯微組織評(píng)定方法》評(píng)定。

PART 2消除帶狀組織的方法

      采用常規(guī)熱處理（如退火、正火、淬火、滲碳等）不能消除帶狀組織中合金元素的偏析，雖然快冷可抑制碳的不均勻分布，不出現(xiàn)或減輕帶狀組織，但重新加熱緩冷時(shí)又會(huì)形成帶狀組織。

     因此，帶狀組織需要采用電渣重熔、增大結(jié)晶速度、提高終軋溫度、增大鍛造比、進(jìn)行高溫均勻化退火等方法消除。

PART 3結(jié)束語(yǔ)

     帶狀組織是鋼材中碳和合金元素分布不均勻的一種現(xiàn)象，視其帶狀的嚴(yán)重程度，會(huì)對(duì)工件的機(jī)械性能產(chǎn)生不同程度的影響。

     好的，本期文章到此就結(jié)束了，欲知后續(xù)精彩內(nèi)容，且看下期分解。