鋼中帶狀組織及其研究現(xiàn)狀

鑄態(tài)鋼在經(jīng)過(guò)熱加工后，往往會(huì)出現(xiàn)帶狀組織這一常見(jiàn)的組織缺陷。在亞共析鋼中，最常見(jiàn)的帶狀組織表現(xiàn)為鐵素體和珠光體沿平行于軋制的方向呈層狀或條帶狀分布。其他的帶狀組織還包括過(guò)共析工具鋼中出現(xiàn)的碳化物帶和熱處理合金鋼中出現(xiàn)的馬氏體帶等。帶狀組織可導(dǎo)致鋼材力學(xué)性能各向異性，極大地降低鋼的塑性和韌性，嚴(yán)重縮短材料的使用壽命。

在中國(guó)從制造大國(guó)邁向制造強(qiáng)國(guó)的跨越進(jìn)程中，高端機(jī)械制造業(yè)對(duì)鋼材的要求不斷提高，而帶狀組織無(wú)疑是影響高端鋼材質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性的問(wèn)題之一。盡管?chē)?guó)外從20世紀(jì)50年代初就開(kāi)始研究帶狀組織，但如何消除帶狀組織或有效地減少其對(duì)鋼材力學(xué)性能影響的問(wèn)題還未完全解決。以美國(guó)為主的國(guó)外學(xué)者較早地引領(lǐng)了帶狀組織的研究熱潮，但國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究還十分欠缺，鑒于帶狀組織對(duì)鋼材生產(chǎn)和使用性能的影響問(wèn)題日益突出，帶狀組織應(yīng)受到國(guó)內(nèi)學(xué)者的高度重視。尤其是在重點(diǎn)領(lǐng)域（如航空航天、海洋工程、先進(jìn)軌道交通裝備等）服役的高端鋼材中的帶狀組織更應(yīng)得到迫切關(guān)注。北京科技大學(xué)的研究者們?cè)噲D對(duì)帶狀組織的形成機(jī)制與影響因素、帶狀組織對(duì)鋼力學(xué)性能的影響、控制帶狀組織的措施方法以及對(duì)帶狀組織的評(píng)級(jí)手段等進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)述，并提出研究與控制帶狀組織的關(guān)鍵問(wèn)題。研究結(jié)果表明：

（1）鋼中的帶狀組織是線材和板材中常見(jiàn)的組織缺陷。合金元素的微觀偏析是形成帶狀組織的主要原因。合金元素對(duì)帶狀組織形成的主要影響是改變Ar3轉(zhuǎn)變溫度。凝固組織中枝晶間的Ar3轉(zhuǎn)變溫度差異越大，亞共析鋼越容易形成帶狀組織。鋼中一次、二次碳化物對(duì)過(guò)共析鋼帶狀組織的形成起主要作用。鋼中夾雜物的大小、形貌和分布對(duì)帶狀組織形成的影響程度至今尚未達(dá)成共識(shí)。

（2）奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中較高的冷卻速率抑制帶狀組織的形成，但其原因尚未明確。奧氏體晶粒尺寸對(duì)鐵素體形核和長(zhǎng)大的影響不容忽視。帶狀組織的帶間距與鑄坯凝固組織中的一次、二次枝晶間距的關(guān)系值得深入分析。

（3）帶狀組織使鋼材的力學(xué)性能出現(xiàn)各向異性，對(duì)沿軋制方向的抗拉強(qiáng)度影響不大，但將顯著降低鋼的橫向塑性和韌性，嚴(yán)重縮短工件的使用壽命。鋼中帶狀組織和夾雜物對(duì)力學(xué)性能的影響仍需繼續(xù)討論。

（4）促進(jìn)合金元素的均勻分布、控制連鑄坯凝固組織的微觀偏析是減輕或消除帶狀組織的主要思路。合理地設(shè)計(jì)鋼種成分、優(yōu)化連鑄和控軋控冷工藝是主要手段。但在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，如何經(jīng)濟(jì)地減輕帶狀組織的問(wèn)題亟待解決。

（5）中國(guó)GB/T13299-1991標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度不高且僅適用于中、低碳鋼帶狀組織的評(píng)定，對(duì)于高碳鋼并不適用。因此仍需對(duì)帶狀組織的評(píng)級(jí)進(jìn)行深入分析，逐漸建立比較完善的評(píng)定方法。此外，對(duì)帶狀組織進(jìn)行定量化研究是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。