【知识】带状组织、魏氏组织、脱碳层等热处理缺陷组织解析

2023-02-27 11:48:21 作者：材子笔记来源：材子笔记分享至：

带状组织

带状组织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。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。这种带状组织可以通过电渣重熔、增大结晶速度来消除。

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。这种组织可通过提高终轧温度、增大锻造比或扩散退火、正火的方法来改善或消除。

3、成分偏析引起的带状组织很难用热处理的方法加以消除。通常正火能够在一定程度上减轻这种偏析，一般情况下通过正火能将偏析纠正到允许级别。如果带状组织严重，可以多次正火改善。最可靠的方法是先高温扩散退火，接着再来一次正火，这样可以达到完全消除带状组织的效果，但是这样成本会很高，对于钢板来说受表面质量的限制，难以实现。

魏氏组织

魏氏组织是在奥氏体晶粒较粗大，冷却速度适宜时，钢中的先共析相以针片状形态与片状珠光体混合存在的复相组织。魏氏组织不仅晶粒粗大，而且由于大量铁素体针片形成的脆弱面，使金属的的柔韧性急速下降，这是不易淬火钢焊接接头变脆的一个主要原因。

# 产生原因

片状的共格沉淀相通常是在基体的一定晶面析出（叫沉淀的惯析面），以维持共格，因为在晶体内晶面成几组方向不同地平行排列，所以沉淀相也就是几组平行排列，成为魏氏组织。

过热的中碳钢或低碳钢在较快的冷却速度下容易产生魏氏组织。

脱碳层

脱碳层是指含碳耐火材料在高温使用中，表层受氧化性介质侵蚀，碳被氧化后形成的层带。脱碳层的气孔率比原砖显著增大，故强度降低。含碳耐火材料经熔渣侵蚀后，工作面常附有一层渣层，其成分主要由熔渣与被熔渣溶蚀或冲蚀下来的耐火材料构成。紧接着附渣层的是熔渣与脱碳后的耐火材料相互作用而形成的反应层在反应层内，相互作用生成的液相形成了连续签质，耐火材料的晶粒或颗粒一般多呈蚀损状态并被这些基质所包围。反应层与原砖之间则为脱碳层。脱碳层一般都较薄，反应层则较厚些。

# 钢的脱碳层深度测定

脱碳包含部分脱碳、完全脱碳。完全脱碳指钢样表层碳含量水平低于碳在铁素体中最大溶解度（只在铁素体中存在）。

　　有效脱碳层深度：从产品表面到规定的碳含量或硬度水平的点的距离，规定的碳含量或硬度水平以不因脱碳而影响使用性能为准（如产品标准中规定的碳含量最小值）。

　　总脱碳层深度：从产品表面到碳含量等于基体碳含量的那一点距离，等于部分脱碳层和完全脱碳层之和。

铁素体脱碳层深度：表面完全脱碳层的深度。（由显微组织检验确定）测定方法。

　　通常采用金相法、硬度法、化学法或光谱分析法。试样在供货状态下检验，不需要进一步热处理。如经有关各方商定，则要从多方面注意防止碳的分布状态和质量分数的变化。如：采用小试样、短的奥氏体化时间，中性的保护气氛。