Vol.27 No.1 柳得橹等：钢的表面带状组织及其引起的冷弯裂纹 ·43 60 35 (a) (b). 50 30 25 40 20 傲30 10 10 5 0 5 0 0 15 20 5 10 15 距冷弯中心格数 距冷弯中心格数 图4钢板弯曲时外表面局部延伸的变化.()厚度8mm:(b)厚度5mm Fig.4 Local elongation distribution along the outer surface of cold bending strips:(a)specimen with 8 mm in thickness; (b)specimen with 5mm in thickness 23产生冷弯裂纹的原因 时贫溶质区先转变为铁素体，伴随着铁素体晶粒 具有铁素体/珠光体表面带状组织的钢板在 的生长，碳、锰等元素进一步向残余的奥氏体中 180°冷弯时，容易出现表面裂纹.经上述实验测 扩散，导致富溶质区的碳、锰等元素浓度继续增 定表明：厚度为5-8mm的钢板在以与厚度相同 加，直到在较低温度变为珠光体回 的曲率半径弯曲时，其外表面的局部延伸率为 表面带状组织则是连铸坯表面层等轴晶区 20%~50%.对于8mm和5mm厚度的钢板，表面 的成分偏聚区经轧制变形延伸成带状区造成的， 局部延伸分别达到50%和30%左右.由于以珠光 它的形貌、偏聚带的间距或波长以及浓度波动程 体为主要组元的钢其延伸率一般在10%以下例， 度往往与通常出现在板内的带状有所不同，表面 因此，当存在表面带状组织的钢板弯曲时，表面 带状组织可能是铁素体/珠光体带，也可能是粗 层的珠光体带在局部延伸超过10%左右时可能 晶铁素体与细晶铁素体带.它们是造成钢板冷弯 发生局部开裂，结果形成了一系列沿轧向排列的 裂纹的主要原因之一.而且，钢板的厚度越厚，产 表面裂纹.而厚度较小的钢板弯曲时，表面的局 生表面裂纹的情形越严重. 部延伸率只要小于珠光体的延伸率，试样原则上 低碳含锰钢中影响带状组织形成的关键是 不会出现表面裂纹.但是，如果在晶界上形成 Mn的偏聚.由于锰和铬的偏聚对奥氏体中碳浓 了大量的粗大夹杂物粒子或连续的碳化物膜，那 度变化的影响可以部分地被S偏聚的相反作用 么钢板有可能沿这些晶界裂开而出现裂纹.由图 相抵消，因此，如果能在一定范围内适当调整成 2可以看出，在所观察的含锰低碳钢板表面晶界 分例如适当增加硅的含量，可以减轻或延缓碳向 上形成了许多较大的第二相粒子和晶界碳化物 富锰区的扩散，对防止带状组织的形成是有帮助 膜，这也是导致表面裂纹和塑性变坏的一个重要 的.而对于给定化学成分的低碳钢和中碳钢，直 原因 接影响热轧钢中带状组织形成的因素主要有以 3讨论 下几方面： (1)凝固时的冷却速度.由于带状组织是由钢 根据以上结果可见，在低碳含锰钢热轧板中 液凝固时的枝晶间成分偏聚造成的，加快凝固时 存在两类带状组织：一类是通常在钢板截面上观 的冷速将减缓偏聚的程度，使偏聚的浓度差减 察到的铁素体/珠光体带状组织；另一类则是在 小，特别快冷时可能达到无偏聚状态， 轧面上出现的表面带状组织，带状组织形成的原 (2)均热温度和时间.显然，较高的均热温度 因是由于钢液凝固时的分凝效应造成了枝晶间 和较长的均热时间有利于溶质元素的扩散，使成 偏聚，凝固组织中富含扩散较慢并且降低奥氏体 分趋向于均匀，从而从根本上防止带状组织生 向铁素体转变温度元素的富溶质区和相邻的贫 成，但是，在实际生产条件下往往难以达到所需 溶质区经大变形量轧制后变成带状区，轧后冷却 的均匀化温度和时间.Vb l . 2 7 N O . l 柳 得槽 等 : 钢的 表面 带状 组织 及其 引起 的冷 弯裂 纹 6 0 厂 , , - 一 - - - - - - 一- 一- - 1 5 1- , , , es se es es es 一一 一 一 - 一 , n àù气nUf 0 内j ù, ,`, l `1. 毋霉友芝目 0 ó1 ù、 à 4 内j乙, 芝幸禽霉喇 5 10 1 5 2 0 距冷弯中心格数 距冷弯中心格数 图 4 钢 板 弯 曲时外 表面 局部 延伸 的 变化 . (a) 厚 度 s m m ; (b) 厚 度 s m 口 F咭 · 4 L o e a l e le o g a iOt o d is tr i b u iOt n a lO n g t h e o u t e r s u r fa c e o f e o ld b e n d in g s t r i P s : ( a ) s P e c i m e n w it h s m m in th i e kn se s : (b) , p e c加 . iw ht s m m in ht ic kn 姗 .2 3 产 生 冷弯 裂 纹 的原 因 具有 铁 素体 /珠 光体 表 面 带状 组 织 的钢 板 在 180 “ 冷 弯 时 , 容 易 出现 表 面裂 纹 . 经 上 述 实验 测 定表 明 : 厚度 为 5一 s n lr n 的钢 板 在 以与 厚度 相 同 的 曲率 半 径 弯 曲时 , 其 外 表 面 的 局 部延 伸 率 为 2 0% 一 5 0% . 对 于 s t 。力。 和 s r o r n 厚度 的钢 板 , 表 面 局 部 延伸 分别 达 到 5 0% 和 30 % 左 右 . 由于 以珠 光 体 为主 要组 元 的钢 其 延伸 率 一般 在 10% 以下 `, , , 因此 , 当存 在 表面 带 状 组织 的钢 板 弯 曲时 , 表 面 层 的珠 光 体带 在 局 部 延伸 超 过 10 % 左 右 时 可 能 发生 局部 开裂 , 结果 形成 了一 系 列沿 轧 向排 列 的 表 面 裂 纹 . 而 厚度 较 小 的钢 板 弯 曲时 , 表 面 的局 部 延伸 率 只要 小于 珠 光体 的延 伸率 , 试 样 原则 上 不会 出现 表 面裂 纹 . 但 是 , 如 果在 晶界 上 形 成 了大 量 的粗大 夹 杂物粒 子或 连 续 的碳化 物膜 , 那 么 钢板 有可 能沿 这 些 晶界裂 开 而 出现裂 纹 . 由图 2 可 以看 出 , 在所 观 察 的含 锰 低碳 钢 板表 面 晶界 上 形 成 了 许 多较 大 的第 二 相 粒子 和 晶界 碳 化物 膜 , 这也 是导致 表 面裂 纹和 塑 性变 坏 的一个 重 要 原 因 , 3 讨 论 根 据 以上 结果 可见 , 在低 碳 含锰 钢 热轧 板 中 存 在 两类带 状组 织 : 一类是 通 常在 钢板截 面 上观 察 到 的铁 素 体 /珠 光体 带状 组织 ; 另 一类 则 是在 轧 面上 出现 的表 面 带状 组织 . 带状 组织 形成 的原 因是 由于钢 液 凝 固时 的 分凝 效 应 造 成 了枝 晶 间 偏 聚 , 凝 固组织 中富含 扩散 较慢 并 且 降低 奥 氏体 向铁 素 体转 变 温 度 元 素 的 富溶 质 区 和 相邻 的贫 溶质 区经 大 变形 量轧 制后 变 成带状 区 , 轧 后冷 却 时贫溶 质 区 先 转变 为铁 素 体 , 伴 随着 铁 素体 晶粒 的生 长 , 碳 、 锰 等元 素进 一 步 向残 余 的奥 氏体 中 扩 散 , 导致 富 溶质 区的碳 、 锰等 元 素浓 度 继 续增 加 , 直 到在 较低 温 度 变为 珠 光体 IZJ . 表 面 带 状 组 织 则 是 连 铸 坯 表 面层 等轴 晶 区 的成分 偏 聚 区经 轧 制变 形延 伸成 带状 区造 成 的 , 它 的形 貌 、 偏 聚带 的 间距或 波长 以及 浓度 波 动程 度 往往 与通 常 出现 在板 内的带状 有所 不 同 . 表面 带 状 组织 可 能是 铁 素体 /珠 光 体 带 , 也可 能 是粗 晶铁 素 体 与细 晶铁 素体 带 . 它们 是造 成钢 板冷 弯 裂 纹 的主要 原 因之 一 而且 , 钢 板 的厚度越 厚 , 产 生 表 面裂 纹 的情形越 严 重 . 低 碳 含 锰 钢 中 影 响 带状 组织 形 成 的关 键 是 M n 的偏 聚 . 由 于锰和 铬 的 偏聚 对 奥 氏 体 中碳 浓 度 变 化 的影 响可 以部分 地 被 is 偏 聚 的相 反作 用 相抵 消 , 因此 , 如 果 能在 一 定范 围 内适 当调 整 成 分例 如适 当增加 硅 的含量 , 可 以减轻 或延 缓碳 向 富锰 区 的扩 散 , 对 防止 带状 组织 的形 成是 有帮 助 的 . 而 对 于 给 定化 学成 分 的低 碳钢 和 中 碳钢 , 直 接 影 响热 轧 钢 中带状 组织 形 成 的 因素 主 要 有 以 下几 方面 : ( l) 凝 固时 的冷 却速度 . 由于 带状 组织 是 由钢 液凝 固时 的枝 晶间成 分偏 聚造 成 的 , 加快凝 固时 的 冷 速将 减 缓 偏 聚 的程 度 , 使 偏 聚 的浓 度 差 减 小 , 特 别 快冷 时可 能达 到无 偏 聚状 态 . (2 ) 均热 温度 和 时 间 . 显然 , 较高 的 均热 温度 和 较 长 的均热 时 间有利 于溶 质 元素 的扩 散 , 使成 分趋 向于 均 匀 , 从而 从 根 本 上 防止 带 状 组 织 生 成 . 但 是 , 在 实 际 生产 条件 下 往往 难 以达 到 所需 的均 匀化 温 度和 时 间