D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.01.011 第27卷第1期 北京科技大学学报 VoL27 No.1 2005年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2005 钢的表面带状组织及其引起的冷弯裂纹 柳得橹)邵伟然”孙贤文)霍向东”毛新平)李烈军) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)珠江钢铁公司，广州510730 摘要分析在热轧低碳含锰钢板上观察到的表面带状组织，讨论了带状组织形成的原因和 预防方法.实验测定了厚度为8mm与5mm热轧钢板冷弯时表面的局部相对伸长，通过实验 结果说明表面带状组织是导致钢板出现冷弯裂纹的主要原因之一，提出了防止带状组织生 成、避免冷弯裂纹的方法要点. 关键词表面带状组织：成分偏聚：冷弯裂纹：低碳含锰钢 分类号TG142.1 铁素体/珠光体带状组织是热轧钢中常见的 分布，碳从新生成的铁素体中扩散到周围富M如 一个现象，带状组织对钢的使用性能有很大影 的奥氏体中，继续冷却使富M血区的碳进一步增 响，例如可导致某些钢的冲击韧性降低，降低横 加并积累在A温度较低的区域，碳含量的增加 向的塑性和断裂韧性等. 则进一步降低了局部的Ar温度.这些剩余奥氏 导致带状组织形成的过程由凝固过程开始， 体区域的成分最终可以达到共析成分，在温度降 在低碳钢凝固时钢液中分配系数小于1的合金 到A,以下时形成珠光体，结果得到铁素体/珠光 元素和杂质元素（如Mm,Si,S,P)不断从8相树枝 体的带状组织， 晶排出，因而这类元素在树枝晶间区域的浓度明 文献对中碳钢（碳的质量分数为0.364%）中由 显高于树枝晶内的浓度，随后在奥氏体区的大变 Mn,Si,Cr偏聚引起的碳在奥氏体中的浓度变化 形量轧制使凝固组织中的溶质富集区和贫化区 △Cc作了计算，表明锰和铬的偏聚对奥氏体中 被拉长变成带状区.由树枝晶间偏聚形成的溶质 碳浓度变化的影响部分地被硅偏聚的相反 浓度波动可以用一组正弦波函数来描述，其最 作用相抵消，设钢中不同区域奥氏体向铁素体转 大波长即是枝晶臂间距d,这个间距也就是为了 变的温度差为△T,冷速为dTd,则碳的扩散时间 达到成分均匀化需要偏聚元素扩散的距离. 为△TdT),如果偏聚带的间距为d,碳的扩散 由于碳的扩散能力相当高，在奥氏体中碳可 系数为D,则生成铁素体/珠光体带状组织的条 以近似地按照热力学平衡分布，但是合金元素的 件是： 浓度变化将导致奥氏体中碳的不均匀分布阿，某 dT DeAT d证dr, 些元素有效地吸引碳（如Mn,C),而另一些元素 当存在成分偏聚的钢其冷却速度dT仙大于 则排斥碳（如Si).计算表明，M血的浓度变化△C 上式的Dc△Td时，就不会出现带状组织，但是成 会导致碳浓度的变化△Cc,而这将明显改变局部 分偏聚仍然存在，还可能在随后热处理时形成带 的奥氏体一铁素体相变A温度.另一方面，合金 状组织阿. 元素的浓度变化本身也提高（如Si或降低（如Mn 然而，连俦坯铸态组织的表面层是等轴晶 和C)A温度.在缓慢冷却时，奥氏体稳定化元 区.由于分凝效应，同样会在晶界附近存在溶质 素（如Mn)浓度较低的区域即局部A温度较高的 元素的偏聚.笔者对薄板坯连俦连轧工艺生产的 区域首先开始转变为铁素体，同时引起碳的重新 含锰低碳钢的研究表明：除了上述在钢板内部出 收稿日期：200403-04修回日期：2004-0905 现的带状组织，在热轧钢板的表面层还存在另一 基金项目：国家基础发展规划研究项目No.GI998061500) 种带状组织，它是导致表面冷弯裂纹的重要原 作者简介：柳得櫓(1939一，女，教授，博士 因.本文将报道所观察的实验结果并加以讨论，2 7 第 卷 第 期 1 0 0 2 2 年 月 5 北 京 科 技 大 学 学 报 J o 口 u l a U o f . i o 帆比 妙 f s c i 皿 c e e . 而 几 c h j l n o o 】 确 g y i n g V 2 o 7 匕 N L . l F e b . 0 0 2 5 钢 的表面带状组织及其引起 的冷弯裂纹 柳得槽 ” 邵 伟 然 ” 孙 贤文 ” 霍向 东 ” 毛新 平 2 , 李烈 军 ” l) 北 京科 技大 学材料 科 学与 工程 学院 , 北京 10 0 0 83 2) 珠江钢 铁 公司 , 广 州 51 0 7 30 摘 要 分析 在 热轧 低碳 含锰 钢板 上观 察 到的 表面 带状 组织 , 讨 论 了带状 组织 形成 的 原 因 和 预 防方 法 . 实验测 定 了厚 度 为 s r 以r n 与 s t n r 比 热轧钢 板 冷弯 时 表面 的局 部 相对伸 长 , 通 过实 验 结 果说 明表 面带 状组 织 是导致 钢板 出现冷 弯裂 纹 的主要 原 因之 一 提 出 了防止 带状 组织 生 成 、 避 免冷弯 裂纹的方 法要 点 . 关键 词 表 面带 状组 织 ; 成 分偏 聚 ; 冷弯 裂纹 ; 低碳 含 锰钢 分 类号 T G 1 42 . l 铁 素体 /珠 光 体 带 状组 织 是 热 轧钢 中常 见 的 一个 现象 `切 , 带 状组织 对钢 的使用 性 能有 很 大 影 响 , 例 如可 导致某 些 钢 的冲击 韧性 降低 。 , , 降低横 向的塑 性 和 断裂韧 性 l4] 等 . 导致 带状 组 织 形成 的过 程 由凝 固过程 开 始 , 在低 碳 钢 凝 固 时钢 液 中分 配系数 小于 1 的合 金 元 素和 杂 质元 素 ( 如 M n , is , S , )P 不 断从 6 相树 枝 晶排 出 , 因而这 类元 素 在树 枝 晶间 区域 的浓度 明 显 高于树 枝 晶 内的浓 度 . 随 后在 奥 氏 体 区 的大变 形 量轧 制 使 凝 固 组 织 中 的溶 质 富集 区 和贫 化 区 被拉 长变 成 带状 区 . 由树 枝 晶 间偏聚 形成 的溶 质 浓度 波 动可 以用 一组 正 弦 波 函 数 来描 述 ’ 41 , 其 最 大波 长 即 是枝 晶 臂 间距 d , 这 个 间距 也 就 是为 了 达 到成 分 均匀 化 需要 偏 聚 元素 扩 散 的距 离 . 由于碳 的扩 散 能力相 当高 , 在 奥 氏体 中碳 可 以近 似地 按 照热 力学 平衡 分布 , 但是 合金 元 素 的 浓 度 变化 将 导 致奥 氏体 中碳 的不均 匀 分布 `习, 某 些元 素 有 效地 吸 引碳 (如 M n , C )r , 而另 一些 元 素 则排 斥碳 ( 如 is ) . 计 算表 明 , M n 的浓 度 变化 △ C腼 会 导 致碳 浓 度 的变 化 △cC , 而 这 将 明显 改变 局 部 的奥 氏体一铁素 体相 变赶 」温度 . 另一方 面 , 合 金 元素 的浓 度 变化 本 身也提 高 (如 is ) 或 降低 (如 M n 和 C t) A r 3 温度 . 在 缓 慢冷却 时 , 奥氏体稳 定化 元 素 (如 N加 )浓度较低 的区 域 即局部 灿 3温 度较高 的 区域 首先 开始转变 为铁 素 体 , 同 时引起 碳 的重 新 分 布 , 碳 从 新 生成 的铁 素体 中扩 散 到周 围富 M n 的 奥 氏 体 中 , 继 续冷 却 使 富 M n 区 的碳进 一步 增 加 并积 累 在 龙 3 温度 较 低 的 区 域 , 碳 含 量 的增 加 则进 一 步 降低 了局部 的 A r 」 温度 . 这 些剩 余 奥 氏 体 区 域 的成 分最 终可 以达 到共析成 分 , 在温 度 降 到 A 、 以下 时形 成珠光 体 , 结果 得 到铁素 体 /珠 光 体 的带 状 组织 . 文献对 中碳钢 (碳的质 量分 数 为 .0 3 64 % )中 由 M h , is , C r 偏聚 引起 的碳 在 奥 氏体 中 的浓度 变 化 △cC 作 了计 算 , 表 明锰 和 铬 的 偏 聚 对 奥 氏 体 中 碳浓 度 变 化 的 影 响 部 分 地 被 硅 偏 聚 的 相 反 作用 相抵 消 . 设 钢 中不 同 区域 奥 氏 体 向铁素 体转 变 的温度 差 为△T , 冷 速 为 d T/ dt , 则 碳 的扩 散 时 间 为△T/ (d T/ dr) , 如果 偏 聚 带 的间 距 为 d , 碳 的扩 散 系数 为cD , 则 生成 铁 素体 /珠 光 体 带 状组 织 的 条 件是 : d T ~ - : ~ 一 吸 dt D c△T 了 收 稿 日期 : 20 0今刁 3刁 4 修回 日期 : 2 0 4刁9刁 5 基 金项 目 : 国家基 础 发展规 划研 究项 目 倒 。 . G 19 8 0 6 15 0 0) 作 者简 介 : 柳 得槽 ( 193 9一) , 女 , 教授 , 博士 当存 在 成 分 偏聚 的钢 其 冷 却速 度 d T/ dt 大 于 上 式 的cD △刃 J Z 时 , 就 不会 出现 带 状 组织 , 但 是成 分偏聚 仍 然存 在 , 还 可能 在 随后 热处 理 时形 成带 状 组 织 le] . 然 而 , 连 铸坯 铸 态 组 织 的表 面 层 是 等 轴 晶 区 . 由于分 凝效 应 , 同样会 在 晶界 附近 存 在溶 质 元 素 的偏 聚 . 笔者 对 薄板坯连 铸连轧 工 艺生 产 的 含 锰低碳钢 的研究 表 明 : 除 了上述在 钢板 内部 出 现 的带 状组织 , 在 热 轧钢 板 的表 面层 还存 在 另一 种 带 状 组 织 , 它 是 导致表 面 冷 弯裂 纹的重 要 原 因 . 本文 将 报 道所 观 察的 实验 结 果 并加 以讨论 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 01. 011