·42▣ 北京科技大学学报 2005年第1期 程中的偏聚导致钢中不同区域的局部A温度不 生长，新相中的碳、锰等元素进一步向周围尚未 同而造成的结果.因此，带状组织的形态、带间距 转变的奥氏体内扩散直至这些信碳富锰区发生 (或波长)与凝固组织的特征密切相关.钢板内部 相变，当富溶质区开始形成铁素体时，贫溶质区 的带状组织主要是由枝晶间偏聚造成的，而表面 的铁素体已经生长到一定尺寸，经继续冷却最终 带状组织则是由连铸坯表面层等轴晶区的成分 形成了粗晶粒与细晶粒铁素体带相间的带状组 偏聚造成的，柱状晶区和表面层等轴晶区的成分 织.而且稳定奥氏体区的元素如碳、锰以及某些 偏聚带波长及浓度差都不同，得到的带状组织形 残留元素进一步富集在细晶带内，导致许多第二 态、波长和浓度差也就不同. 相粒子在细晶区或其中的晶界上析出， 粗晶/细晶铁素体带状组织形成的原因和铁 因此，这种粗晶/细晶带状组织的形成机制 素体/珠光体带状的基本相同，试样冷却时首先 与铁素体/珠光体带状组织的成因是相同的，其 结晶的δ相晶体中锰、硅、碳等元素含量比较低. 差别仅仅在于钢板的冷却速度不同.若冷速比较 随着固相晶粒的生长，这些溶质元素不断向残余 慢致使残余奥氏体的含碳量接近共析成分再发 液相中富集，导致铸坯表面层等轴晶区发生偏 生相变，就得到铁素体/珠光体带状组织：如果冷 聚.这种表面等轴晶区的偏聚区在热轧时也被拉速稍快些，在富溶质区的成分尚未达到共析点时 长成带状.在冷却过程中贫溶质区由于其局部 发生相变，则得到粗晶/细晶铁素体带状组织.它 Ar3温度较高，首先形成铁素体.伴随着铁素体的 们都是凝固组织偏析造成的后果 50m 10m 10m 图2低碳钢板的表面带状组织，SEM二次电子像.(b)和（©）是(a)的局部放大像 Fig.2 Superficial banded structure of a low carbon steel strip,SEM secondary electron image 2.2冷弯钢板表面局部延伸的实验测定 钢板冷弯时有时发生表面裂纹缺陷.为了研 弯曲前 究该种缺陷与钢板表面层组织的关系，本工作测 量了两种厚度实验钢板在冷弯过程中表面层局 轧向 部延伸的变化及大小侧.从厚度为8,5mm的钢板 上分别切取宽30mm,长200mm的两条试样，钢 板试样的宽度方向平行于轧向，分别在这两条钢 板样上沿轧向即宽度方向画等间距平行线若干 弯曲后 条，相邻两线的间距为2mm(见图3).在室温下用 力学性能试验机将钢板试样进行三点式弯曲，弯 曲直径按国家标准分别取为15,10mm,测量弯曲 后钢板表面平行线间距的变化，从而得出表面的 局部延伸变化，实验测得的外表面局部延伸随钢 图3实验钢板弯曲示意图 板距离的变化由图4给出.由于实验条件所限， Fig.3 Cold bending sketch map of experimental steel 平行线的间距为2mm,故只能假定在表面每 strips 2mm间距内钢板的延伸相同.尽管测定方法存 板厚度越大其表面局部延伸越大.厚度8mm的 在一定的误差，但是能够从本质上说明产生冷弯 钢板表面延伸主要集中在35%~50%范围，钢板厚 裂纹的原因 度"下降时其表面局部延伸随之减小，且最大延伸 由实验测定结果（图4）可知：冷弯时钢板外表 也减小；厚度5mm钢板的表面局部延伸主要集 面的局部延伸是不均匀的，存在一个极大值，钢 中在20%-30%.V b】 一 2 7 N o . 1 柳 得楷 等 : 钢 的表面 带 状组 织及其 引 起的 冷弯 裂纹 1 实 验 方 法 试 样 取 自广 州 珠 江 钢 铁 公 司 薄板 坯 连 铸 连 轧 生 产线 的热 轧 钢板 和 50 r口们。 厚 的板 坯 , 其 化学 成 分 (质 量分 数 )为 : C , 0 . 16% ; 5 1 , 0 . 3% ; M n , l · 2 2% ; P , 0 . 0 15% ; S , 0 . 0 0 3% ; C u , 0 . 10% ; A L , 0 . 0 3 7% ; N , .7 0 xl 0 一 , . 钢 板厚 度 为 5 ~ 和 s r 。们。 . 将 两 种 厚度 的钢 板 分别 切取 尺 寸约 为 1 . s c m xZ c m 的 小块 , 沿 轧 向纵剖 面磨 平 抛光 , 用 4% 硝 酸 酒精 溶 液 浸蚀 制 备成 金相 试样 . 另外 再取 试样 各 一块轻 轻 抛掉 轧 面 的表 面层 氧 化铁 皮 , 制备 成 金相 试 样 . 用 光 学 显微 镜和 扫描 电镜 观 察钢 板试 样组 织 , 同时观 察连 铸 坯及 压 缩变 形 5 0% 后 的低 倍 组织 . 2 实验 结 果 .2 1 两类 带状 组 织 通 常 在文 献 中报 道 与 讨 论 的带 状 组 织 是 指 在钢 中出现 的铁 素 体 /珠光 体 带状 组 织切 , 在 热 轧 钢板 的纵 剖 面 上 容 易观 察 到这 种 沿 轧 向拉 长 的 铁 素体 与 珠 光体 相 间 的组 织 `7] . 图 1 (c) 是 薄板 坯 连铸 连 轧 (C S P 工艺 ) 低 碳 含 M n 钢 热 轧板 中观 察 到 的典 型带 状组 织金 相 照片 , 图中 白色 区 是铁 素 体 而黑 色 区 为珠 光体 . 这 种 铁素 体 /珠 光 体带 的 分布 间距 约为 十几 微 米 . 图 l a( ) 和 (b) 分 别是 C S P 工 艺 50 ~ 厚 的薄 板 坯和 经 过 轧制 压 下 50% 后 的低 倍 组织 . 由图可 见铸 态 组织 中 的树枝 晶在 热 轧变 形过 程 中逐渐 弯 曲 , 其长 度方 向倾 向于接 近 平行 轧 制 方 向 , 但 是化 学 成分 的偏 聚仍 然存 在 , 而且偏 聚 区 形 成条 带状 分布 , 经进 一 步变 形后 在 一 定 的冷速 条 件下 就 形 成如 图 1 (c) 那 样 的铁 素 体 /珠光 体 带状 组 织 . 可 见 , 导致 带 状组 织 形成 的 本 质 原 因始 于 凝 固 时 的分 凝 效 应或 溶 质 元 素 偏 聚 . 但 是 , 连 铸 坯铸 态 组织 的表 面层 是 等轴 晶 区 ( 见 图 1 (a) ) , 由于分 凝 效应 在 晶 界 附近也 发 生 了 溶 质元 素 的偏 聚 . 经 变形 后 的表面 层组 织也 会 反 应 出元 素 偏聚 带来 的特 征 , 其形 貌 特征 与 内部 的 带 状 有 所 区 别 . 实验 观 察 证 实 了在 钢 板 表 面 层 存 在 另 一 种 图 1 C S P 工艺 低碳钢 的组 织 . ( a) 薄板 坯 (50 m m 厚 ) 的低 倍铸 态组 织 : 伪)铸 坯压缩 变 形 50 % 后 的纵剖 面组 织 ; c( ) 薄 钢 板 1 14 厚 度处 的铁 素体 /珠 光体 带状 组织 F i g . 1 S t r u e t u r e s o f a fo w e a br o n s t e e l P r o d u c e d 勿 C S P Por c es s : ( a ) s o li d in ed s t r u c t u er o f a t h i n s la b , 5 0 m m in t h i c如 e s s ; ( b ) s t ur c tU er o f t h e s l a b e o m P er s s e d 勿 5 0% ; c( ) b a n d e d s t r u c tU er a t l l4 t h i e kn es s o f a h o t s tir P 带 状组 织 , 为 了区 别 于钢 板 内部 的 带状 组 织 , 可 出这 种 表 面 带状 有 两种 : 一 种 是 由相 间 的 铁 素 称 为表 面层 带状 组 织 . 图 2 (a) 是 8 ~ 厚 实验 钢板 体 /珠 光 体带 组 成 的 , 如 图 2 (b) 所 示 ; 另一种 带 状 轧 面表 面层 组 织 的 扫描 电镜 (s E M ) 二 次 电子 像 , 组 织 则 是 由粗 晶 粒 的铁 素 体 带和 细 晶粒 铁 素 体 表 面带状组 织 清 晰可 见 . 由于 S EM 的成像 衬 度机 带相 间组成 的 , 如 图 2 (c) 所 示 . 在 细 晶粒铁 素体 带 理 与光 学 显微 镜 不 同 , 在 图 2 所 示 的 二次 电子像 的 晶界 上有 相 当 多 的析 出粒 子和 小 的珠 光 体 团 , 上 小颗 粒 (如 碳 化物 ) 和 晶界 是 白色 的 , 珠 光体 呈 而在 粗 晶带 的 晶界 上析 出粒子 少 得 多 , 珠 光 体 量 现 出较 为 白亮 的 小 区 , 而铁 素 体 区是 黑色 的 . 由 也 少得 多 . 图 2 a( ) 可 以看 到沿 轧 向分 布 的 明显 的带 状 , 约 为 表 面 层 带 状 组 织 的 形 成 机 制 和 钢 板 内 部带 2 0一 3 0 阿 . 而 放大 倍 数较 大 的 图 2 (b) 和 (c) 则揭 示 状组 织 的基 本相 同 , 都 是 由于 溶质 元 素在 凝 固过