金屬學上的詞語。合金中各組成元素在結晶時分布不均勻的現象稱為偏析。焊接熔池一次結晶過程中，由於冷卻速度快，已凝固的焊縫金屬中化學成分來不及擴散，造成分布不均，產生偏析帶。
基本介紹
- 中文名：偏析帶
- 外文名：segregated band
- 學科：金屬學
- 表現現象：分布不均勻
- 時段：各組成元素在結晶時
分類,連鑄坯橫向裂紋和偏析帶形成原因的分析,裂紋和線狀偏析帶的觀察,內部裂紋和線狀偏析帶軋制特徵,X100管線鋼中的異常偏析帶分析,偏析帶的形貌及分布,偏析帶的顯微分析,偏析帶對試驗鋼力學性能的影響,
分類
偏析帶分為三種：
1.晶內偏析：該情況取決於澆鑄時的冷卻速度，偏析元素擴散能力和固相線傾斜度等.可以通過退火將偏析消除；
2.區域性偏析：在較大範圍內化學成分不均勻的現象，退火無法將該情況消除，這種偏析與澆溫、澆速等有關；
連鑄坯橫向裂紋和偏析帶形成原因的分析
20MnSi、20鋼和鋼鑄坯內部裂紋與偏析帶相互混雜分布在柱狀晶區。偏析帶有較高的磷含量及MnS夾雜。而這些Mns夾雜在低倍酸蝕時由於選擇腐蝕而造成了“裂紋”的假象，這些裂紋無法用超聲進行預檢。當軋制比在15~20時可基本消除這種缺陷 。
裂紋和線狀偏析帶的觀察
在連鑄坯的表面或角部的凹谷處有時會出現 一些橫向裂紋，對應在鑄坯或成 品、半成品軋材的低倍酸蝕試片上，會發現分布於柱狀晶區成簇的內部裂紋及線狀偏析帶。軋製成小規格鋼材後，成為“類摺疊狀”表面缺陷或“起皮” 。
對於這些裂紋的形成機制和線狀偏析帶的產生原因已有一些不同的看法，其一認為在900℃左右由於γ→α的轉變， 使鑄鋼的熱塑性變差。其二認為裂紋的形成與振痕形成機理有關。
通過20MnSi、20鋼和45鋼連鑄坯及其軋材上的這種裂紋和線狀偏析帶的觀察分析，對這種缺陷的形成原因、軋制後的變化進行了初 步討論。
內部裂紋和線狀偏析帶軋制特徵
當軋製成Φ50mm棒材後，20鋼低倍試片上出現的偏析帶裂紋很相似，有的並有一定深度，在此處取金相試樣，磨製後用4%硝酸酒精腐蝕，進行顯微觀察，發現這些線狀偏析帶沿條狀或分叉狀鐵素體發展，若將其磨去後用50%的鹽酸水溶液重新熱蝕，則又一次受到腐蝕，成為有一定探度的腐蝕溝。這就是因選擇腐蝕成為“裂紋”的假象 。
高倍觀察鐵素體條狀部位，發現其中聚集了較多的硫化物和矽酸鹽夾雜物 . 與鑄坯上所發現的情況完全一 致。對10段有這種假象“裂紋”的線狀偏析缺陷的Φ50mm 20鋼軋材(每段長400mm)進行超聲探傷， 結果表明，即使適當提高靈敏度，由於它和鋼材的聲阻抗差異較小也不能檢測出這種缺陷 。
在偏析帶區的鐵素體條帶與珠光體條帶上進行電子探針分析，結果表明與正常基體相比Si、Mn、Cr、Ni、S均無明顯差異，而P的成分相差很大。以20鋼的測試數據為例，基體的鐵素體中P0.034%，珠光體中P0.010%~0.025%；偏析帶的鐵素體中P0.086%~0.109%，珠光體中P0.079%。
這說明無論是鐵素體還是珠光體，線狀偏析帶處P含量均高於正常基體處的含量 。某些研究試驗結果表明振痕處的P偏析是很明顯的，它的峰值可達0.28%，比熔煉成分幾乎高17倍。而這些“裂紋”，( 指線狀偏析 )就生成在P偏析區域內，並在P偏析區進行發展。並認為不同碳含量鋼中振痕對P偏析的影響是不一樣的 。
當連鑄坯中存有內部裂紋和線狀偏析帶時能否通過軋制予以改善? 軋制焊合試驗的結果表明，由於內部裂紋不開口，裂紋兩側並沒有發生加熱時的氧化，因此隨著軋制比的增大，內部裂紋均能得到較好的焊合，而線狀偏析也因變形得到改善。當軋制比達到15~20時，軋材的低倍酸蝕試片上，線狀偏析帶已不明顯，甚至得到消除 。
X100管線鋼中的異常偏析帶分析
針對X100管線鋼中出現的的異常偏析帶，利用金相顯微鏡、掃描電鏡及其EDS系統等進行了組織觀察、線掃描成分分析以及拉伸、衝擊斷口的觀察和夾雜物分析。分析結果表明，該偏析帶組織為多邊形鐵素體，且出現晶粒大小不一的混晶現象，與周圍板條狀貝氏體基體之間差別較大 ;偏析帶的碳含量偏低，錳、矽及氧含量偏高，在拉伸及衝擊斷口的厚度中心及一側的1/4處均有分層現象，在衝擊斷口1/4處觀察到夾雜物帶，部分夾雜物呈片狀，嚴重惡化了試驗鋼的衝擊韌性。
偏析帶的形貌及分布
偏析帶在試驗鋼的中心部位及1/4處都有出現。金相顯微鏡下觀察，偏析帶明顯不同於周圍的基體組織。 該類組織為多邊形鐵素體，在一個大的鐵素體晶粒周圍聚集分布著尺寸較小的鐵素體晶粒，多邊形鐵素體尺寸大小不一 ，由幾微米到幾十微米，出現混晶現象。與之相鄰的為以板條狀貝氏體、粒狀貝氏體為主的顯微組織。
偏析帶的顯微分析
根據線掃描的結果。該偏析帶中碳、錳、矽及氧含量與基體相比，碳含量偏低，但是錳、氧及矽含量偏高。由於該試驗鋼偏析帶的碳含量低，類似於“脫碳層”，但認為，由於該試驗鋼的偏析帶的位置在中心及1/4處出現，與脫碳層在表面處形成的現象相差較大，不應該稱之為脫碳層，根據線掃描結果判斷是碳、錳、矽及氧等元素引起的偏析現象。鋼中矽元素作為脫氧劑，容易與鋼中氧元素形成高熔點的矽酸鹽夾雜物，根據氧含量線掃描結果，其分布與矽相吻合，說明此處矽及氧結合形成了夾雜物，並導致了夾雜物偏析帶的形成。
偏析帶對試驗鋼力學性能的影響
對比試驗鋼的拉伸斷口以及衝擊斷口，斷口存在分層現象，並且斷口分層現象均位於中心及一側的1/4處，與偏析帶的分布類似。根據偏析帶的組織，偏析帶為多邊形鐵素體組織 ，鐵素體具有較好的韌性，但是由於偏析帶中鐵素體晶粒分布不均，且不同組織之間的結合力較差會促進斷口的分層現象。
