過共析鋼中，在原奧氏體晶界分布著粗厚的網狀滲碳體，在此粗厚滲碳體的兩邊有很寬的游離鐵素體，這種組織被稱為“反常”組織。這種粗厚的滲碳體有時也會出現在原奧氏體晶粒內。同樣，在粗片滲碳體兩邊是游離的鐵素體。
“反常”組織是正常的片狀珠光體的一種變態。實質上是離異（或退化的）的珠光體。“反常”組織也在亞共析鋼中出現，表現為沿晶界析出的粗厚滲碳體。
基本介紹
- 中文名：反常組織
- 外文名：Abnormal tissue
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 釋義：片狀珠光體的一種變態
- 出現：過共析鋼
簡介,反常組織的形成條件,反常組織對力學性能的影響,反常組織的預防及消除,總結,
簡介
過共析鋼中，在原奧氏體晶界分布著粗厚的網狀滲碳體，在此粗厚滲碳體的兩邊有很寬的游離鐵素體，這種組織被稱為“反常”組織。這種粗厚的滲碳體有時也會出現在原奧氏體晶粒內。同樣，在粗片滲碳體兩邊是游離的鐵素體。
“反常”組織是正常的片狀珠光體的一種變態。實質上是離異（或退化的）的珠光體。“反常”組織也在亞共析鋼中出現，表現為沿晶界析出的粗厚滲碳體。
研究指出，鋼在奧氏體相區加熱溫度越低，奧氏體就越不均勻，其中含有大量未溶的碳化物或氮化物。越是在這種加熱條件下，越容易形成“反常”組織。就冷卻條件來說，冷卻越緩慢，以致Ar1溫度非常接近A1溫度時，愈容易產生“反常”組織。鋼的含碳量與共析含碳量相距愈遠時，形成“反常”組織的傾向就愈大。此外，“反常”組織的出現也與鋼中含氮量和加鋁量有關，含氮量高的轉爐鋼容易產生“反常”組織。所有這些條件都是和離異共析體形成的基本原理相一致的。
Q 235 低碳鋼的正常組織為鐵素體+ 珠光體。而反常組織則為鋼中的碳全部以游離滲碳體的形式存在, 無珠光體析出, 即形成鐵素體+ 游離滲碳體的組織狀態。
通常室溫條件下的Q 235 鋼, 在無巨觀裂紋存在的情況下, 是不會發生脆斷的。但是由Q 235 鋼製造的高速公路波形護欄卻連續發生室溫脆斷失效。
分析證實, 是材料中出現了嚴重的反常組織。由此可見, 要重視Q 235 鋼的組織狀態對性能的影響。通常在冷沖用鋼中對游離滲碳體有使用級別要求, 而一般Q 235 鋼只要求性能指標, 而無組織狀態要求。在Q 235 鋼中出現嚴重的反常組織雖屬少見, 但因其危害性極大, 所以有必要對此反常組織的形成條件及其與力學性能的關係, 進行仔細研究。
反常組織的形成條件
低碳鋼中的反常組織是在奧氏體區急冷至A r1點略低的溫度後冷速過慢而形成的。試驗表明, 反常組織的形成受多種因素的影響, 如冷卻方式、奧氏體化溫度、保溫時間、等溫溫度、等溫時間等, 其中等溫溫度及冷卻方式對反常組織的形成影響較大。將材料加熱至奧氏體化溫度以上, 急冷至A r1 點略低溫度(680℃左右) 等溫, 再隨爐冷至室溫最易得到反常組織。為了得到不同含量的反常組織,各試驗的冷卻均按上述方式進行。
低碳鋼在連續冷卻條件下, 奧氏體在兩相區(鐵素體+ 奧氏體) 緩慢冷卻, 先析出鐵素體後, 奧氏體含碳量隨溫度下降不斷升高, 降至共析溫度下發生珠光體轉變, 其珠光體是以鐵素體與滲碳體橫向交替形核長大的。而反常組織則是在奧氏體區急冷至A r1略低點等溫, 此時奧氏體隨保溫時間延長, 先析出鐵素體, 並具有排碳作用, 使碳原子向奧氏體中擴散、聚集, 當奧氏體中碳含量不斷增加到一定值時,將有多餘的碳以離異共析的形式先析出滲碳體, 鐵素體析出後依附在先共析鐵素體晶粒上長大, 未與滲碳體橫向交替形核。碳在奧氏體中的擴散是向著優先析出滲碳體的方向進行, 即為滲碳體的聚集長大創造了條件。
在實際生產中, 反常組織的形成, 還受其他因素的影響, 如軋制的終軋溫度、變形量等均對相變溫度有影響。壓應力使珠光體轉變推遲, 沸騰鋼中氧的大量存在也降低了珠光體轉變溫度, 這樣碳原子有足夠的時間擴散, 同時在變形過程中晶內缺陷密度的增加也提高了原子擴散速度, 這些因素均給反常組織的形成提供了有利條件。
反常組織對力學性能的影響
不同含量的游離滲碳體(與珠光體的相對含量)對Q 235 鋼力學性能的影響不同。可見反常組織對鋼力學性能的影響與鐵素體晶粒度密切相關。在細晶(8—9 級) 狀態下(21—24 號試樣) , 隨游離滲碳體含量增加, 鋼的抗拉強度下降, 當游離滲碳體含量達到30% 時, 材料的抗拉強度將低於Q 235 鋼標準(GB700—88) 的下限(375M Pa) , 塑性、韌性指標變化不明顯, 材料均為韌性斷裂。當滲碳體的含量達到90% , 材料的強度進一步下降, 而衝擊韌性也有所降低, 但仍為韌性斷裂。當鋼材的鐵素體晶粒粗大(5—6 級) , 其滲碳體顆粒也粗大, 而且沿晶分布時, 由於粗大的滲碳體硬脆相起著微裂紋的作用, 加之粗大晶粒的共同作用, 致使脆性轉折溫度升至室溫, 從而導致脆性斷裂。而對於細晶(8—9 級) 狀態, 滲碳體顆粒細小, 雖也沿晶分布, 但較分散, 對基體的割裂作用較小, 所以不足以促使材料斷裂性質發生變化。
同時還發現, 只有粗晶(5—6 級) 而沒有反常組織(25 號試樣) , 也不會導致材料發生室溫脆斷。所以只有反常組織, 沒有粗晶, 或者只有粗晶沒有反常組織都不會使Q 235 鋼發生室溫脆斷。
斷口形貌微觀分析與巨觀斷裂性質一致, 正常組織與細晶反常組織均為韌斷, 微觀斷口為韌窩狀,粗晶反常組織為脆性斷裂, 斷口形貌為河流花樣的解理斷裂與沿晶斷裂的混合型。
綜上所述, 反常組織對Q 235 鋼力學性能有嚴重影響: 明顯降低材料的抗拉強度 , 降低材料的衝擊韌性(AK)。其下降程度均受鐵素體晶粒度的影響, 隨晶粒尺寸增大, 下降趨勢增大。當晶粒度為5—6 級時, 反常組織導致材料發生室溫脆斷。
反常組織的預防及消除
反常組織是在特定的工藝條件下產生的, 要避免反常組織的形成, 其根本措施是在熱軋後控制好冷速, 不要將未冷透的鋼板堆垛, 防止鋼板在A r1溫度附近長期停留, 更重要的是控制加熱溫度, 不能過高, 因為粗晶的反常組織危害極大。當進行顯微組織檢查, 發現反常組織的可通過正火處理進行消除。
總結
(1) 鐵素體加游離滲碳體的反常組織, 將降低Q 235 鋼的抗拉強度與衝擊韌性。
(2) 反常組織對鋼材力學性能的影響與鐵素體晶粒度密切相關, 細晶(8—9 級) 狀態下的反常組織影響較小, 粗晶(5—6 級) 狀態下的反常組織危害極大, 並可導致材料發生室溫脆斷。
(3) 防止反常組織形成的措施是在熱軋後控制好冷速, 避免鋼板在A r1溫度附近長期停留, 並嚴格控制加熱溫度, 不能過高, 避免晶粒粗大。如出現反常組織可通過正火處理進行消除。
