典型线材金相组织分析

典型线材金相组织分析

摘 要：采用金相分析, 对安阳钢铁公司典型线材进行综合检验, 将正常组织和常见缺陷组织进行对比, 分析缺陷组织产生的原因及其对线材力学性能的影响, 并提出改进意见。

关键词：线材; 金相组织; 脱碳层; 索氏体化率; 力学性能

安钢线材中按要求需要做金相检验的有40钢、45钢、55钢、65钢、70钢、80钢等系列中、高碳普碳钢, 以及按日本标准生产的

SWRCH15K,SWRCH35K,SWRCH45K 以及SWRH82B,30MnSi 等钢种。涉及的检验项目有金相组织、脱碳层、索氏体化率等。

1 金相检验

1.1 正常金相组织

几种线材的正常金相组织如图1所示。

1.2 金相检验缺陷组织

金相检验缺陷组织如图2所示。

a)40钢网状、半网状铁素体和珠光体 ×100

2 分析讨论

2.1 组织不均匀

在40钢中有时会出现如图2a 所示的组织不均匀现象。经图像仪分析, 其珠光体体积分数最高可达81.5%,最低为57.8%。可推算出碳的质量分数最高为0.63%,最低为0.44%,碳含量局部明显偏高, 使得C 曲线右移, 组织上表现为大块珠光体和沿晶界分布的细网状铁素体。这种不均匀导致线材力学性能有明显差异, 另一方面, 沿晶界分布的细网状铁素体也将导致力学性能下降。

2.2 表面脱碳

线材表面脱碳主要是由于在热加工过程中, 因周围氧化气氛的作用, 使钢材表面的碳全部或部分丧失掉。一般来说, 加热温度愈高(尤其在900℃以上) 、时间愈长、炉内氧化性气氛愈强, 则脱碳层愈厚。钢材中的钨、硅等也会促使脱碳的发生。脱碳不仅使线材的表面硬度下降, 而且使其疲劳强度也降低。按照标准, 要求其脱碳层厚度(包括完全脱碳层和不完全脱碳层) 不得大于试样直径的1%。

SWRCH35K 的表面一般极少见脱碳现象, 但经常会在边部出现局部的魏氏组织。这主要是因为在加热过程中加热温度偏高、冷却速度较快, 而在冷却时, 先共析铁素体沿一定的晶面或惯析面呈针状析出, 与奥氏体晶格之间有一定的取向关系。魏氏组织常伴随有粗大的奥氏体晶粒, 造成钢的力学性能, 尤其是冲击韧性的下降, 严重时会造成材料在使用过程中的脆性断裂。图2c 中魏氏组织比较严重, 已达到3级。 2.3 魏氏组织

2.4 索氏体含量

为使线材顺利拉拔, 要求线材的金相组织索氏体化率尽量高。索氏体是一层铁素体和一层渗碳体的机械混合物, 索氏体的片间距比普通片层珠光体的片间距要小, 片间距与过冷度有关系, 过冷度越大(即转变温度越低), 片间距越细。珠光体的力学性能与珠光体的层间距有关:层间距越小, 相界越多, 在外力作用下, 抗塑性变形能力增强, 故强度越高, 同时塑性也增大, 故索氏体的综合性能较好。图2d 中索氏体化程度为3级, 其中过多的普通片层珠光体使材料的综合性能下降。 3 改进措施

(1)加强成分控制, 避免因成分偏析而带来的组织差异。钢材中各部分化学成分不均匀的原因是钢的选择结晶和固相中元素扩散不充分。采取适当延长冶炼时间, 使其夹杂物充分上浮, 或增加电磁搅拌以消除合金元素的枝晶偏析等措施, 避免因成分偏析而带来的组织差异。

(2)对于脱碳的预防。主要控制轧制时的加热温度、加热时间和加取决于钢种、尺寸、装炉温度、加热速度以及加热设备的性能与结构。加热温度愈高、时间愈长, 脱碳倾向愈明显, 故在条件允许的情况下, 尽量实行热装炉, 以减少加热时间, 提高产量和质量。对于含碳及合金元素量愈多的钢, 则要求热装温度愈高[1]。此外, 提高加热速度不仅可提高生产能力, 还可防止或减轻脱碳的发生, 但最大加热速度取决于钢种的导热性和塑性, 还取决于原料的尺寸和外部形状。对于高碳 热速度。加热温度的选择应依钢种不同而不同, 而合理的加热时间则

钢、高锰钢、高硅钢等导热性和塑性较差的钢种, 在600～650℃以下要放慢加热速度, 加热至700℃以上用尽可能快的速度加热。严格控制钢中钨、硅等元素的含量也是预防脱碳的有效手段。

(3)魏氏组织的预防。魏氏组织的产生主要是轧制时加热温度偏高, 加热时间过长造成的。随着钢中含碳量及某些合金元素的增多, 魏氏组织的倾向性增大。对于碳素钢, 最高加热温度应低于固相线100～150℃, 已出现魏氏组织的钢, 可以用热处理(正火处理) 方法来矫正

[2]。但对于炉温过高的钢, 除了出现魏氏组织外, 还会产生硫化物向γ-Fe 的固溶以及在冷却时沿晶界的再析出, 对于这种情况, 不可能也不允许再次加热到锻造温度并通过再度变形来改善硫化物的分布形态。

(4)索氏体含量的控制。钢在不同的冷却条件下会得到不同的组织结构和性能, 生产中常利用控制轧制和冷却来控制钢材所需的组织性能。线材轧制后应由奥氏体急冷至索氏体相变温度下进行等温转变, 可获得索氏体组织。由于线材内外温度不可能与冷却装置的温度一致, 说, 随着冷却速度的增加, 由奥氏体转变而来的铁素体-渗碳体混合物也变得愈来愈细, 即索氏体含量增多。但对于塑性和导热性较差的钢种, 冷却速度过大易产生冷却裂纹和白点, 故应根据产品技术要求和钢种特性, 采用不同的冷却制度, 同时力求冷却均匀。

故实际组织内就有先共析铁素体残余和一部分稍大的珠光体。一般来