金相分析之碳化物带状

什么叫碳化物带状呢?带状碳化物是在高碳钢钢液凝固时形成的枝晶偏析引起的,在各枝之间和在晶体二次轴之间富集碳和合金元素,从而引起成分和组织的不均匀性。这种钢锭或连铸坯经热轧后这些高碳、富合金元素的区域沿轧制方向被拉长,在钢材中便形成了带状碳化物。带状碳化物是从奥氏体中析出的二次碳化物。

碳化物带状的特征是:呈颗粒状,经轧制后沿流线分布。

与结构钢的带状组织的珠光体与铁素体带状交叠形态不同,高碳合金钢中的带状组织以基体上沿轧制方向延展分布的碳化物为特征,大多数以一条或几条带宽不同的连续碳化物呈现在视场中,级别高者可见其中大块状碳化物,且周围基体上伴随分布断续链状的颗粒碳化物;在碳化物带状中往往有伴生硫化锰条状夹杂。

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图1 碳化物带状,可见其中块状液析碳化物

在高碳铬轴承钢GCr15、工具钢CrWMn、轧辊钢9Cr2Mo等等钢中均可以发现碳化物带状缺陷。如果碳化物带状位于滚道或滚动体,则严重影响影响轴承接触疲劳寿命;工具钢的刃口如果出现碳化物带状,极易发生崩刃;轧辊钢的碳化物带状可以引起轧辊辊面剥落以至断裂,所以,对于碳化物带状,工艺有严格的技术级别要求。

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图2 与碳化物带状伴生的硫化猛夹杂

与结构钢带状组织生成机制相似,高碳合金钢碳化物带状来源于钢水凝固时的选择结晶。从钢液冷却开始,根据相图首先沿液相线结晶出碳铬锰元素含量较低的奥氏体初晶,并以树枝状结晶方式长大,选择结晶的结果一方面使溶质元素成分富化的钢液集聚在树枝间隙最终形成碳化物枝晶偏析,一方面锭心钢液中各种溶质元素富集,如铬元素含量可以超过15%,导致共晶含碳成分降低而发生共晶反应,与奥氏体枝晶共存完成凝固过程,部分钢液甚至可析出大块一次碳化物,即碳化物液析。大块状碳化物主要由含铬渗碳体(Fe,Cr)3C组成其中含铬量约为20%,还有少量的(Fe,Cr)7C3碳化物其中含铬量超过30%。同时,钢液中富集的锰硫元素生成硫化锰夹杂。在轧制过程中,这些不同时间贯序形成的碳化物沿轧制方向延展,成为碳化物带状缺陷,但是其中液析碳化物因为硬度高,基本不发生变形,对机械性能影响尤其大。

防止碳化物带状对策一方面要保证合理的铸造工艺,包括适当的浇注温度、足够的连铸锭冷却速度,有条件可增加电磁搅拌;锻造时保证足够的锻造比以击碎碳化物,始锻及终锻时锻造力量要轻以防工件开裂;锻件进行适当均匀化退火以保证碳元素和合金元素充分扩散,抑制碳化物带状缺陷。

来源：常州精密钢管博客网