鋼中帶狀組織及其研究現狀

鑄態鋼在經過熱加工后，往往會出現帶狀組織這一常見的組織缺陷。在亞共析鋼中，最常見的帶狀組織表現為鐵素體和珠光體沿平行于軋制的方向呈層狀或條帶狀分布。其他的帶狀組織還包括過共析工具鋼中出現的碳化物帶和熱處理合金鋼中出現的馬氏體帶等。帶狀組織可導致鋼材力學性能各向異性，極大地降低鋼的塑性和韌性，嚴重縮短材料的使用壽命。

在中國從制造大國邁向制造強國的跨越進程中，高端機械制造業對鋼材的要求不斷提高，而帶狀組織無疑是影響高端鋼材質量穩定性和一致性的問題之一。盡管國外從20世紀50年代初就開始研究帶狀組織，但如何消除帶狀組織或有效地減少其對鋼材力學性能影響的問題還未完全解決。以美國為主的國外學者較早地引領了帶狀組織的研究熱潮，但國內的相關研究還十分欠缺，鑒于帶狀組織對鋼材生產和使用性能的影響問題日益突出，帶狀組織應受到國內學者的高度重視。尤其是在重點領域（如航空航天、海洋工程、先進軌道交通裝備等）服役的高端鋼材中的帶狀組織更應得到迫切關注。北京科技大學的研究者們試圖對帶狀組織的形成機制與影響因素、帶狀組織對鋼力學性能的影響、控制帶狀組織的措施方法以及對帶狀組織的評級手段等進行系統的評述，并提出研究與控制帶狀組織的關鍵問題。研究結果表明：

（1）鋼中的帶狀組織是線材和板材中常見的組織缺陷。合金元素的微觀偏析是形成帶狀組織的主要原因。合金元素對帶狀組織形成的主要影響是改變Ar3轉變溫度。凝固組織中枝晶間的Ar3轉變溫度差異越大，亞共析鋼越容易形成帶狀組織。鋼中一次、二次碳化物對過共析鋼帶狀組織的形成起主要作用。鋼中夾雜物的大小、形貌和分布對帶狀組織形成的影響程度至今尚未達成共識。

（2）奧氏體轉變過程中較高的冷卻速率抑制帶狀組織的形成，但其原因尚未明確。奧氏體晶粒尺寸對鐵素體形核和長大的影響不容忽視。帶狀組織的帶間距與鑄坯凝固組織中的一次、二次枝晶間距的關系值得深入分析。

（3）帶狀組織使鋼材的力學性能出現各向異性，對沿軋制方向的抗拉強度影響不大，但將顯著降低鋼的橫向塑性和韌性，嚴重縮短工件的使用壽命。鋼中帶狀組織和夾雜物對力學性能的影響仍需繼續討論。

（4）促進合金元素的均勻分布、控制連鑄坯凝固組織的微觀偏析是減輕或消除帶狀組織的主要思路。合理地設計鋼種成分、優化連鑄和控軋控冷工藝是主要手段。但在現實生產中，如何經濟地減輕帶狀組織的問題亟待解決。

（5）中國GB/T13299-1991標準的準確度不高且僅適用于中、低碳鋼帶狀組織的評定，對于高碳鋼并不適用。因此仍需對帶狀組織的評級進行深入分析，逐漸建立比較完善的評定方法。此外，對帶狀組織進行定量化研究是需要解決的關鍵問題。