针状铁素体

针状铁素体指低合金高强度钢中所形成的一种不同于铁素体-珠光体的类贝氏体组织，是微合金化钢在控轧控冷过程中，在稍高于贝氏体温度范围，通过切变和扩散的混合相变机制而形成的具有高密度位错的非等轴铁素体。针状铁素体在光学显微镜下的特征是不规则的铁素体块，所谓的针状，是在透射电镜下观察到的形貌。它没有完整连续的晶界，粒度参差不一，分布集中，晶粒间或晶粒内分布着细小的灰色颗粒，即富碳(M/A)岛；针状铁素体内部隐约可见由浮凸和析出相勾勒出的亚晶条纹，晶内具有较高密度的位错。形成条件：针状铁素体钢是在Mn2Nb系钢基础上降碳、提锰和加钼形成的。低碳或超低碳是形成针状铁素体的先决条件[2]，生产中碳含量均控制在0.06%以下。高的含碳量易在轧后的快冷中形成贝氏体或马氏体组织。一定的锰含量，固溶强化贝氏体和铁素体基体，保证钢的强度而不降低其韧性；少量的钼，在相变过程中抑制多边形铁素体的形成，同时钼还具有固溶强化和沉淀强化的作用；尤其是微合金化元素铌的加入，扩大形变奥氏体未再结晶区的温度范围，有利于增加奥氏体未再结晶区的轧制变形量，促进两阶段轧制工艺的实现。低碳贝氏体光学显微镜下与针状铁素体类似，但由于微量元素硼的加入，使拉长的原奥氏体晶界得以保留，在晶粒内部和原奥氏体晶界分散有较多的M/A组织，尺寸较大，其基体结构是具有0.5～1μm宽的板条组织结构金相组织金相组织，用金相方法观察到的金属及合金的内部组织.可以分为：1.宏观组织.2.显微组织.金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。不仅如此，它还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响。所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分。金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。1.奥氏体－碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处2.铁素体－碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。3.渗碳体－碳与铁形成的一种化合物。在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。过共析钢冷却时沿acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。铁碳合金冷却到ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。4.珠光体－铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。在a1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。在600~550℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。5.上贝氏体－过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为6~8od铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。转变时先在晶界处形成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶。6.下贝氏体－同上，但渗碳体在铁素体针内。过冷奥氏体在350℃~ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片；在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。与回火马氏体不同，马氏体有层次之分，下贝氏体则颜色一致，下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高，针叶比低碳低合金钢细。7.粒状贝氏体－大块状或条状的铁素体内分布着众多小岛的复相组织。过冷奥氏体在贝氏体转变温度区的最上部的转变产物。刚形成时是由条状铁素体合并而成的块状铁素体和小岛状富碳奥氏体组成，富碳奥氏体在随后的冷却过程中，可能全部保留成为残余奥氏体；也可能部分或全部分解为铁素体和渗碳体的混合物（珠光体或贝氏体）；最可能部分转变为马氏体，部分保留下来而形成两相混合物，称为m-a组织。8.无碳化物贝氏体－板条状铁素体单相组成的组织，也称为铁素体贝氏体。形成温度在贝氏体转变温度区的最上部。板条铁素体之间为富碳奥氏体，富碳奥氏体在随后的冷却过程中也有类似上面的转变。无碳化物贝氏体一般出现在低碳钢中，在硅、铝含量高的钢中也容易形成。9.马氏体－碳在a-fe中的过饱和固溶体。板条马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成，由许多相互平行的板条组成一个板条束，一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束（通常3到5个）。片状马氏体（针状马氏体）：常见于高、中碳钢及高ni的fe-ni合金中，针叶中有一条缝线将马氏体分为两半，由于方位不同可呈针状或块状，针与针呈120o角排列，高碳马氏体的针叶晶界清楚，细针状马氏体呈布纹状，称为隐晶马氏体。10.回火马氏体－马氏体分解得到极细的过渡型碳化物与过饱和（含碳较低）的a-相混合组织它由马氏体在150~250℃时回火形成。这种组织极易受腐蚀，光学显微镜下呈暗黑色针状组织（保持淬火马氏体位向），与下贝氏体很相似，只有在高倍电子显微镜下才能看到极细小的碳化物质点。11.回火屈氏体－碳化物和a-相的混合物。它由马氏体在350~500℃时中温回火形成。其组织特征是铁素体基体内分布着极细小的粒状碳化物，针状形态已逐渐消失，但仍隐约可见，碳化物在光学显微镜下不能分辨，仅观察到暗黑的组织，在电镜下才能清晰分辨两相，可看出碳化物颗粒已明显长大。12.回火索氏体－以铁素体为基体，基体上分布着均匀碳化物颗粒。它由马氏体在500~650℃时高温回火形成。其组织特征是由等轴状铁素体和细粒状碳化物构成的复相组织，马氏体片的痕迹已消失，渗碳体的外形已较清晰，但在光镜下也难分辨，在电镜下可看到的渗碳体颗粒较大。13.莱氏体－奥氏体与渗碳体的共晶混合物。呈树枝状的奥氏体分布在渗碳体的基体上。14.粒状珠光体－由铁素体和粒状碳化物组成。它是经球化退火或马氏体在650℃~a1温度范围内回火形成。其特征是碳化物成颗粒状分布在铁素体上。15.魏氏组织－如果奥氏体晶粒比较粗大，冷却速度又比较适宜，先共析相有可能呈针状（片状）形态与片状珠光体混合存在，称为魏氏组织.亚共析钢中魏氏组织的铁素体的形态有片状、羽毛状或三角形，粗大铁素体呈平行或三角形分布。它出现在奥氏体晶界，同时向晶内生长。过共析钢中魏氏组织渗碳体的形态有针状或杆状，它出现在奥氏体晶粒的内部。针状铁素体（AF)是划在贝氏体种类之间的它的机体是WF，一般出现在超低碳钢，一般其他B类的机体是BF。一般的超低碳钢的贝氏体是保持了原始奥氏体晶体的形貌，但AF就看不见，但是他和粒B就恐怕借助电镜来区别。无论是B还是M还是AF，它们随着合金成分形、成温度的差异形貌和显微硬度有很大的区别，所以我感觉问题还是要具体一点，上面那些都只能说对于一般情况上B为羽毛状,下B为针状一般在低、中碳钢及普通碳钢连续冷却和等温转变条件下均可产生。它的形成温度稍高于上贝氏体的形成温度。粒状贝氏体的形成温度高于上B，,粒状贝氏体基本特征是外形相当于多边形的铁素体，在铁素体内存在不规则的小岛状组织,是铁素体基体上分布着岛状或条状的奥氏体（或其转变产物）。一般出现在低合金钢的正火或焊缝中。根据奥氏体的成分及冷却条件，粒状贝氏体内的奥氏体可以发生三种变化：全部或部分分解为铁素体和碳化物；或部分转变为马氏体；也可以仍然保持富碳奥氏体。如楼上所说，贝氏体具备两个重要特征一是多边形的，呈块状的铁素体，二是块状的铁素体内有粒状或小岛状得细节组织。针状铁素体的铁素体内没有细节组织，并且铁素体呈针状，有点类似于过热的魏氏组织X70级针状铁素体类管线用钢板的生产研究蔡庆伍，刘晋珊，余伟（北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083）摘要：根据X70管线用钢的技术要求，进行了实验室研究和现场生产试验。确定采用低碳、低硫磷和Nb、V、Ti、Mo等微合金化成分；在试验中，分别采用三阶段控制轧制和二阶段控制轧制+轧后快冷技术，并对这两种工艺进行了分析与比较。最终采用二阶段控制轧制+轧后快冷技术进行试生产，获得了具有高强度、高韧性针状铁素体组织的X70管线钢。关键词：管线钢；X70；控轧控冷；针状铁素体中图分类号：TG335.5文献标识码：A文章编号：1004-4620（2005）04-0005-03ManufactureResearchofGR.X70AcicularFerritePlateforPipelineSteelCAIQing-wu,LIUJin-shan,YUWei（NationalEngineeringResearchCenterofAdvancedRollingTechnology,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China）Abstract：ExperimentsofthelabandthesitearecarriedoutaccordingtotechnicalspecificationofGR.X70plateusedforpipeline.Intheexperiments,thelowcarboncontentandlowSaswellaslowPcontentsteelisused,andsomemicro-alloyelementareaddedinthesteelsuchasNb,V,Ti,Mo.Theprocessingofthreephasecontrolrollingandtwophasecontrolrollingandacceleratingcoolingafterrollingareusedrespectively,andthetwokindsoftechnicalprocessingareanalyzedandcontrasted.Intheend,thetwophasecontrolrollingandacceleratingcoolingafterrollingisusedinpracticalprocessingtoproducehighstrengthandhightoughnessX70pipelinesteel,whichhasacicularferritemicrostructure.Keywords：pipelinesteel;X70;controlledrollingandcontrolledcooling;acicularferrite1前言管线运输是目前长距离输送石油、天然气最经济、最合理的运输方式。为了提高输送效率、降低能耗、减少投资，长输管线逐渐向厚壁、高压、大口径输送发展。X70级管线用钢的研制开发，将改变我国高强度高韧性长输管线用钢主要依靠进口的局面，具有重要的经济意义和社会意义。已有的管线钢研究结果表明，以针状铁素体为主的混合型组织的综合性能优于传统的铁素体+珠光体组织，而采取控轧控冷相结合的手段可以产生非常好的强韧化效果。针对管线用钢的技术要求，进行了X70的实验室研究和现场的工业试生产，以求获得优良的组织，尽可能地提高材料的综合性能。2实验室研究2.1实验方法实验用钢为国内某厂自行研制的管线钢试验用材料，主要化学成分见表1。表1实验用钢的主要化学成分%CSiMnPSNiNb，V，Ti，M