2015年我國碳素鋼行業投資前景分析

　　據碳素鋼行業投資了解，近日，巴西學者通過實驗研究了碳含量和變形溫度對兩種普通碳素鋼在超晶細化時的影響。通過熱扭轉試驗對選取的鋼試樣進行塑性大變形。視測試溫度而定，這兩種鋼最終的顯微組織結構中都含有超細的鐵素體晶粒和分散的滲碳體顆粒。現對2015年我國碳素鋼行業投資前景分析。隨著變形溫度的升高，鐵素體晶粒的尺寸也會隨之增大。而且，這兩種鋼在超晶細化時都會達到一個臨界應變。

　　該實驗通過熱扭轉試驗進行了SAE 1010低碳鋼和SAE 1045中碳鋼的塑性大變形。主要結論如下：第一，通過扭轉試驗進行大變形可以產生極微小的鐵素體晶粒。第二，低碳鋼獲得最小的晶粒尺寸是0.6μm。最小的晶粒尺寸隨著碳含量的增加而減小。中碳鋼獲得的鐵素體晶粒平均尺寸為 0.4μm。第三，在變形時存在著一個最小的臨界應變，超過這個應變，不會進一步獲得比較有意義的細化晶粒。對於低碳鋼這個臨界應變是3，對於中碳鋼是 1.8。第四，對於晶粒細化存在著一個最小的臨界應變，這個應變值隨著碳含量的增加而降低。第五，實驗結果可用Kocks-Mecking模型和相互獨立的ρ和ε兩個參數進行定性分析和解釋。

　　白點在鋼材縱、橫斷面酸浸試片上，出現的不同長度無規則的發紋。它在橫向低倍試片上呈放射狀、同心圓或不規則分布，多距鋼件中心或與表面有一定距離。型鋼在橫向或縱向斷口上，呈圓形或橢圓形白亮點(圖5)。直徑一般為3～10mm。

　　板鋼在縱向、橫向斷口上白點特徵不明顯，而在z向斷口上呈現長條狀或橢圓狀白色斑點。採用斷口檢查白點時，最好把試樣先進行淬火和調質處理。

　　鋼坯上出現白點，經壓力加工後可變形或延伸，壓下率較大時也能焊合。

　　白點缺陷對鋼材力學性能(韌性和塑性)影響很大，當白點平面垂直方向受應力作用時，會導致鋼件突然斷裂。因此，鋼材不允許白點存在。

　　白點產生的原因，一般認為是鋼中氫含量偏高和組織應力共同作用的結果。奧氏體中溶解的氫，在冷卻相變過程中，其溶解度顯著降低，所析出的氫原子聚集在鋼材微孔中或晶間偏析區或夾雜物周圍，結合成氫分子，產生巨大局部壓力，當這種壓力與相變組織應力相結合超過鋼的強度時，則產生裂紋，形成白點。

　　白點多在高碳鋼，馬氏體鋼和貝氏體鋼中出現。奧氏體鋼和低碳鐵素體鋼一般不出現白點。

　　消除白點的措施主要是改進冶煉操作，採用真空處理，降低鋼水氫含量和採用鋼坯(鋼材)緩冷工藝。

　　偏析鋼材成分的嚴重不均勻。這種現象不僅包括常見的元素(如碳、錳、矽、硫、磷)分布的不均勻性，還包括氣體和非金屬夾雜分布的不均勻性。

　　碳素鋼投資前景報告顯示，偏析產生的原因是鋼水在凝固過程中，由於選分結晶造成的。首先結晶出來的晶核純度較高，雜質遺留在後結晶的鋼水中。因此，結晶前沿的鋼水為碳、硫、磷等雜質富集。隨著溫度降低，雜質凝固在樹枝晶間，或形成不同程度的偏析帶。此外，隨著溫度降低，氣體在鋼水中溶解度下降，在結晶前沿析出並形成氣泡上浮，富集雜質的鋼水沿上山軌跡形成條狀偏析帶。由於偏析在鋼錠上出現部位不同和在低倍試片上表現出形式各異，偏析可分為方形偏析、「V」、「^」形偏析、點狀偏析、中心偏析和晶間偏析等。

　　另外，脫氧合金化工藝操作不當，可以造成嚴重的成分不均。保護渣捲入到鋼水中造成局部增碳。這些因素使鋼材產生偏析的程度往往超過由於選分結晶造成的偏析。

　　偏析影響鋼材的力學性能和耐蝕性能。嚴重偏析可能造成鋼材脆斷，冷加工時還會損壞機械，故超過允許級別的偏析是不允許存在的。

　　偏析程度往往與錠型、鋼種、冶煉操作和澆鑄條件有關。合金元素、雜質和氣體的偏析，隨澆鑄溫度升高和澆鑄速度加快，偏析程度愈嚴重。連鑄鋼採用電磁攪拌可以減輕偏析程度。另外，增加鋼水潔淨度是減輕偏析的重要措施。

　　非金屬夾雜鋼中含有與基體金屬成分不同的非金屬物質(圖7)。它破壞了金屬基體的連續性和各向同性性能。

　　按非金屬夾雜的來源可分為內生夾雜、外來夾雜及兩者混合物。內生夾雜是由脫氧和結晶時進行的各種物理化學反應形成的，主要是鋼中氧、硫、氮同其他成分間的反應產物，如Al2O3等。內生夾雜的特點是顆粒小，在鋼內分布均勻，它與脫氧方法和化學成分有密切關係。外來夾雜是指鋼中混入耐火材料、爐渣、鋼包渣和模內保護渣等外來物質。外來夾雜的特點是尺寸大，成分結構複雜，分布不規則，具有很大的偶然性。空氣對鋼水的二次氧化會形成外來夾雜。在煉鋼過程中，外來夾雜與內生夾雜往往會形成兩者的混合物，具有兩者的共同特點，使檢驗者難以分辨其來源。非金屬夾雜按顆粒大小可分為亞顯微、顯微和大顆粒夾雜三種，其顆粒尺寸分別為<1μm、1～100μm和>100μm。大顆粒夾雜往往出現在鋼錠沉澱晶區和皮下位置。連鑄鋼上弧區有時也發現大顆粒夾雜。

　　按非金屬夾雜本身性質，可以分為塑性夾雜和脆性夾雜兩種。塑性夾雜在熱加工過程中，隨金屬一起發生變形，如MnS;而脆性夾雜，隨熱加工金屬的變彤發生破碎，如Al2O3。當非金屬夾雜熔點特別高時，在鋼中一生成就以固態形式存在，這類非金屬夾雜物在熱加工時既不變形，也不破碎，保持其原來形狀，如 TiN。對於熔點很低的夾雜，從最後結晶母液中排除，此時多沿初生奧氏體晶界呈網狀薄膜析出，如FeS。

　　鋼中非金屬夾雜對鋼材的強度、伸長率、韌性和疲勞強度有不同程度的影響。按使用要求，根據中國國家非金屬夾雜標準評定鋼材夾雜級別。鋼材中不允許存在嚴重危害鋼材性能的大顆粒夾雜。

　　保證出鋼和澆鑄系統清潔，採用吹氬、渣洗、噴粉、真空處理等爐外精煉措施及保護澆鑄措施，可以減少鋼中非金屬夾雜。

　　疏鬆鋼材截面熱酸蝕試片上組織不緻密的現象(圖8)。在鋼材橫斷面熱酸蝕試片上，存在許多孔隙和小黑點子，呈現組織不緻密現象，當這些孔隙和小黑點子分布在整個試片上時叫一股疏鬆，集中分布在中心的叫做中心疏鬆。在縱向熱酸蝕試片上，疏鬆表現為不同長度的條紋，但仔細觀察或用8～10倍放大鏡觀察，條紋沒有深度。用掃描電子顯微鏡觀察孔隙或條紋，可以發現樹枝晶末梢有金屬結晶的自由表面特徵。

　　疏鬆的成因與鋼水冷凝收縮和選分結晶有關。鋼水在結晶時，先結晶的樹枝晶晶軸比較純淨，而枝晶問富集偏析元素、氣體、非金屬夾雜和少量未凝固的鋼水，最後凝固時，不能夠全部充滿枝晶間，因而形成一些細小微孔。

　　鋼材在熱加工過程中，疏鬆可大大改善，但當鋼錠疏鬆嚴重時，壓縮比不足或孔型設計不當時，熱加工後疏鬆還會存在。嚴重的疏鬆視為鋼材缺陷，當疏鬆嚴重時，鋼材的力學性能會受到一定影響。但根據鋼材使用要求，可以按標準圖片評定鋼材疏鬆級別。

　　採用提高鋼水純淨度、加快冷卻速度、連鑄用電磁攪拌和減少枝晶等措施，可以減少疏鬆。

　　帶狀組織熱加工後的低碳結構鋼，其顯微組織鐵素體和珠光體沿軋向平行排列，呈帶狀分布，形成鋼材帶狀組織。

　　帶狀組織形成的機制一般有3種：(1)通常，在低碳鋼中，當樹枝晶間富集磷、硫等雜質，鋼材經熱加工後，非金屬夾雜被拉長。如硫化物，而奧氏體在冷卻過程中先共析鐵素體沿硫化物夾雜形核和長大，形成鐵素體條帶。同時，鐵素體形成時向鐵素體條帶兩側排碳，也形成了珠光體條帶。(2)當低碳鋼中含錳較高時，先凝固的樹枝晶晶干成分較純，形成鐵素體條帶。而枝晶間含錳、碳、硫、磷等雜質，而且鐵素體條帶也向枝晶間排碳，形成珠光體條帶。(3)當熱加工終軋溫度較低時，在雙相區軋制也能形成帶狀組織。

　　帶狀組織實質上是鋼材組織不均勻的一種表現，影響鋼材性能，產生備向異性。帶狀組織降低鋼材塑性、衝擊韌性和斷面收縮率，特別是對橫向力學性能影響較大。

　　根據鋼材的使用要求，可以按中國國家帶狀組織評級標準圖片來評定鋼材帶狀組織的級別。

　　降低鋼中夾雜和樹枝晶成分偏析是減輕鋼中帶狀組織的主要措施。

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