[科普中国]-针状铁素体

简介

针状铁素体（AF）是出现于原奥氏体晶内有方向性的细小铁素体，宽2μm左右，长宽比多在3：1以至10：1的范围内。 “针状铁素体”的概念是由Y．E．Smith在20世纪70年代初提出的，是指低合金高强度钢在连续冷却条件下获得的不同于铁素体和珠光体（F—P）的一种类贝氏体（Bainite-like）组织。它的转变温度略高于上贝氏体，以扩散和剪切的混合机制实现转变。因为相变只涉及铁素体（F），不形成Fe3C，其中的少量奥氏体只是残留相（部分奥氏体冷却时转变为马氏体），故称该转变产物为铁素体，而不称贝氏体。又由于铁素体呈板形态，因此命名为针状铁素体，获得这类组织的钢称为针状铁素体钢。从本质上看，针状铁素体属于贝氏体，针状铁素体钢就是贝氏体钢。1

在显微镜下观察，典型的针状铁素体组织是许多细针杂乱无序交错分布的，单个的针状铁素体并非具有针状的特征，而是呈扁豆的形状，其所以呈针状，原因是刨开的试样很难恰好在它的宽面上。针状铁素体的典型金相组织如下图所示：

晶内针状铁素体在奥氏体内非金属夹杂物及奥氏体晶界等处形核形成的针状铁素体为晶内针状铁素体，如下图所示。

晶内针状铁素体组织的特点是：

1、晶内针状铁素体分割了原奥氏体晶粒，其位向与晶界形核连续推进的铁素体晶粒的位向完全不一样，由此可明显抑制非等轴铁素体晶粒的形成及定向长大。

2、晶内针状铁素体的形成增加了铁索体的体积分数，使铁素体晶粒在细化的同时形状和分布更加趋于合理，使钢材在塑、韧性不降低的情况下得到有效强化。

3、韧性较高的晶内针状铁素体完全包围了传统意义上属于有害的非金属夹杂物粒子，使夹杂物对钢材塑、韧性和疲劳性能等的损害程度显著降低甚至消除。

对焊接性能影响针状铁素体或低碳贝氏体是满足大线能量低焊接裂纹敏感性的组织。这类钢通过降低碳含量，提高低温韧性，降低焊接裂纹敏感性，加入少量合金提高强度，并通过控轧控冷工艺，达到减少珠光体量并使铁素体成为细小的针状组织或贝氏体组织。钢材在热轧后空冷条件下获得贝氏体组织，来代替普通低碳低合金钢构件的铁素体—珠光体组织，既提高了屈服强度，又有良好的韧性配合。在控冷条件下，即使大截面构件亦可得到均匀的贝氏体组织，均匀的强韧性，同时即使是小截面也不会出现马氏体组织。这就保证了新钢种具有良好的冷塑成型性和可焊性。2

高温氧化物质点的影响高温氧化物质点对针状铁素体的影响分为两种情况：

1、对高温形成的先共析铁素体的影响；

2、对中温转变组织贝茵铁素体的影响。

中温转变组织贝茵铁素体与高温转变组织先共析铁素体的转变组织不同，从形态、亚结构上看，先共析铁素体是完整的，而贝茵铁素体是高密度的位错亚结构如下图：

从上图可见，高温氧化物质点的形成，细化了奥氏体组织，最终不仅使高温转变组织先共析铁素体细化，而且也使中温转变组织贝茵铁素体中的针状铁素体针和针状铁素体束变细，从而优化了钢的性能。2