网状碳化物

碳化物在晶粒边界上形成的网络

过共析碳素钢、合工钢、高碳铬轴承钢等钢材在轧后冷却过程中，在Acm～Ar1温度范围内，浓度过高的碳以碳化物形式沿奥氏体晶粒边界析出，包围着奥氏体晶粒，在显微镜下呈现网状，叫网状碳化物。

定义

网状碳化物是指过剩的碳化物在晶粒边界上析出所形成的网络，即通常所称的碳化物不均匀度。网状组织是钢材内部缺陷之一，表现为热加工的钢材冷却后沿奥氏体晶界析出的过剩碳化物（指过共析钢等）或铁素体（指亚共析钢）形成的网络结构，网状碳化物增加钢的脆性，降低韧性。

亚共析钢（碳含量在0.0218%~0.77%）在过热后缓慢冷却时沿晶界析出的是呈网络状分布的网状铁素体，这种组织晶粒粗大，塑性和冲击韧性也很差。通过控制加热温度，提高塑性加工时的压缩比，控制冷却速度，或经过正火热处理，均可改善或减轻网状碳化物组织。

级别评定

过共析钢在热加工后的冷却过程中，其过剩的碳化物在晶粒边界上析出所构成的网络，称为网状碳化物。网状碳化物破坏了晶粒间的正常联系，结果在钢材的加工过程中晶界易开裂。而对合金工具钢和高碳铬轴承钢来说，网状碳化物将降低钢的耐磨性。

网状碳化物级别的评定是在500倍金相显微镜下进行的，评级时主要考虑分叉交角、大小、成线和成网程度。网状碳化物的级别，应将各钢种技术条件的附图加以比较来评定，同时还根据经验做必要的文字说明。例如，评定碳素工具钢（按GB/T 1298—2008）、合金工具钢（按GB/T 1299—2000）和高碳铬轴承钢（GB/T 18254—2002）的网状碳化物级别时一般做如下说明。

1、碳素工具钢 ·

1级碳化物分布基本均匀，局部有条状和链状碳化物。

2级断续的碳化物链构成半网。

3级断续的碳化物链构成不完全封闭的网状。

4级碳化物多呈链状，并构成全封闭的网状，碳化物的连续性较3级明显。

2、合金工具钢

1级出现不均匀分布的点状碳化物和个别短线状碳化物。

2级部分碳化物出现半网状趋势。

3级出现由碳化物线段和点构成的网。

4级出现条状碳化物围成的全封闭的网。

3、高碳铬轴承钢

1级碳化物呈点状分布，可有少量短线。

2级碳化物连成少量的直线和不明显的交角。

3级断续的碳化物形成半网。

4级碳化物呈封闭的不连续网。

5级碳化物呈明显的网。

形成机理

为了使钢在淬火后获得良好的性能，必须预先使钢中碳化物成球状。对于过共析的碳工钢，获得良好的球化组织的第一步又在于为球化退火“准备组织”，即必须消除钢中的网状渗碳体。当钢中含碳量超过1.1%时，例如T12，锻轧之后形成网状渗碳体的倾向明显地增加。 ·

网状碳化物形成原理如《伪共析形成的热力学条件示意图》所示：

为了分析网状碳化物形成的热力学条件，我们把CS线和ES线延长（虚线）。含碳量为T的过共析钢在接近平衡的冷却条件下（炉冷、堆冷，甚至大件的空冷），自单相奥氏体区内冷却时，在a点及A1线之间沿奥氏体晶界析出二次渗碳体，故称网状渗碳体。但如果采用不平衡的冷却条件，使合金自口点开始快冷，可使过共析渗碳体来不及析出。这种情况如果一直保持到b点以下，奥氏体才发生转变时，将是渗碳体和铁素体的同时析出，而且它的组织形态和珠光体（共析产物）相同。很明显，这种类似共析组织的产物的含碳量不等于“平衡。条件下的珠光体的含碳量，它等于钢的含碳量（大于0.8%）。由于成分上的差别，我们称这种组织为“伪共析体。

如果冷却速度不完全满足上述条件，只能达到d点以下b点以上这个区间，就发生了转变，那末仍将按“平衡。冷却的次序，先析出渗碳体（在奥氏体晶界上），再进行珠光体转变。但和“平衡。冷却的转变不同的是，所析出的二次渗碳体少了。相应地珠光体组织中的含碳量（渗碳体量）增多了。也就是说，只要冷却偏离“平衡条件（加快），就可能抑制部分二次渗碳体在共析转变之前析出，并相应使共析转变向“伪共析”方向发展。

消除机理措施

在C曲线上，冷速V1，V2和Vs顺次增大，转变点顺次下降，即偏离“平衡”的程度顺次增加。结果是V2只可能部分地形成二次渗碳体，V3则几乎不与先共析渗碳体析出线相交。V3甚本上属于100%形成伪共析体的情况，而V2则属于部分形成伪共析体的情况。

共析钢的碳化物在共析转变之前析出网状渗碳体，而冷却速度的增加可以消除网状渗碳体。随着冷却速度的加快，网状组织逐步减少，最终可以在某个冷却速度下完全消除网状渗碳体。当不完全消除时，则二次渗碳体呈断断续续的链条状。彻底消除网状二次渗碳体或部分消除网状二次渗碳体都有利于球化退火的顺利进行。

消除网状渗碳体的方法，可以从锻造工艺及热处理两方面来考虑。例如：

1、在Acm点以下一段温度内停锻，使所析出的网状碳化物由于锻造时产生的流变而冲散。但这种方法应严格控制停锻温度。

2、锻后加速冷却，单件地空冷，风冷或喷雾冷却。

3、已形成网状的锻件，加热到Acm以上，再正火或采用喷雾冷却。

4、到Acm以上，快冷至Ar1以下某温度等温。

5、调质（淬火温度必须超过Acm）。

使用热处理方法来消除已形成的网状渗碳体，都必须做到：

①加热至Acm以上的温度以获得单相奥氏体。

②有足够的保温时间以使网状碳化物完全溶入奥氏体。