目前,國內鋼廠提供的碳素結構鋼盤條、棒料普通規格均是φ5.5-φ45,較為成熟的范圍是φ6.5-φ30。對小規格的盤條、棒料原材料中磷偏析造成的質量事故較多。下面談談磷偏析的影響，以及形成開裂的分析，供同行參考。 

磷加入鐵中可相應地使鐵碳相圖中的奧氏體相區封閉，因此，必然擴大固相線與液相線之間的距離。當含磷的鋼從液態冷卻至固態 時，需要通過較寬的溫度區域。磷在鋼中的擴散速度較慢，此時含磷濃度高的鐵液（溶點較低）充填在首先凝固的枝晶的夾縫中，從而形成磷的偏析。 

在冷鐓或冷擠壓工藝時，常常看見開裂的產品，對開裂的產品進行金相檢測分析可知，鐵素體與珠光體呈帶狀分布，基體中可明顯看到一條條帶狀白色鐵素體，在這條帶狀鐵素體基體上有斷續帶狀淺灰色硫化物夾雜，這種由于硫磷化物偏析而造成的帶狀組織稱為“鬼線”。這是由于磷偏析嚴重的區域其磷富集帶呈現白亮帶。由于白亮帶磷含量偏高，而使富集磷的白亮帶中碳的含量減少或碳含量極少，這樣富集磷的帶在連鑄鋼坯過程中，連鑄坯的柱狀晶均向中央發展。鋼坯在凝固時先從鋼液中析出奧氏體的枝晶，在這些枝晶中所含的磷、硫減少，但在最后凝固的鋼液中，富含磷、硫雜質元素，它凝固于枝晶軸間，由于其中含磷、硫元素較高，此時硫便形成硫化物，磷則固溶于基體中，它不易擴散，并且有排碳作用，碳熔不進去，所以磷固溶體周圍（鐵素體白亮帶的兩側邊）含碳量較高。碳元素在鐵素體帶的兩側，即在富集磷區域的兩側，分別形成一條與鐵素體白亮帶平行的、較窄的、斷續的珠光體帶，并把毗鄰的正常組織隔開。鋼坯在受熱壓力時，軸間就會順軋制加工方向延伸，正由于鐵素體帶含有較高的磷，即嚴重的磷偏析導致形成嚴重的寬亮鐵素體帶狀組織，明顯的鐵素體寬亮帶內又存在著淺灰色條狀硫化物，這種分布有長條狀硫化物的富磷鐵素體帶，就是我們通稱作“鬼線”組織(見圖1-2)。 

圖1 碳素鋼SWRCH35K 中的鬼線 200X


 

圖2 普碳鋼Q235 中的鬼線 500X

鋼在熱軋制時，只要鋼坯存在磷偏析，要想獲得均勻的顯微組織是根本不可能的，更何況由于嚴重的磷偏析，已經形成“鬼線”組織，勢必都會降低材料的力學性能。

磷在碳結鋼中的偏析是常見的，只是程度不同，當磷嚴重偏析時（出現“鬼線”組織），會給鋼帶來極為不利的影響。顯然，磷的嚴重偏析，是材料在冷鐓過程中開裂的禍首，因為鋼中粗細不同的晶粒都有不同的磷含量，所以也就使材料有不同的強度和硬度；另一方面，也使材料產生內應力，它會促使材料容易發生內裂。存在“鬼線”組織的材料中，正是由于硬度、強度、斷后伸長率和斷面收縮率的減少，尤其是沖擊韌性的降低，會導致材料的冷脆性，所以磷含量與鋼的組織性能有著十分密切的關系。 

金相檢測在視場中心“鬼線”組織內，存在大量淺灰色細長條硫化物。結構鋼中的非金屬夾雜物主要以氧化物和硫化物的形式存在，依據GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量標準評級圖顯微檢驗法》，此時的B類夾雜物硫化物級別達到2.5級及以上。眾所周知，非金屬夾雜物就是潛在的裂紋源，它的存在會嚴重破壞鋼材顯微組織的連續性和致密性，大大降低鋼的晶間強度。由此推斷，鋼材內部的組織“鬼線”中硫化物的存在，就是最容易開裂的位置。所以，大量緊固件生產現場出現冷鐓開裂、熱處理淬火裂紋就是大量淺灰色細長硫化物造成，這種不良織織的出現破壞了金屬性能的連續性，同時增大了熱處理的風險。“鬼線”無法通過正火等方式去除，應從冶煉上或原材料進廠前對雜質元素進行嚴格控制。 

而非金屬夾雜物又根據其成分組成和變形能力分為氧化鋁（A類）硅酸鹽（C類）和球狀氧化物（D類）。它們的存在隔斷了金屬的連續性，剝落后就成凹坑或裂紋，在冷鐓成形時極易形成裂紋源，在熱處理時造成應力集中，產生淬火開裂。因此，對非金屬夾雜物須嚴格控制，現行的鋼材GB/T700-2006《碳素結構鋼》和GB/T699-2016《優質碳素結構鋼》標準中對非金屬夾雜物并未做明確要求。對重要的零部件一般對A、B、C類粗系、細系不大于1.5級，D、Ds類粗系、細系不大于2級為佳。