為什么要控制帶狀組織呢，原因考慮如下：帶狀組織越嚴(yán)重，材料合金偏析的越嚴(yán)重，不同區(qū)域淬透性差異很大。其中大規(guī)格螺栓頭部鐓鍛后，若未進(jìn)行預(yù)先熱處理退火或正火，容易出現(xiàn)粒狀貝氏體組織，影響機械加工性能；另外在螺栓淬火過程中，合金含量低的區(qū)域（鐵素體條帶區(qū)域）淬透性較低，淬火質(zhì)量難以保證，在螺栓心部容易出現(xiàn)條帶性淬火貝氏體，導(dǎo)致拉力載荷波動較大，影響測量穩(wěn)定性。總之是對緊固件的相關(guān)熱處理工藝質(zhì)量有明顯影響。

冷卻過程中鐵素體首先析出的區(qū)域是奧氏體相對不穩(wěn)定的區(qū)域，不穩(wěn)定的條件是該區(qū)域的合金含量偏低，而珠光體區(qū)域會因合金元素偏高而奧氏體相對穩(wěn)定，是奧氏體后分解區(qū)域。但其中鐵素體及珠光體組織的相對含量（%）則決定于材料的含碳量，應(yīng)該明確表面上是評價帶狀組織（鐵素體和珠光體的帶寬），實質(zhì)上是在評定材料中合金元素的偏聚程度。

同時，促進(jìn)合金元素均勻擴散、減少盤條、棒料連鑄坯凝固組織微觀偏析是減輕或消除帶狀組織的主要途徑。帶狀組織中可能存在長條狀夾雜物，然而，鋼中夾雜物的大小、形貌和分布對帶狀組織的影響程度至今還不清晰。精細(xì)地表征與定量評價帶狀組織及其危害程度是亟待開展的重要工作。此外，盤條、棒料鑄坯加熱制度對消除帶狀組織和控制組織晶粒度的綜合影響也有待深入研究。

現(xiàn)行螺栓鋼標(biāo)準(zhǔn)有GB/T3077-2015《合金結(jié)構(gòu)鋼》和GB/T6478-2015《冷鐓和冷擠壓用鋼》，它與GB/T3077-1999和GB/T6478-2001舊標(biāo)準(zhǔn)的主要差別在于對雜質(zhì)元素P、S含量控制嚴(yán)格，各等級鋼中的P、S含量均下降，前者優(yōu)質(zhì)鋼比原標(biāo)準(zhǔn)降低0.005%（≤0.030%），后者調(diào)質(zhì)型鋼為≤0.025%，體現(xiàn)了我國鋼鐵冶金技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，降低了熱處理淬火開裂的風(fēng)險。由于GB/T3077、GB/T6478標(biāo)準(zhǔn)中沒有對帶狀組織檢測的要求和規(guī)定，需要盡早添加和修訂。

鋼中存在磷的偏析時會形成帶狀組織。當(dāng)鋼在A3-A1區(qū)間慢冷時，高磷區(qū)域的A3溫度高，首先形成鐵素體，碳被濃縮到低磷區(qū)，造成低磷富碳區(qū)，在隨后冷卻時發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，使組織分層排列。

錳也是促進(jìn)帶狀偏析形成的元素。熱軋鋼中，一般形成珠光體處的含錳量較高，而析出鐵素體處含錳量較低。鋼經(jīng)熱軋后緩慢冷卻，先共析鐵素體將優(yōu)先沿變形纖維分布方向的低錳處析出，然后碳將推進(jìn)到高錳處形成珠光體，結(jié)果珠光體與鐵素體相間分布呈條帶狀。

如果鋼材中存在沿軋制方向被拉長為呈帶狀分布的非金屬夾雜物，在冷卻過程中，這些夾雜物就可能成為鐵素體優(yōu)先析出的核心，而形成鐵素體帶，一般就很難用正火的方法予以消除。這種帶狀組織必須先采用高溫均勻化退火后再正火處理來改善。

圖2  42CrMo鋼退火后的帶狀組織（X100）

從圖2 可以看出，組織成分不均勻，鐵素體聚集成塊狀。如果奧氏體中的合金元素分布不均勻，將導(dǎo)致其晶粒長大傾向不一，在碳化物形成元素的富化區(qū)易殘留未溶碳化物，降低碳原子的擴散速度，從而抑制晶粒長大；在貧化區(qū)晶粒則容易長大，故易出現(xiàn)混晶組織。淬火時，合金元素貧化區(qū)的淬透性低，易形成非馬氏體組織。滲碳淬火時，混晶中的粗大晶粒形成粗大針狀馬氏體，將增加殘留奧氏體量。因此，帶狀組織在常規(guī)熱處理之后都具有較低的力學(xué)性能。此外，因成分偏析引起膨脹系數(shù)和相變前后比體積差異增大，使螺栓淬火變形增大。

圖3  42CrMo鋼淬火后的帶狀組織力學(xué)性能具有方向性（左X500、右X1000）

帶狀組織由于其顯微組織分層排列，因而使其力學(xué)性能具有方向性，（見圖3）即沿帶狀縱向的抗拉強度高，韌性也好，但橫向的性能就比較差，不僅強度低，韌性也差，而且還會使鋼的切屑性能變差，同時使后續(xù)熱處理變形與硬度的不均勻性增加。如果淬火前存在帶狀組織，淬火加熱過程中不可能全部消除，淬火后殘存的帶狀組織會使工件產(chǎn)生較大的組織應(yīng)力，甚至導(dǎo)致開裂。

結(jié)合表1機械性能數(shù)據(jù)，沖擊值不合格，平均值21比標(biāo)準(zhǔn)值27相差了22% 左右，鐵素體在晶界處聚集長大，使得晶粒度增大，裂紋擴展阻力減小，沖擊功降低。

通常碳在奧氏體中的均勻化溫度高于950℃，合金元素的均勻化溫度要高于1100℃，而均勻化時間受帶狀組織的帶寬、帶間濃度差和要求均勻化程度的限制。因此，欲使帶狀組織中的碳（特別是合金元素）均勻化是相當(dāng)困難的，采用常規(guī)熱處理（如退火、正火、淬火、滲碳等）工藝一般很難消除帶狀組織。

為此，關(guān)于汽車緊固件用鋼帶狀組織的評價適應(yīng)性或?qū)嵱眯詥栴}，討論如下：

首先，是適用合金鋼材的含碳量范圍，需要強調(diào)是在平衡組織狀態(tài)下，珠光體和鐵素體組織的面積百分比含量大體相當(dāng)才適合帶狀組織的評價。這種組織狀態(tài)下最能夠表達(dá)鋼材中的合金元素偏析問題。同時強調(diào)只有在平衡組織狀態(tài)下，組織穩(wěn)定性好，具有可比性。而非平衡組織則變化多樣，無法統(tǒng)一辨別及比較。

其次，強調(diào)帶狀組織主要針對那些淬透性較高的高等級螺栓鋼，因為這種材料合金元素較多，偏析非常嚴(yán)重；同時必須關(guān)注到這類材料均是用于制造那些規(guī)格比較大的汽車緊固件，或風(fēng)電、核電機組大螺栓，因而鋼材的軋制壓縮比比較小，大規(guī)格螺栓的淬火條件也較差，帶狀組織及其影響相對嚴(yán)重。通常應(yīng)該是材料直徑大于某個尺寸規(guī)格的鋼材才有帶狀組織的要求，同時要規(guī)定鋼材取樣的具體部位，因為大尺寸規(guī)格鋼材的不同部位帶狀組織差異很大，在特定部位取樣評定才有技術(shù)意義。這其中也需要明確一點。

最后，關(guān)于疲勞強度的問題。業(yè)內(nèi)有一些說法提到帶狀組織會影響疲勞強度，從技術(shù)層面包括兩個方面。其一，關(guān)于帶狀組織控制的是由螺栓毛坯件退火和成品件調(diào)質(zhì)組織的異常而提出的，不涉及到產(chǎn)品的疲勞強度問題。其二，如果是對相關(guān)的鋼材進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的疲勞性能試驗，以標(biāo)準(zhǔn)的疲勞樣品及熱處理方法，疲勞樣品不會表現(xiàn)出對帶狀組織的敏感性，也不會對疲勞性能有影響，因此測定不出來相關(guān)數(shù)據(jù)的。