陳忠偉1，張玉柱2，楊林浩2
(1 西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點實驗室，西安710072；2 邯鄲鋼鐵集團公司技術(shù)中心，邯鄲056000)
摘 要：綜述了低碳貝氏體鋼的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出低碳貝氏體鋼性能優(yōu)良且成本低廉。并結(jié)合低碳貝氏體鋼的市場需求和邯鋼品種鋼的研發(fā)方向，展望了低碳貝氏體鋼的發(fā)展前景，提出低碳貝氏體鋼產(chǎn)品品種的開發(fā)及其控軋控冷工藝的研制是其研究方向。
關(guān)鍵詞：低碳貝氏體鋼 貝氏體組織 控軋控冷
工程機械制造、架設(shè)橋梁、造船、車輛制造、航空等領(lǐng)域廣泛地使用著各種規(guī)格的鋼板。由于服役條件及焊接工藝的限制，這類用途的鋼板不僅要求材料具有足夠的強度和塑性，而且還要求具備一定的低溫韌性和優(yōu)良的焊接性能，以適應(yīng)野外作業(yè)和制造工藝的要求。堅持科學(xué)的發(fā)展觀，從資源和成本核算考慮，用戶普遍要求使用高性能、低成本的金屬材料。低碳貝氏體鋼正是為滿足這一需求而研發(fā)的，已廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑、車輛、水輪機殼體、艦船、飛機構(gòu)件及其它緊固件、軸類件等方面，超高強度的低碳貝氏體鋼還將滿足這些構(gòu)件的減重要求。
20世紀(jì)20年代末，Robertson首次在鋼中發(fā)現(xiàn)后來被命名為貝氏體的中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。后來研究人員又進一步發(fā)現(xiàn)了上貝氏體、下貝氏體、粒狀貝氏體、無碳化物貝氏體、柱狀貝氏體、反常貝氏體、塊狀貝氏體、低碳低合金貝氏體、準(zhǔn)貝氏體等組織形態(tài)，形成了比較完整的貝氏體相變理論。近幾十年來，貝氏體理論的應(yīng)用研究取得了重大進展，貝氏體鋼的研究開發(fā)已經(jīng)引起學(xué)術(shù)界和工程界的高度重視，在工業(yè)生產(chǎn)中也得到了廣泛應(yīng)用。
1 低碳貝氏體鋼
低碳貝氏體鋼是以鉬鋼或鉬硼鋼為基礎(chǔ)，同時加入錳、鉻、鎳以及其他微合金化元素(鈮、鈦、釩)，從而開發(fā)出一系列低碳貝氏體鋼種。這類鋼的含碳量多數(shù)控制在0.16%以下，最多不應(yīng)超過0.120%[3]。由于低碳貝氏體組織鋼比相同含碳量的鐵素體-珠光體鋼具有更高的強度，因此，低碳貝氏體鋼種的研發(fā)將成為發(fā)展屈服強度為450 ～800MPa級別鋼種的主要途徑。低碳貝氏體鋼中主要添加的合金元素及其作用如下:
(1)碳元素是強間隙固溶強化元素，可提高強度，但不能依靠其提高強度。盡量降低含碳量，即保持一定的韌性，也為了獲得良好的焊接性。
(2)鉬元素能夠使鋼在空冷條件下獲得貝氏體組織。鉬元素使鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線中的鐵素體析出出現(xiàn)明顯右移，但并不明顯推移貝氏體轉(zhuǎn)變，所以過冷奧氏體得以直接向貝氏體轉(zhuǎn)變，而在此前沒有或者只有部分先共析鐵素體析出，這樣也就不再發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，如圖1所示。
(3)利用微量硼元素，使鋼的淬透性明顯增加。鉬硼復(fù)合作用使過冷奧氏體向鐵素體的等溫轉(zhuǎn)變曲線進一步右移，使貝氏體轉(zhuǎn)變開始線明顯突出。為了在空冷條件下得到全部低碳貝氏體組織，鉬硼復(fù)合作用十分有效，如圖1所示。
(4) 硅元素是固溶強化元素，使貝氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生在更低的溫度，并使貝氏體轉(zhuǎn)變C 曲線右移。
(5) 加入其它能夠增大鋼過冷能力的元素，如錳、鉻、鎳等，以進一步增大鋼的淬透性，促使貝氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生在更低的溫度，目的是獲得下貝氏體組織，增加其強度。
(6) 加入強碳化物形成元素，即微合金化，以保證進一步細(xì)化晶粒。同時，微合金化也可以產(chǎn)生沉淀強化效果。
奧氏體化的鋼過冷到Bs (約550 ℃) 至Ms 溫度范圍等溫，將產(chǎn)生貝氏體轉(zhuǎn)變，也稱中溫轉(zhuǎn)變。它是介于擴散性珠光體轉(zhuǎn)變和非擴散性馬氏體轉(zhuǎn)變之間的一種中間轉(zhuǎn)變。在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域沒有鐵原子的擴散，而是依靠切變進行奧氏體向鐵素體的點陣重構(gòu)，并通過碳原子的擴散進行碳化物的沉淀析出。一般貝氏體轉(zhuǎn)變會形成3 種貝氏體組織:上貝氏體、下貝氏體、粒狀貝氏體。上貝氏體的形成溫度較高，呈羽毛狀，性能較差;下貝氏體的形成溫度低，其中鐵素體片較細(xì)，且是位錯亞結(jié)構(gòu)，碳化物的彌散度也大，呈針狀，性能優(yōu)良;粒狀貝氏體的形成溫度最高，是由塊狀鐵素體和島狀的富碳奧氏體所組成，性能優(yōu)良。
由不同冷卻速率下的低碳貝氏體鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線示意圖可知，對于鉬鋼，V1將發(fā)生鐵素體轉(zhuǎn)變，V2發(fā)生上貝氏體轉(zhuǎn)變，V3發(fā)生下貝氏體轉(zhuǎn)變。而對于鉬硼鋼，其過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線明顯右移，表明在較低的冷卻速率下可發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。所以，低碳貝氏體鋼必須控制軋制與控制冷卻工藝，特別是嚴(yán)格地控制冷卻工藝，才能得到細(xì)小的貝氏體組織，以保證獲得優(yōu)良性能。
——本文摘自《中國金相分析網(wǎng)》
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