陳忠偉1，張玉柱2，楊林浩2
(1 西北工業(yè)大學凝固技術國家重點實驗室，西安710072；2 邯鄲鋼鐵集團公司技術中心，邯鄲056000)
摘 要：綜述了低碳貝氏體鋼的國內外研究現(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、架設橋梁、造船、車輛制造、航空等領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，以適應野外作業(yè)和制造工藝的要求。堅持科學的發(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，已廣泛應用于橋梁、建筑、車輛、水輪機殼體、艦船、飛機構件及其它緊固件、軸類件等方面，超高強度的低碳貝氏體鋼還將滿足這些構件的減重要求。
20世紀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變產物。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)引起學術界和工程界的高度重視，在工業(yè)生產中也得到了廣泛應用。
1 低碳貝氏體鋼
低碳貝氏體鋼是以鉬鋼或鉬硼鋼為基礎，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變，所以過冷奧氏體得以直接向貝氏體轉變，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。鉬硼復合作用使過冷奧氏體向鐵素體的等溫轉變曲線進一步右移，使貝氏體轉變開始線明顯突出。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，使貝氏體轉變發(fā)生在更低的溫度，并使貝氏體轉變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，以保證進一步細化晶粒。同時，微合金化也可以產生沉淀強化效果。
奧氏體化的鋼過冷到Bs (約550 ℃) 至Ms 溫度范圍等溫，將產生貝氏體轉變，也稱中溫轉變。它是介于擴散性珠光體轉變和非擴散性馬氏體轉變之間的一種中間轉變。在貝氏體轉變區(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，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，且是位錯亞結構，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變動力學曲線示意圖可知，對于鉬鋼，V1將發(fā)生鐵素體轉變，V2發(fā)生上貝氏體轉變，V3發(fā)生下貝氏體轉變。而對于鉬硼鋼，其過冷奧氏體等溫轉變動力學曲線明顯右移，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，特別是嚴格地控制冷卻工藝，才能得到細小的貝氏體組織，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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