低碳马氏体
马氏体的形成机理及马氏体形态分析
关于马氏体的形成机理及马氏体形态分析上世纪60年代以来，人们在马氏体形态方面进行了大量研究，发现了马氏体的许多不同形态，并找出了马氏体及其精细结构与性能之间的关系，对马氏体的晶体结构也有了比较深刻的认识。
马氏体形态虽然多种多样，但从其形态特征上基本可归纳为条状马氏体和片状马氏体两大类，其精细结构可划分为位错和孪晶。
同时发现马氏体与母相保持严格的晶体学位向关系。
1．条状马氏体主要形成于含碳量较低的钢中，又称低碳马氏体。
因其形成于200℃以上的较高温度，故又称高温马氏体；因其精细（亚）结构为高密度（一般为0.3～0.9×1012cm/cm2）位错，故又称位错马氏体。
在光学显微镜下观察，条状马氏体的主要形态特征为：呈束状排列。
近于平行而长度几乎相等的条状马氏体组成一束，或称为马氏体“领域”（即板条群）。
板条群的尺寸约为20～35μm，由若干个尺寸大致相同的板条在空间位向大致平行排列所作组成，在原奥氏体的一颗晶粒内，可以发现几团马氏体束（即几个板条群，常为3～5个，每一个板条为一个马氏体单晶体，其尺寸约为0.5μm× 5.0μm ×20μm），马氏体板条具有平直界面，界面近似平行于奥氏体的{111}γ，即惯习面，相同惯习面的马氏体板条平行排列构成马氏体板条群。
现已确定，这些稠密的马氏体板条多被连续的高度变形的残余奥氏体薄膜（约为20μm）所隔开，且板条间残余奥氏体薄膜的碳含量较高，在室温下很稳定，对钢的机械性能会产生显著影响。
马氏体束与束之间以大角度相界面分开，一般为60°或120°角，马氏体束不超越原奥氏体晶界。
同束中的马氏体条间以小角度晶界面分开。
每束内还会有黑白色调反差，同一色调区的板条具有相同位向，称之为同向板条区。
条状马氏体的空间形态是一种截面呈椭园状的长柱体，长约几微米，宽在0.025～2.25μm之间（多为0.10～0.20μm）,其长、宽、厚之比约为30：7：1。
马氏体的形态及成因
马氏体的形态及成因马氏体的形态及成因：一、三维形貌及结构：1.板条位错型。
一般呈束（排）分布，内部存在高密度位错。
2.片状孪晶型。
一般呈交叉针状分布，其中含碳量≥1.4%即惯态面为{259}r者有中脊，呈“之”字状，即有爆发性发展的特征。
3.钢中含碳量对马氏体三维形貌及亚结构的影响：马氏体含碳量≤0.6%为板条位错型，马氏体含碳量≥1.4%为片状孪晶型，两者之间为混合型。
这是理论上的马氏体形态，与实际的情况有区别。
二、二维形貌及结构：1.板条马氏体在光学显微镜下成一排，具有黑白差。
所以在光学显微镜有时呈现黑白交替排列的现象。
⑴成束分布的现象十分明显，长度几乎可惯穿母相晶粒，且排的宽度宽（包含的板条多）。
⑵板条一小束平行相连，形成以束为单位的平行相连的黑白差（3%的硝酸酒精溶液正确浸蚀下）。
⑶黑白差相对较大。
深色的马氏体是先形成的马氏体，是受到严重的自回火的马氏体，所以呈深色。
在金相上评定淬火马氏体的级别以最深的马氏体为准。
由于含碳量低，切变造成惯态面破坏情况轻微，所以马氏体连在一起成为平行相连。
2.中碳马氏体的特征：⑴成束分布的现象在正常淬火后不十分明显，高温淬火后才几乎可贯穿母相晶粒，且排的宽度窄（即包含的板条少）。
⑵板条一小束平行相间，形成以束为单位的平行相间的黑白差。
⑶黑白差相对较小。
3.高碳马氏体的特征（高碳钢中的马氏体不等于高碳马氏体）：⑴马氏体呈明显的针叶状。
⑵次生马氏体从先生成马氏体针叶间开始生长，并与之呈60°的夹角。
⑶后生成的马氏体小于先生成的马氏体，且不能穿越奥氏体晶界。
⑷马氏体针叶上有微观裂纹，若金相磨面正好剖过马氏体针叶，精细观察可见裂纹。
四、马氏体黑白差的原因：1.由于成份来不及扩散均匀所形成的区域性黑白差。
原铁素体区域碳浓度低，得到较多的板条马氏体（黑色）；原珠光体区域碳浓度高，得到片状马氏体（白色）。
2.由于在Ms以下等温分级淬火所致。
3.由于高碳合金钢中球、粒状碳化物分布不均匀所致。
马氏体与贝氏体的鉴别
马氏体与贝氏体的鉴别王元瑞（上海材料研究所检测中心，200437）1 马氏体组织形态是一种非扩散型相变，是提高钢的硬度、强度的主要途径。
1.1板条状马氏体（低碳马氏体）：是低、中碳钢，马氏体时效钢，不锈钢等铁系合金中形成的一种典型组织。
亚结构是位错（又称位错马氏体），其形态特征见表1。
1.2片状马氏体（针状马氏体或高碳马氏体）：常见淬火高、中碳钢，高镍的Fe-Ni合金中。
亚结构是孪晶，其形态特征见表1。
表1 铁碳合金马氏体类型及其特征特征板条状马氏体片状马氏体形成温度 Ms＞350℃ Ms≈200~100℃ Ms＜100℃＜0.3 1~1.4合金成分（C%）0.3~1时为混合型1.4~2组织形态板条自奥氏体晶界向晶内平行成群，板条宽度0.1~0.2μ，长度＜10μ，一个奥氏体晶粒内包含几个（3~5）板条群，板条体之间为小角晶界，板条群之间为大角晶界凸透镜片状（或针状），中间稍厚，初生者较厚较长，横贯整个奥氏体晶粒，次生者尺寸较小，片与片之间互成角度排列。
在初生片与奥氏体晶界之间，片间交角较大，互相撞击，形成显微裂纹同左，片的中央有中脊。
在两个出生片之间常见到“Z”字形分布的细薄片1.3其它马氏体形态：1.3.1蝶状马氏体：在Fe-Ni合金中当马氏体在某一温度范围内形成时会出现，形状为细长杆状，断面呈蝴蝶形，亚结构为高密度位错，看不到孪晶。
1.3.2薄片状马氏体：是在Ms点极低的Fe-Ni-C合金中发现的。
呈非常细的带状，带互相交叉、呈现曲折、分叉等特异形态，由孪晶组成的孪晶型马氏体。
1.3.3ε马氏体：在Fe-Mn合金中，当Mn超过15%时，淬火后形成ε马氏体，它是密排六方结构。
金相形态呈极薄的片状。
2 贝氏体组织形态贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体组成的两相混合物。
2.1上贝氏体（B上）：是成束的大致平行的条状铁素体和间夹有相平行的渗碳体所组成的非层状组织。
亚结构是位错。
形成温度在贝氏体转变区的上部。
低温钢
低温钢概述低温用钢的种类、成分及性能低温用钢分4个温度级别：－20～40℃、－50～80℃、－100～110℃、－196～269℃。
主要用于液化石油气及液化天然气等的贮存运输容器，以及海洋石油工程结构等。
1．中合金低碳马氏体型低温钢合金元素总含量5％～10％，组织取决于热处理制度。
9Ni钢为典型钢种，有两种常用热处理制度，一种是900℃正火加790℃正火加570℃回火；另一种是800℃水淬加570℃回火。
淬火后组织为低碳马低体，正火后组织为低碳马氏体加铁素体加少量高碳奥氏体。
9Ni钢在－196℃低温下具有优良的韧性。
磷会增9Ni钢回火脆性的敏感性，应严格控制。
5Ni钢主要通过化学成分的最佳化以及三级热处理方法来控制组织，使之在－162℃乃至－196℃低温下具有与9Ni钢相近的强度和韧性。
2．高合金奥氏体型低温钢合金元素总含量＞10％，组织为奥氏体，具有极为优良的低温韧性，在－196～296℃低温下仍保持相当高的韧性。
含铬镍奥氏体型低温钢含Cr18%和Ni9%，无铬镍奥氏体型低温钢含M23%～26％，A1%～4%，两者的低温钢韧性相近。
一般均在固溶处理后使用。
低温钢锻件表11-1 中国常用钢号(一）20D 钢锻件表11-2 钢的化学成分表11-3 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-4 钢锻件的许用应力（二）16MnD 钢锻件表11-5化学成分表11-6 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-7 钢锻件的许用应力（三）09Mn2VD 钢锻件表11-8化学成分表11-9 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-10 钢锻件的许用应力（四）09MnNiD 钢锻件表11-11化学成分表11-12 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-13 钢锻件的许用应力（五）16MnMoD 和20MnMoD 钢锻件表11-14 钢的化学成分表11-15 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-16 钢锻件的许用应力（六） 08MnNiCrMoVD 钢锻件表11-17化学成分表11-18 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-19 钢锻件的许用应力（七）10Ni3MoVD 钢锻件表11-20化学成分表11-21 钢锻件的常温拉伸和低温冲击性能表11-22 钢锻件的许用应力低温钢板(一)16MnDR钢板(二)09Mn2VDR钢板(三)15MnNiDR钢板（四）09MnNiDR钢板(五)07MnNiCrMoVDR钢板。
钢中常见显微组织的鉴别
钢中常见显微组织的鉴别随着钢的成分不同以及处理工艺不同，钢中将出现：铁素体、渗碳体、珠光体、魏式组织、贝氏体（其中又分为上贝氏体、下贝氏体、和粒状贝氏体）、奥氏体、马氏体、回火马氏体、回火托氏体、回火李氏体。
现简单介绍一下这些组织的基本形态，以便在实践中加以区别。
属bcc结构，呈等轴多边形晶粒分布。
铁素体软而韧，硬度为30~100HB。
在碳钢中它是碳在α-Fe中的固溶体；在合金钢中，则是碳和合金元素在α-Fe中的固溶体。
碳在α-Fe中的溶解量很低，在A C 1温度，碳的最大溶解量为0.0218%，但随温度下降的溶解度则降至0.0084%，因而在缓冷条件下铁素体晶界处会出现三次渗碳体。
随钢中碳含量增加，铁素体量相对减少，珠光体量增加，此时铁素体则是网络状和月牙状。
铁素体铁素体200×铁素体铁素体铁素体500×轧制电工纯铁铁素体500×退火态是铁和碳的化合物，Fe 3C ，其含碳量为6.69%，在合金中形成(Fe,M)3C，渗碳体硬而脆，硬度为800HB。
在钢中常呈网络状、半网状、片状、针片状和粒状分布。
渗碳体网状渗碳体200×针状渗碳体（魏氏组织）200×网状、粒状、三次渗碳体500×粒状渗碳体500×T12 退火态500×珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，它是钢的共析转变产物，其形态是铁素体和渗碳体彼此相间形如指纹，呈层状排列。
按碳化物分布形态又可分为片状珠光体和球状珠光体二种。
片状珠光体又可分为粗片状、中片状和细片状三种。
片状珠光体200 ×珠光体T8 退火态500×球状珠光体球状珠光体，经球化退火获得，渗碳体成球粒状分布在铁素体基体上；渗碳体球粒大小，取决于球化退火工艺，特别是冷却速度。
球状珠光体可分为粗球状、球状和细球状和点状四种珠光体球状珠光体500x球状珠光体球状珠光体1000x，冷却时又快，故铁素体除沿奥氏体晶界成网状析出外，还有一部分铁素体从晶界向晶内按切变机制形成并排成针状独自析出，这种分布形态的组织称为魏氏组织。
低碳回火马氏体硬度
低碳回火马氏体硬度
低碳回火马氏体硬度是指由低碳钢经过加热至马氏体相变后再进行回火处理所得到的硬度。
在钢铁材料中，低碳钢含有较低的碳含量，一般在0.05%到0.30%之间。
当低碳钢经过加热至高温区（通常为800°C到900°C之间）时，钢中的组织将发生相变，由之前的珠光体转变为马氏体，这个过程被称为马氏体相变。
马氏体具有很高的硬度，但是也存在一定的脆性。
为了提高低碳钢的韧性，需要对马氏体进行回火处理。
回火是将马氏体加热至较低的温度，然后在这个温度下保温一段时间后冷却。
回火过程可以使马氏体中的碳、铁等元素重新排列，减少脆性，并提高韧性。
回火处理后的低碳钢硬度相对较低，但韧性较高，适合用于制造需要同时具备硬度和韧性的零件。
具体的回火温度和时间会根据材料的具体要求而有所不同。
低碳马氏体结构钢
低碳马氏体结构钢
低碳马氏体结构钢是一类特殊的钢材，它们通过特定的热处理工艺（如淬火和回火）形成低碳马氏体组织，从而获得良好的力学性能。
这类钢材通常具有高强度、良好的塑性和韧性，以及较低的碳当量，使得它们在焊接性能和冷加工性能方面表现出色。
以下是低碳马氏体结构钢的一些特点和用途。
1.低碳含量：低碳马氏体结构钢的碳含量较低，通常小于0.25%，这有助于减少焊接过程中的碳沉积，提高焊接接头的性能。
2.高强度：通过淬火处理，低碳马氏体结构钢可以获得很高的强度，通常比传统的中碳结构钢强度更高。
3.良好的塑性和韧性：低碳马氏体结构钢在获得高强度的同时，仍然保持良好的塑性和韧性，这使得它们适用于承受较大载荷和动态载荷的结构件。
4.较低的冷脆倾向：由于低碳含量，这类钢材在低温下使用时具有较低的冷脆倾向，适用于寒冷环境。
5.优异的焊接性能：低碳马氏体结构钢的焊接性能良好，焊接接头易于处理，且焊接后的接头强度较高。
6.良好的冷加工性能：这类钢材具有良好的冷加工性能，适用于需要冷变形加工的场合。
7.应用领域：低碳马氏体结构钢广泛应用于建筑结构、桥梁、船舶、车辆、机械制造等领域，特别是在要求高强度和良好焊接性能的结构件中。
8.热处理工艺：低碳马氏体结构钢的热处理工艺通常包括淬火和回火。
淬火温度通常在Ac3以上，以形成马氏体组织，然后通过回火处理以改善塑性和韧性。
在选择和使用低碳马氏体结构钢时，需要根据具体的应用场景和性能要求来选择合适的钢种和热处理工艺，以确保结构的安全和可靠性。
低碳马氏体
低碳马氏体显微组织性能及处理工艺锻轧后空冷：贝氏体+马氏体+铁素体性能:σ=828MPa;σ=1049MPa -室温冲击功96J制造汽车时的轮托架锻轧后直接淬火并回火：低碳回火马氏体σ=935MPa;σ=1197MPa室温冲击功50J，－40℃的冲击功32J,制造汽车操作杆具有高强度,高韧性和高的疲劳强度,适用于工程机械运动的部件和低温下适用部件2，低碳马氏体的合金化低碳加入Mo Nb V B等与合理的Mn、Cr配合提高淬透性,Nb还细化晶粒BHS系列：Mn-Mo-Nb 成分：c：0.1%，Mn1.8%，Mo0.45%，Nb0.05%Mn-Si-Mo-V-Nb系列铁素体-马氏体双相钢特征：显微组织：铁素体+岛状马氏体+少量残奥性能特点：1，低的屈服强度一般不超过350Mpa2, ε曲线是光滑的,没有屈服平台,更没有锯齿形屈服现象3，高的均匀加延伸率和总延伸率,在24%上4，高的加工硬化指数,你>0.245，高的塑性变化双相组织或得方法1热处理双相处理刚在Ac1与Ac3双相区加热,组织为α﹢γ,随加热温度升高,钢种---相增加,在冷却过程中，保证转变产物α﹢M而不是α﹢P双相钢的力学性能与组织有密切的关系,钢的化学成分,亚临界区加热温度,最终冷却速度,将起决定性作用热轧双相钢热轧后从A状态冷却时,先形成70—80%的多边形铁素体,使未转变的A有足够稳定性，避免发生珠光体和贝氏体相变,在以后冷却转变变成M工艺要求：合理设计合金成分和实现控轧与控冷双相钢优异性能的原因屈服强度和高应变硬化率的原因存在三种可能首先在马氏体区域存在残余应力,这些应力来源于快速冷却时马氏体相变的体积和形状变化其次，由于这些体积和形状变化效应,使周围铁素体经受塑性变形,导致铁素体中存在高密度的可动位错。
再次,伴随着马氏体的残余奥氏体，在成形操作时,发生应变诱发马氏体相变。
双相钢的典型成分和用途化学成分：W（c）0.04-0.1.% W﹙Mn﹚0.8-1.8% W﹙Si﹚0.9-1.5% W﹙Mo﹚0.3-0.4% W﹙Cr﹚0.4-0.6%用途：强度成形性的综合性能好,满足汽车冲压成形件的要求。
深冷处理后低碳马氏体的形态和回火特性研究
联系人钱士强:男,1953年生,工学硕士,上海工程技术大学材料科学系副教授,主要从事金属材料改性机理及工艺研究。
通讯地址:上海仙霞路350号,邮编200336。
E -mail:qsqline.s 深冷处理后低碳马氏体的形态和回火特性研究钱士强 李曼萍 严敏杰(上海工程技术大学材料工程学院,200336)摘要 采用金相、扫描电镜、原子力显微镜等手段,观察研究深冷处理对16Mn 钢低碳马氏体形态和回火特性的影响。
结果表明:深冷处理引起马氏体微分解和超低细碳化物核心形成,使马氏体条束和条束内的亚单元细化,硬度有所提高但长时深冷处理对硬度影响不大,深冷处理促进马氏体的低温回火转变。
关键词 16Mn 钢 深冷处理 低碳马氏体 原子力显微镜INVESTIGATION ON MICROSTRUC TURA L FEATURE AND TEMPERING CUR VEOF LOW CARBON MARTENSITE AFTER CRYOGENIC TR EATMENTQian Shiqiang Li Manping Yan Minjie(Shanghai Universi ty of Engineeri ng Science)AbstractThe i nfluence of cryogenic treatment on the microstructure and tempering curve of lo w carbon martensite in16Mn s teel s amples after quenched was investigated through measuring temperi ng hardnes s and observing micros tructures by OM,SEM and AFM.The resul ts showed that martensite was microdecomposed and superfine carbide was formed due to the cryogenic treatment,which lead martensite lath and its sub -uni te smaller,and raised the martensite hardness.The research also s howed that cryogenic treatment accelerated low temperi ng transformation.Key W ords16Mn Steel,Cryogenic Treatment,Low Carbon Martensite,Atom Force M icroscope1 前 言用液氮(-196 )进行深冷处理作为金属材料一种新的处理工艺在国内外已有大量的研究报道,并在工模具钢的热处理中,获得了应用,使工模具的使用寿命得到显著提高。
马氏体的组织形态
马氏体的组织形态马氏体的组织形态与合金的化学成分及转变温度有密切关系，钢中的马氏体有两种基本类型：板条状马氏体和片状马氏体。
1、板条状马氏体板条状马氏体是在低、中碳钢或低、中碳合金钢淬火时形成的典型组织，实验已经证实其内部亚结构为高密度位错，故又称为位错马氏体，由因为它主要形成于低碳钢中，也称为低碳马氏体。
板条状马氏体的显微组织如图，为一束束平行排列的微细组织；电子显微镜观察发现，每一束马氏体是由细长的板条组成。
低碳钢淬火得到的板条状马氏体图是板条状马氏体的组织示意图。
板条状马氏体主要特征可归纳如下。
①显微组织：一个奥氏体晶粒通常由3～5个马氏体板条群组成（图A区），板条群之间有明显的界面分开，板条群又可分成一个或几个平行的马氏体同位向束，同位向束之间呈同位向束之间呈大角度界面（图B区）；一个板条群也可以只由一个同位向束组成（图C区）；每个同位向束是由平行的板条组成，板条间为小角度界面（图D区）。
板条状马氏体的尺寸由大到小依次为板条群、同位向束及板条。
②空间形态：马氏体为细长的板条状，每一个板条为一个单晶体，横界面近似为椭圆形，马氏体的惯习面为③亚结构：马氏体板条内部为高密度位错，相当于经剧烈冷塑性变形金属的位错密度。
实验证实马氏体板条之间有连续的残余奥氏体薄膜，薄膜的含碳量较高，表明相变时C原子曾发生微量的扩散。
2、片状马氏体▪片状马氏体是在中、高碳钢或中、高碳合金钢淬火时形成的典型组织，与位错马氏体不同，其内部亚结构主要是孪晶，故又称为孪晶马氏体。
▪由于它总出现在高碳钢中，也称为高碳马氏体。
▪实际中也经常按其形态称为透镜片状马氏体或针状及竹叶状马氏体。
T10钢淬火后的片状马氏体片状马氏体的显微组织（a）和孪晶亚结构（b）片状马氏体的主要特征可概括为以下几方面：▪①显微组织：马氏体呈片状、针状或竹叶状，相互间相交成一定的角度。
在一个奥氏体晶粒内，首先生成的马氏体片一般横贯整个晶粒，随后生成的马氏体片尺寸依次减小。
第五章 马氏体
92
马氏体:碳在α-Fe中过饱和 的固溶体，用符号“M”表示。 马氏体的形态特点：其组织形态分为板 条状和针状两大类： 板条马氏体：显微组织如图所示。形态 呈细长的扁棒状，显微组织为细条状。
马氏体板条内的亚结构是高密度的位错，
板条马氏体
因而又称为位错马氏体。
针状马氏体：显微组织如图所示。形态 呈双凸透镜的片状，显微组织为针状。其亚 结构主要是孪晶，因此又称为孪晶马氏体。
动画39 碳含量对马氏体转变温度的影响
4
马氏体转变特点
过冷A转变为马氏体是低温转变过程, 转变温 度在Ms～Mf之间, 该温区称马氏体转变区。 ①过冷A转变为马氏体是一种非扩散型转变
②马氏体的形成速度很快
③马氏体转变是不彻底的 ④马氏体形成时体积膨胀, 在钢中造成很大的 内应力
低碳马氏体的组织形态
高碳马氏体的组织形态
5
低碳板条状马氏体组 织金相图
高碳针片状马氏体 组织金相图
6
的形态取决于碳含量。当wC＜0.2%时，为板条M；当wC ＞1.0%时，为针状M；当wC ＝0.2 %～１.0%时，为板条和针状的 混合组织。 马氏体的性能： 马氏体的硬度、韧性与碳 含量的关系如动画所示。 碳含量：如碳含量增加， 其硬度就增加。所以马氏体是 钢的主要强化手段之一。 塑性和韧性：主要取决于 亚结构形式和碳在马氏体中的 过饱和度。
动画 碳含量对马氏体性能的影响
3
94
马氏点概念及马氏体转变归纳（见39）： 上马氏体点：发生马氏体转变的开始温度称为上马氏体点，用 “Ms”表示。 下马氏体点：马氏体转变的终 了温度称为下马氏体点， 用“Mf” 表示。 因此马氏体转变可归纳为： 高速长大; 马氏体转变的不完全性; 存在残余奥氏体用“A残”表示; Ms 、Mf取决于奥氏体的碳含量。
1.4313(CA6NM)
附件1 Z6CND16.04.01马氏体不锈钢介绍Z6CND16.04.01属于低碳马氏体不锈钢，它的大截面机械性能、静态断裂韧性和水下疲劳性能都比较好，同时还具有良好的抗汽蚀性能和焊接性能，是一种优良的水轮机、水泵零件用材料。
1. 材料介绍1.1材料牌号：Z6CND16.04.01（法国NFA35标准）1.2相近牌号：1.4313（德国）、CA6NM（美国）、SCS5（日本）、Z6CND13.04M（法国）ZG06Cr16Ni5Mo（中国）1.3中国牌号1.3.1 锻材a）标准：QJ/SK05-06-2004（企标）b）牌号：0Cr13Ni4Mo1.3.2铸材a）标准：JB/T10384-2002b）牌号：ZG06Cr16Ni5Mo1.4化学成分1.5 热处理制度该钢材主要做调质处理，根据不同的性能要求有不同的热处理工艺。
以下为典型热处理工艺：退火处理590-640℃炉冷调质处理1000-1050℃正火600-620℃回火1.6 供货状态：一般情况下铸件供货，也可订作型材（棒料、锻件、板材）。
1.7 熔炼工艺：可用电弧炉、中频感应炉及VOD炉或AOD炉二次精炼等方法进行熔炼。
1.8 应用状况：该钢一般用于制作汽蚀严重及对综合机械性能要求较高的零件，如水轮机中的转轮叶片、上冠、下环、止漏环、耐磨板。
在泵类产品中，主要用制作抗汽蚀性能要求较高的泵叶轮，或对机械性能要求较高的给水泵泵轴，同时也可用制造承受冲击、高载荷的各种重要零件，如连接件，紧固件等。
2. 化学及物理性能2.1热学性能2.1.1熔化范围：1400-1500℃2.1.2热导率λ= 0.06-0.065 W/m℃2.1.3比热容C=460J/kg·℃2.2密度：ρ= 7.74-7.75kg/m32.3比电阻2.4磁性能：该钢为马氏体钢，具有强铁磁性。
2.5化学性能2.4.1抗氧化性能：该钢具有优良的抗氧化性。
2.4.2耐腐蚀性能：在常温下，对一般的腐蚀性介质（如盐水、硝酸及某些浓度不太高的有机酸）具有较好的抗腐蚀能力，。
6.1 Fe-C马氏体的回火解析
高速淬冷的Fe-C马 氏体硬度与淬冷速 度的关系
低速、高速得到的硬度（ H1， H2）
低碳钢的淬冷硬度保持低水平，且H-v曲线为水 平的,如0.1%C的碳素钢。 中、高碳钢的淬冷硬度，在低速淬冷时，硬度高； 在高速淬冷时，硬度变低。低速的代表值 v1 约为 1500℃/s。在此冷速范围，马氏体的硬度（H1）与 一般工业淬火硬度没有什么差异。高速（ v2）的代 表值约为 23000℃/s 。用此速度或更快的速度淬冷， 得到的硬度（H2）显然较低，而且保持恒定。
超高速、深冷淬火时Fe-C马氏体的硬度
S.Ansell 设 计 了 一 种 超 高 速 深 冷 淬 火 装 置 ， 可 以 104℃/s 冷速淬火，冷却 0℃（冰水）后迅速转入－ 195℃，并且在低温下测定硬度。 得到了新鲜马氏体，硬度测定表明新鲜马氏体的硬 度低于一般 ( 老 ) 马氏体的硬度，以及回热到室温后 硬度又上升的现象。
6.1
Fe-C马氏体的回火
内蒙古科技大学 刘忠昌教授
1、新鲜马氏体在低温回火时性能的变化
为了研究Fe-C马氏体回火脱溶贯序的全过程，尤 其是脱溶初期的行为，首先要获得一个“新鲜” 的即未发生任何脱溶的马氏体。对于Fe-C系来说， 并非易事。 自20世纪60年代以来，进行了一系列的特殊试验， 研究表明碳原子的偏聚团是马氏体回火时脱溶的 贯序之首。
图中有4种Fe-Ni-C合金，马氏 体点均为-35℃左右。
“新鲜”马氏体回火时电阻率的变化
碳原子偏聚与电阻率
图中，含碳量小于0.08%C时，在－40 至 100℃区间内，（ ρ 2 － ρ 1 ） <0, 表明马氏体发生了碳在位错线上的偏 聚——“非均匀偏聚”（柯垂尔气团）， 使电阻率降低。 有少量碳原子在其最有利的温度形 成 G.P 区，发生碳原子的“均匀偏聚” 过程。随着含碳量的增加，“均匀偏聚” 的碳原子越来越多（弘津气团），逐渐 使Δ ρ 值大于零。 已知，固溶态的电阻率高于分离态。 从图中可见，含碳量大于0.08%C时，在 － 40 至 100℃区间内，（ ρ 2 － ρ 1 ） >0, 表明电阻率升高，说明此时没有碳 化物析出。但此时马氏体中发生的碳原 子的均匀偏聚过程 , 即形成了碳原子偏 聚区，即弘津气团。
9Ni钢的焊接
9%Ni钢的焊接分析9%Ni钢属于低碳马氏体型低温钢，具有良好的低温韧性，良好的焊接性能以及其他特殊性能。
在焊接9%Ni钢时可能遇到的主要问题是焊接接头的低温韧性差、焊接裂纹、电弧的磁偏吹等。
为了更好的焊接这种钢材，消除或减弱这种问题的产生，我们选择了低温韧性好，强度较高的Ni基型焊条ENiCrMo-6，ERNiCrMo-3焊丝和相匹配的焊剂。
1、焊接工艺研究9%Ni钢主要作为液化天然气（-165℃）或者液氮（-196℃）的低温容器用钢而被世界各国普遍采用。
9%Ni钢有三种热处理供货状态：NNT（双正火+回火）、QT（淬火+回火）、IHT （两相区淬火+回火）。
9%Ni钢淬火后组织为板条状低碳马氏体，具有良好的强韧性；9%Ni 钢正火后的组织处低碳马氏体外，还会出现贝氏体，9%Ni钢的回火温度一般为550~580℃，此时在马氏体板条间析出含Ni的铁素体及部分弥散分布的逆转奥氏体，因而使钢具有了良好的低温韧性。
QT供货状态下的化学成分及力学性能如下：1.1焊接接头的低温韧性焊接接头的低温韧性问题可能出现在焊缝金属、熔合区和粗晶区中。
焊缝金属的低温韧性主要与采用的焊接材料的类型有关。
熔合区的低温韧性与所出现的脆化组织有关，贝氏体和富合金马氏体的出现导致熔合区的硬度升高。
粗晶区的韧性主要取决于焊接热输入和焊后的冷却速度。
1.2焊接热裂纹采用Ni基材料焊接9%Ni钢时都可能产生热裂纹。
在焊缝区可能产生弧坑裂纹、高温失效裂纹和液化裂纹。
在熔合区中可能出现纤维疏松。
要消除这些裂纹，最根本的办法就是减少有害杂质元素，采用正确的收弧技术并配合适当的打磨处理。
1.3电弧的磁偏吹焊接9%Ni钢时易发生电弧的磁偏吹。
为消除磁偏吹，应控制9%Ni钢的剩磁在5×10-3T 以下。
选择交流的焊接电源、避免大电流的碳弧气刨以及采用磁铁排磁等方法都可以有效消除磁偏吹。
2、焊接实验2.1焊前处理由于9%Ni钢焊接热裂纹的影响因素主要是有害杂质元素S、P的侵入，因而焊前破口两侧及边缘20mm范围内必须进行仔细的清理和打磨。
马氏体
马氏体（用M表示）马氏体1、马氏体通常是指碳在a-Fe中的过饱和固溶体。
2、钢中马氏体的硬度随碳含量的增加而提高。
高碳马氏体硬度高而脆，低碳马氏体则有较高的韧性。
马氏体在奥氏体转变产物中硬度最高。
理论上来说，马氏体是通过钢进行淬火而直接形成的，含碳量越低，所需的过冷度就越大。
所以当含碳量低到一定程度后，就不能够形成马氏体了。
马氏体的正常显微状态是呈针状的。
马氏体的特点是硬度高，韧性差。
它也是钢材淬火后的基本组织，通过对马氏体进行回火，可得到其他不同的金相组织。
所以马氏体在热处理中是极为重要的一章。
高碳马氏体硬而脆，韧性很低。
硬度HB600-700。
组织很不稳定，硬度很高，脆性很大，延伸率和断面收缩率几乎为零。
板条马氏体（低碳马氏体）有较高的强度和良好的塑性、韧性，抗拉强度1200-1600MPa，延伸率10%，断面收缩率40%，冲击功为600KPa•m（可能为60J，需进一步验证）钢中马氏体的形态很多，淬火钢中形成的马氏体形态主要与钢的含碳量有关.，但就其单元的形态特征和亚结构的特点来看有五种，即：板条马氏体、片状马氏体、蝶状马氏体、薄片状马氏体、薄板状马氏体。
其中主要有两种类型,即板条状马氏体和片状马氏体最为常见。
4、钢的马氏体转变当奥氏体的冷却速度大于VK,并过冷到MS以下时,就开始发生马氏体转变.。
由于马氏体转变温度极低,过冷度很大,而且形成的速度很快,使奥氏体向马氏体的转变只发生r-Fe向a-Fe的晶格改组,而没有铁,碳原子的扩散.所以马氏体的含碳量就是转变前奥氏体的含碳量,由于a-Fe中最大溶碳量为0.0218%,所以马氏体是碳在a-Fe中的过饱和间隙固溶体.。
：马氏体转变温度：马氏体转变温度以下不在转变。
内完成转变。
在低于Mz以下不在转变Ms-Mz（Ms=230°C，Mz=-50°C）内完成转变板条马氏体：低碳钢中的马氏体组织是由许多成群的、相互平行排列的板条所组成，故5、板条马氏体称为板条马氏体。
低碳马氏体和高碳马氏体
低碳马氏体和高碳马氏体
低碳马氏体和高碳马氏体是两种不同的马氏体形态，具有不同的机械性能和用途。
低碳马氏体，也被称为板条马氏体，含碳量低于0.25%。
低碳马氏体具有良好的综合机械性能，强而韧，被广泛应用于耐磨材料、模具等耐磨机械零件。
高碳马氏体，含碳量在0.4%以上，主要用于耐磨材料。
高碳马氏体经过时效或热处理可以获得更高的硬度和强度，因此也被称为回火马氏体。
高碳马氏体的硬度和强度虽然很高，但是由于过饱和度太大，引起严重的晶格畸变和较大的应力，可能导致微裂纹的产生，因此其塑性和韧性较差。
总的来说，低碳马氏体和高碳马氏体在成分、机械性能和应用上存在明显差异。
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低碳马氏体
显微组织性能及处理工艺
锻轧后空冷：贝氏体+马氏体+铁素体
性能:σ=828MPa;σ=1049MPa -室温冲击功96J制造汽车时的轮托架
锻轧后直接淬火并回火：低碳回火马氏体σ=935MPa;σ=1197MPa室温冲击功50J，－40℃的冲击功32J,制造汽车操作杆
具有高强度,高韧性和高的疲劳强度,适用于工程机械运动的部件和低温下适用部件
2，低碳马氏体的合金化
低碳加入Mo Nb V B等与合理的Mn、Cr配合
提高淬透性,Nb还细化晶粒
BHS系列：Mn-Mo-Nb 成分：c：0.1%，Mn1.8%，Mo0.45%，Nb0.05%
Mn-Si-Mo-V-Nb系列
铁素体-马氏体双相钢
特征：显微组织：铁素体+岛状马氏体+少量残奥
性能特点：1，低的屈服强度一般不超过350Mpa
2, ε曲线是光滑的,没有屈服平台,更没有锯齿形屈服现象
3，高的均匀加延伸率和总延伸率,在24%上
4，高的加工硬化指数,你>0.24
5，高的塑性变化
双相组织或得方法
1热处理双相处理
刚在Ac1与Ac3双相区加热,组织为α﹢γ,随加热温度升高,钢种---相增加,在冷却过程中，保证转变产物α﹢M而不是α﹢P
双相钢的力学性能与组织有密切的关系,钢的化学成分,亚临界区加热温度,最终冷却速度,将起决定性作用
热轧双相钢
热轧后从A状态冷却时,先形成70—80%的多边形铁素体,使未转变的A有足够稳定性，避免发生珠光体和贝氏体相变,在以后冷却转变变成M
工艺要求：合理设计合金成分和实现控轧与控冷
双相钢优异性能的原因
屈服强度和高应变硬化率的原因存在三种可能
首先在马氏体区域存在残余应力,这些应力来源于快速冷却时马氏体相变的体积和形状变化其次，由于这些体积和形状变化效应,使周围铁素体经受塑性变形,导致铁素体中存在高密度的可动位错。
再次,伴随着马氏体的残余奥氏体，在成形操作时,发生应变诱发马氏体相变。
双相钢的典型成分和用途
化学成分：W（c）0.04-0.1.% W﹙Mn﹚0.8-1.8% W﹙Si﹚0.9-1.5% W﹙Mo﹚0.3-0.4% W﹙Cr﹚0.4-0.6%
用途：强度成形性的综合性能好,满足汽车冲压成形件的要求。
调制刚
结构钢在淬火+高温回火具有良好的综合机械性能，有较高的强度、良好的塑性和韧性适用于这种热处理钢种称为调制刚。
化学成分特点：中碳,碳含量在0.3%~0.5%。
碳含量过低时淬硬性不够；C 含量过高的韧性下降。
合金元素：主加：Cr Mn Si Ni。
辅加：Mo W V Ti Al B
合金元素作用：提高淬透性Cr Mn Si Ni；溶于α相，起固溶强化作用。
Cr Mo W V阻碍α相得再结晶,阻碍碳化物在高温回火时的聚集长大,使钢保持高硬性。
Mo W防护回火脆性。
V Ti Al 起细化晶粒作用。
调质钢的热处理特点：1预备热处理：便于切削加工和改善钢件因热加工不当而造成的粗精组织和带状组织。
①合金含量较少的钢在轧制和锻造后的组织多半是珠光体一般采用在Ac3线上加热正火。
②合金含量较多的钢在轧制和锻造后的组织多半点是马氏体一般采用在Ac3 线上加热正火随后一次高温回火2最终热处理①淬火：加热至Ac3线以上30~50℃进行淬火②回火③表面处理。
合金元素与调质钢的韧性。
C：降低调质钢的冲击韧性。
Mn：加入﹤2％Mn,冲击韧性有所改善；﹥2％后脆性转化温度升高，韧性恶化。
Ni：改善钢的冲击韧性,脆性转化温度下降。
P：对钢的冲击韧性危害极大。
40Cr：C﹐Mn﹐Si﹐Cr﹐Ni﹐Mo航空发动机机轴
弹簧钢
性能特点﹕1高强度极限
2高疲劳极限
3良好表面状态
4较好工艺性能：一定塑性和淬透性
化学成分特点
1碳含量碳素弹簧钢c0.8-0.9%
合金弹簧钢c0.45-0.7%
C含量过低时，达不到高强度的要求，c含量过高，钢的脆响很大
合金元素：加入Si Mn﹕提高淬透性¸¸固溶强化铁素体﹐提高钢的回火稳定性
Si含量高时增大C石墨化倾向﹐加热时易于脱C
Mn易于是钢过热加入Cr W V Nb克服硅锰弹簧钢的不足
他们防止过热和脱碳，保证高弹性极限和屈服极限
弹簧钢纯度对疲劳强度有很大影响后
热处理特点﹕1冷形成后进行200-400度的去应力退火
2热成型弹簧﹕热形成后淬火及中温回火
典型弹簧钢：1碳素弹簧钢：65﹐70﹐75﹐85热处理后高强度和适当塑性﹐淬透性低﹐65Mn 高锰碳素弹簧钢﹐高淬透性﹐脱c倾向小，容易过热﹐回火脆性
合金弹簧钢﹕60Si2Mn制造汽车﹐拖拉机﹐板簧﹐螺旋弹簧﹐淬透性能搞
Si﹕提高弹性极限和屈服比，略提高淬透比﹐不仅使Ms点下降﹐不增加淬火开裂倾向﹐防止氧化﹐促进脱c倾向﹐注意保护
50CrV﹕制造大型弹簧﹐Cr﹐V﹐﹕提高淬透性﹐高的高温强度﹐韧性和较好的热处理工艺性能。