超级贝氏体钢的现状和进展

第
期
徐
光等 超级贝 氏体钢的现状 和进展
同 时锰 含量 过高 也容 易引起 成分偏 析 。 高硅是 为 了
作研 究 的
到
一 一 系超 级 贝 氏体 钢 的性 能 。 实 验
℃ ,保 温 , 然 后 空冷 和
抑制 碳 化物从 奥 氏体 中析 出从而避 免在 贝氏体铁 素
体板 条 间形 成脆 性 相渗 碳 体 , 富碳 的奥 氏 体稳 定 性 很强 在 贝氏体 相变 过 程 中会 以薄膜状 残余 奥 氏体 的 形式 分布 在 贝氏体 铁 素 体 板 条之 间 , 从 而 达 到改 善 钢材韧 性 的 目的 。 由 于 贝 氏体形 成 条件 比较 苛 刻 , 为 了避 开 高温 先共 析 铁 素 体 或珠 光体 转 变 , 贝 氏体 转变 往往 需要 一个 比较 大 的临界 冷 却速 度 , 冷 却 到 贝 氏体转 变 区间 等温 发生 贝氏体转 变 。 为 了减小 临 界冷却 速度 , 增加 贝氏体 的淬透 性 ,
贝 氏体钢 的 贝氏体 转 变 温 度 在
℃以下 , 转 变 时
间长 达
氏体 钢
余天 , 无 法在 工 业 上 应 用 。
含 量降 低到 的使用 ,利用 和
年 ,将 贝
可 以增
' 〕, 为 了减 少或 避 免 贝
氏体 钢 中贵金 属
加奥 氏体 稳定性 、降低 贝 氏体相 变 开始 温 度 的特性 , 以及 少
超级贝 氏体钢
一
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贝 氏体 钢 是 一种具 有较 高 强度 和 良好 韧性 的钢 种 ,一 直是 钢 铁 材 料 界 的 研 究 重 点 。 代 世纪 年代 和 和 世纪 年 发 现并 研 究 了 贝 氏体 组 织 , 等人 开发 出 了在 正 。 一 贝 氏体 钢 「 `〕 。
等 合 金 元 素 ,而 且 转 变 时 间 长 达 巧 天 , 只 有
表
几种超级贝 氏体钢的处理工艺和力学性能
川 一
成 分系列
一 一 一 一
处理工艺 变形温度 变形温度 ℃ ,快冷到 ℃ , 快冷到 ℃ ,然后空冷到室温 ℃ , 然后 空冷 到室温
屈服强度
土
士
抗 拉强度
均匀伸 长率
总伸长率
断面收 缩率
恤wk.baidu.com
七
该 实验 钢的 高强度 取决 于组织 中的超 细 贝 氏体 和马 氏体相 , 而 良好 的韧 性 则 决定 于 分 布 在 贝 氏体 板条 之间 的纳米 级薄膜 状残 余奥 氏体 。超 细 的薄膜 状残余 奥 氏体在 拉伸 变形过 程 中会 发生形 变诱 导 相 变 ,转 变成 马 氏体 , 改善 了实 验钢 的韧 性 和 伸 长率 , 这也 是实验 钢具 有 良好 的加 工硬化性 能 的原 因 。 与其 它 钢种 相 同 , 超 级 贝氏体 钢 机械 性 能 也 取 决 于成分 、 加工 和热 处理工 艺等 ,成 分对性 能 的影 响 体现 在对组 织的影 响上 , 降低 贝 氏体开始 转变温 度 氏体转 变 开 始 温 度 , 和马 , 的元
促 进 贝 氏体相 变 , 其措施 是 在 上添 加一 定量 的合 金元 素 , 如
合金 元素 的添 加 可 以降低 、
、 、
、 元 素 的基 础 、 、 等 ,这 些
侧 只 目 白 、 已
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以 `日 `二 `二 , , 一 , 峭`
一 入 一人
等 元 素 的 含 量 ,改
转变 时间 ,
, 尸 一 一 以 一 叹
强度 和 良好 的韧 性 。 超 级 贝氏体 钢 的另外 一 个特 点 是在低 温下 发生
火状 态便可 获 得 贝 氏体 组织 的
经 过 几 十 年 的研 究 和 发展 , 贝 氏体 钢 的转 变 机 理 以及 热处 理工 艺 日趋 成 熟 , 国 内在 过 去几 十年 里
研 发 了成本 较低 、 工 艺 简单 的低合 金 贝氏体 钢 , 其 中 具 有代 表性 的是 以清华 大 学 为代 表 的
余 奥氏体组织 。 为减小临界冷却速度 、促进 贝氏体转变 , 部分超 级 贝氏体钢 中添加 和
关键词
含量以改善钢材的焊接性能 。 超级贝 氏体钢具有超高 强度和 良好 的塑性 , 其屈服 和抗 拉强度 分别达 一
一
。
, 总伸长率为 一巧
组织 性能
。 新一代超级 贝 氏体钢 的屈服强度 可达
现状 进展
贝 氏体
, ,抗 拉
相变前 的变形促 进 贝氏体转 变 〔 ,一 , 〕,
一 习 刁 一 一 ℃下奥 氏体 形变 巧
刃
钢在
钢 , 这种 贝 氏体 钢经 过 加 速 冷 却后 再 空 冷 即可 获得 贝氏体 组织 , 获得 的 贝 氏 体 板 条 宽 度 约 为 得 到 的超级 贝 氏体钢 屈 服 强度 约为 强度 约 为 结构 和超 高强 度 。 超级 贝 氏体钢 的 几 十到 数百 纳米 级 的超细 贝 氏
体 钢 , 以及 一 一
一 系贝氏
贝氏体 转变 获得 超 细 贝 氏 体 组 织 , 从 而 增 加 贝 氏体
钢 的强 度 。超 级 贝 氏体钢 已成 为重点 研究 和发 展 的
系 贝 氏体 钢 。 此 外 , 近 年 来 国
内还开 发 了高性 能 低 碳 贝氏体 钢 , 已 经成 功 地 用 于 板带 钢 的 生 产 ' 。 这 些 钢 种 的 开 发 和 生 产 改 善 了 钢铁 产 品结 构 , 提 高 了钢 铁产 品竞 争力 。 近 年来 , 一种 具 有 良好 强韧 性 能 的 高强 度 贝 氏 体钢 受到 钢铁界 的重 视 , 目前 这 种 新 型 贝 氏体 钢 有 不 同的 名称 , 如 超 细 贝 氏体 钢 、 先进 贝 氏体 钢 强 贝 氏体 钢 贝 氏体 钢 氏体 钢 一 一 、超 、 无碳 化 物 、纳 米 结 构 贝 、 超 级 贝 氏体钢
善钢 材 的焊接 性 能 , 但 增加 了贝 氏体 钢 的生产成 本 。
超级 贝 氏 体 钢 的 组 织 为 超 细 贝 氏 体 铁 素 体 、 马 氏体 和残 余 奥 氏体 `〕。 图 。
为典 型下 贝 氏体组 织 , 图 中竹 叶状 的为下 贝 氏体 , 其 余部 分 为马 氏体 。 贝 氏体和 马 氏体 相 的体 积含 量取 决 于 贝氏体转 变 时 间 和成 分 , 贝 氏体 类 型 则 取决 于 转变 温度 和成 分 。 图 化超 级 贝 氏体 钢 在 所 示 的组织 为 ℃转 变 、 合金 后 的组 织 , 随着
图
超级贝氏体钢组织形貌
氏体 ,
印
下贝氏体一 竹叶状 , 马氏体一 灰白色
一 一
, 一
一 贝氏体 , 一 马
一 ,
中没有 应 用 价 值 , 因 此 , 成 分 设计 、 组 织 、性 能 和 应 用 等 几 个 因素应 综 合 考 虑 。 表 总
一 残余奥 氏体
罗
一
一
一
,
特 殊钢 结 了现 有 的几种 已在实 验室 开发 成功 的超级 贝 氏体 成 分 和性能 等 主要 参数 。 实 验室 意义 , 无 法 应 用 于 实 际 生 产 。
图
一 。
一
应变
一 一 系超级贝氏体 钢应变 一 应 力曲线
一 一 一 一
转 变时 间 的延长 , 贝 氏体体 积分数将 增加 , 而 马 氏体
将 减少 , 性 能也将 随之 改变 。 图 一 奥 氏体 。 性能 由于其 同时具 有 超 高强度 和 良好 的塑 性 , 超 级 贝氏体 钢 受 到 各 国 钢 铁 研 究 和 生 产 人 员 的重 视 。 图 为 作者在 加拿 大 大学 与 教授合 为实验 超级 贝 氏体 钢 的透 射 电镜组 织 , , 贝 氏体 板条之 间分 布有纳 米级 的残余
前研究 基 础上 以增 加 的含 量 改 变
,点
形 与其 它类 型 贝氏 体 钢相 变 的关 系 , 目前 已有 的研
究 给 出两种 完 全 不 同 的结 论 一 '」 。一种观点认为 ,
可 防 止脆 化 相 生 成 的作 用 , 在 其 以
的含量减
的使用 为指 导 思 想 , 设 计 了新 型 低
一
甲
一 一 一 一 一 一 一 一
一
一 一 一 一
℃ , 保温 , 保温 高温奥氏体化
, 空冷到 , 空冷到 快冷到
℃ , 转变 ℃ , 转变 ℃, 转 变 巧 天
洲〕
注
作者实验室研究开发钢种 。
和 工艺 线路 确定 将是 未来 的主要研 究 内容之 一 。 变形 对相 变 的影 响 变 形 对 贝 氏 体 相 变 的影 响 是 个 复 杂 的研 究 课 题 , 目前 关于 变形 对 超 级 贝 氏体 钢 相 变 影 响 的报 道 很少 , 已有 的研究 集 中在 组 织 和 性 能 方 面 。 对 于变
贝 氏体 区 组 织 显 示 贝 氏体 铁 素 体 板 条 束 的宽 度 为
素 都会 使 贝 氏 体 在更 低 的 温 度 下转变 , 得到板 条 尺寸更 为 细 小 的贝氏体组织 ,使 机械性 能 进一 步提高 。但 另 一方 面 , 贝 氏体 转变温度 越低 , 所需 转 变 时 间更长 ,转 变 时间长 达数 天 的超 级 贝 氏体 在 工 业 生 产
促 进 了贝氏体相 变 〔 “」 。另
一 种 观点 则 认 为 变 形 阻 止 贝 氏 体 转 变 , 一 一 一 系 贝 氏体 ℃高 温变 形 时 发 现 变形 阻 滞 了相 变 ,
。 同 时 开 发 了含 合 金 元 素 的 超
级 贝 氏体 钢 〔 `一 ` ,」 ,其 特 点 是 低 温 转 变 、 超 细 贝 氏体
相变后贝氏体体积分数减少 〔 ' 相变前的形变虽然
增加 了相 变 形核 点 , 但 贝 氏体 束 的 长 大受 到 严 重 阻 滞 ,使 贝 氏体 相变 动力 学 减慢 〔 '。 〕 。 作者与加 拿大 大学 的 教授合 作研究 了奥 氏体 区高 温变 形和 低温 变形对 超级 贝 氏
条件 奥 氏体化 温度 ,成 分 设 计 属 于
℃进行 低温 转变 , 转变 时 间分别 为
一 一 类 ,没 有 添 加 其 它
合金 元素 , 转变
抗拉 强 度 为 工硬 化能 力 。
卫 ` 立 二
后 的 屈服 强 度 为
,屈强 比
、
、伸 长 率 为
。低 的屈 强 比说 明该 实 验钢 具 有 良好 的加
第
18 ·
卷第 期 年 月
特殊钢
·工 艺材 料 进 展 ·
超 级 贝 氏体 钢 的现 状 和进 展
徐 光 操龙飞 补丛华 邹 航
武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室 , 武汉 摘
、
过
要
超级贝 氏体钢 的基本合金元 素为 一 一 , 通过
一
℃低温 相变得 到超 细 贝 氏体 、 马 氏体 和残 、 、 。等 合金 元素 , 并 降低 以上 , 抗 拉强 度超
第
卷
钢种采用 了
常规 的热轧 生产 工艺 , 添 加 了一定 量 的合 金元 素 ,钢
由表 、
可 以 看 出 , 文献
〕 给 出 的超 级 贝 氏 体 , 但该 钢 种添 加 了 贵重 的
种
没有 添 加 贵重 的合金 元 素 , 但 需要 在 低 温 下转
钢抗 拉 强度 高 达
变 一定 的 时 间 , 这 给 工 业 生 产 增 加 了一 定 的 难 度 。 因此 , 综合 考虑便 于实 现 工业 化 生产 , 进行 成分 设计
下 一代 超高强 度 贝 氏体 钢 。
成分 和组 织
目前 已研 究 的超 级 贝 氏体 钢 成 分 可 分 为 两 大
类 , 即碳锰 钢 和合金 钢超 级 贝 氏体 。碳 锰 钢 类 除
、
、 等基 本 元 素外 , 不 添加 其 它 合 金元 素 ,其 优 点 是成本 较低 , 但 为 了保 证 超 高 强 度 和 良好 的强韧 性 能 , 以及保证 贝 氏体 的低 温转 变 , 通 常需要 添加 较多 的 、 、 元 素 , 这些 元 素 一 方 面 可 以提 高 钢材 的 , 和 马氏体 转 变开 。, 另 一 方 面也 会 影 响 了材 料 的 焊接 性 能 , 强度 , 降低 贝 氏体转 变 开始 温 度 始 温度
等 , 本 文统 称 为超 级 贝 氏体 钢 。
英 国剑 桥 大学 。教 授 等人 〔 '〕 利用 对 碳 化 物析 出 的抑制 作用 发 现 了超 级 贝氏体 的优 异强
韧性 , 这种 贝 氏体铁 素体 板 条 中间 不 是 析 出碳 化 物 而是残 余 奥 氏体 薄 膜 , 这 种 钢 的 亚 纳 米超 细 贝 氏 体 和少量 马 氏体 、 残余 奥 氏体 组 织 结 构决 定 了其超 高