贝氏体

贝氏体

30年代初美国人E．C．Bain等发现

低合金钢在中温等温下可获得一种高温

转变及低温转变相异的组织后被人们称为贝氏体。

该组织具有较高的强韧性配合。在硬度相同的情况下贝氏体组织的耐磨性明显优于马氏体，因此在钢铁材料中基体组织获得贝氏体是人们追求的目标。

贝氏体等温淬火：是将钢件奥氏体化，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260～400℃）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺，有时也叫等温淬火。一般保温时间为30～60min。

贝氏体;贝茵体;bainite

又称贝茵体。钢中相形态之一。钢过冷奥氏体的中温(350～550℃)转变产物，α-Fe和Fe3C 的复相组织。贝氏体转变温度介于珠光体转变与马氏体转变之间。在贝氏体转变温度偏高区域转变产物叫上贝氏体(up bai-nite)，其外观形貌似羽毛状，也称羽毛状贝氏体。冲击韧性较差，生产上应力求避免。在贝氏体转变温度下端偏低温度区域转变产物叫下贝氏体。其冲击韧性较好。为提高韧性，生产上应通过热处理控制获得下贝氏体。

超低碳贝氏体（ULCB）钢的研究进展

中国钢铁新闻网2007年9月12日报道众所周知，具有低的C含量的贝氏体钢可以获得优良的强韧综合性能，主要原因是极低的C含量能降低或消除了贝氏铁素基体中的渗C体，因此钢的韧性能得到进一步的改善。为了保证贝氏体转变的淬透性良好，而马氏体转变的淬透性相对较低，应该适量添加其它合金元素。大量的研究推进了这种认识，并导致了所谓的ULCB钢的发展。该类钢具有优良的韧性，强度和焊接等综合性能，并已经应用于极地和海底环境的高强管线。

ULCB钢起源于“强可焊性钢”，在瑞典的实验室得到发展。最初这类钢的典型成分是0.10～0.16C，0.6Mn，0.4Si，0.35～0.60Mo和0.0013～0.0035B(%)。少量的Mo和B抑制了多边形铁素体的形成，但对贝氏体转变动力学有一定的影响。结果对“强可焊性钢”来说在较宽的冷速范围内可获得完全贝氏体组织。1957年Irvine

和Pickering的研究表明，这些钢的强度与其奥氏体转变成贝氏体的温度是相关联的，而且可以通过添加合金元素来阻止贝氏体的转变开始温度得到控制。研究还表

明这些低C贝氏体钢可得到600～1200N/mm的抗拉强度，或是450～900N/mm的屈服应力。然而这类钢的主要缺点在焊接后体现出来了。因为它们的C含量太高，焊后部分热影响区变成了一种脆性组织。这些钢的进一步发展依赖于获得较低C含量的钢产品的技术进展。

Mcevity等人发表了研究ULCB钢的第一篇报道，他的研究表明一种成分为

003C-0.7Mn-3Ni-3Mo-0.3Si-0.05Nb(%)的钢具有显著的综合性能，其屈服强度可达到700N/mm和具有-75℃韧脆转变温度的优良韧性，因为其成分中加入了昂贵的合金元素，所以很难用于做商业开发。第一个被用于商业性的ULCB钢仅加入了3～4Mn(%)，并且具有理想的性能。Blom的研究表明，成分为0.03C-4.5Mn-0.1Nb(%)轧制状态的钢可得到屈服应力730N/mm，且具有比-40℃更低的脆性转变温度。其后在Climax钼公司的Cryderman等人开发了添加Mo元素的低Mn钢。这些钢称之为Climax钢，在全世界得到了广泛的应用。其典型成分为

0.04C-2.0Mn-0.4Mo-0.05Nb(%)，通常在控轧状态下添加了少量的Ni、Ti和B。由Nippon钢公司最近开发的控轧ULCB钢采用了B、Ti、N微合金化，它们的基本成分为0.01-0.03C、1.5-2.0Mn、0.04Nb、0.015Ti和

0.001B(%)。这些钢已投入实际应用，并由Nippon钢公司作为ULCB钢将其市场化。因为其优良的强韧性和焊接性能，这类钢已引起更多的关注。

ULCB钢的组织形态

典型的ULCB钢贝氏体晶粒是由具有细小亚结构的

贝氏铁素体组成的，上面均匀分布着少量的富C二次相。这些二次相处于贝氏铁素体板条束中，基本上都是由M/A 组元组成。由于束状结构内贝氏铁素体亚结构的边界是小角度晶界，在光学显微镜下几乎或根本看不到到铁素体边界。因此其光学组织形貌特征是二次相粒子散布在单个的铁素体晶粒内。但是，事实上，这些二次相是由位向基本一致的铁素体晶粒之间的残余奥氏体和马氏体组成的。低倍光学显微镜下，ULCB钢组织的显著特征是原始奥氏体晶界沿轧制方向平行排列，呈直线条纹状，这是因为精轧保留了最终未再结晶奥氏体的扁平形状。

为了改善ULCB钢的韧性，原始奥氏体晶粒细小化是很重要的，因为贝氏铁素体断裂的有效晶粒尺寸受到奥氏体晶粒尺寸的显著影响。最新发展的控轧工艺对细化奥氏体晶粒尺寸和进一步改善低温韧性有明显的影响。这些采用Nb、Ti和B微合金化的控轧ULCB钢具有典型的超低C含量(范围从0.01%～0.03%)，TiN和NbC被认

为是这些钢的基本组成，它们在控制轧制的操作过程中对阻碍奥氏体晶粒的长大起着重要的作用。

合金元素的作用

C含量控制到0.01%～0.03%保证了ULCB钢的成功开发。低的C含量应该能够确保不会由于贝氏体相变不完全而形成马氏体的前提下，又足以与微合金元素Nb发生反应形成NbC。有研究表明，由于C含量降低造成的马氏体体积分数的减少而改善了钢材的韧性，而不会造成强度大的损失。然而，应该注意到C含量不应当低于

0.01%，否则将形不成足够的NbC，致使韧性恶化。

由于C含量的大幅降低，最新开发的ULCB钢都采用了Nb、Ti和B复合微合金化。研究表明，单独加入B时，通常会在轧后奥氏体晶界沉淀析出Fe23(CB)6，从而显著降低B的强化效果，造成γ→α的转变不能得到有效抑制，因此钢中加入Nb来阻止Fe23(CB)6的形成，因为Nb更易与C结合，随着溶解的Nb含量的增加，形成贝氏体的倾向也大大增加了。Nb的适量溶解可以稳定奥氏体并表现出和B复合添加促进贝氏体转变的效果。

Nb和B的联合作用机理可以这样描述：首先，Nb

可以有效地阻碍变形γ的再结晶，如此通过阻止由于再