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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710072；2 邯鄲鋼鐵集團(tuán)公司技術(shù)中心，邯鄲056000)
2 低碳貝氏體鋼國(guó)際研究現(xiàn)狀
國(guó)外學(xué)者根據(jù)貝氏體相變理論對(duì)貝氏體鋼進(jìn)行了大量的研究，設(shè)計(jì)了不同成分的鋼種和生產(chǎn)工藝，形成了不同系列的貝氏體鋼，大大推動(dòng)了貝氏體鋼的發(fā)展及其應(yīng)用。
20世紀(jì)50年代，英國(guó)人P.B.Pickering等發(fā)明了Mo2B系空冷貝氏體鋼。Mo與B的結(jié)合可以使鋼在相當(dāng)寬的連續(xù)冷卻速度范圍內(nèi)獲得貝氏體組織。由于生產(chǎn)成本較高，因此該鋼種的發(fā)展受到一定限制。
日本東京鋼公司研制了低碳含V貝氏體非調(diào)質(zhì)鋼，該鋼鍛后空冷得到以貝氏體為主及少量鐵素體和珠光體的顯微組織，其抗拉強(qiáng)度達(dá)到800～1000MPa，室溫沖擊韌性為50J/cm2，而-40℃沖擊韌性仍高達(dá)40J/cm2。日本新日鐵公司在貝氏體非調(diào)質(zhì)鋼的研究開發(fā)中多添加微合金化元素，這類鋼在很寬的冷卻速度范圍內(nèi)都可獲得貝氏體組織，并可獲得更好的低溫性能，適合于強(qiáng)度高、韌性好的汽車行走系部件。
F.G.Caballelo等在設(shè)計(jì)高強(qiáng)度貝氏體鋼的研究中，設(shè)計(jì)了Fe20.2C22Si23Mn和Fe20.4C22Si24Ni兩種鋼成分。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e20.2C22Si23Mn貝氏體鋼表現(xiàn)出良好的斷裂韌性，強(qiáng)度可以達(dá)到1375～1440MPa;而增加碳含量，即Fe20.4C22Si24Ni成分的貝氏體鋼強(qiáng)度可達(dá)1500～1840MPa，其斷裂韌性稍低，但仍然要高于高強(qiáng)度馬氏體鋼。這兩種鋼均需回火處理。美國(guó)聯(lián)邦鐵路管理局與Tuskegee大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的低碳貝氏體鋼軌鋼，其極限強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率分別為1500MPa、1100MPa和13%，比相同條件下的珠光體鋼性能要高，且具有良好的斷裂韌性(KIc=150MPa•m1/2)，其值是相同條件下珠光體鋼斷裂韌性的115倍。
低碳微合金化控軋控冷貝氏體鋼研制成功后，受到工程界的注意，逐步得以推廣應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上發(fā)展了超低碳的控軋控冷貝氏體鋼(ULCB鋼，含碳量小于0.05%)。McEvily于1967年研制出采用Mn、Mo、Ni、Nb合金化的ULCB鋼，經(jīng)熱機(jī)械控制(TMCP)處理后，屈服強(qiáng)度達(dá)到700MPa，且具有良好的低溫韌性和焊接性能。日本鋼鐵公司研制了X70和X80超低碳控軋貝氏體鋼，其屈服強(qiáng)度高于500MPa，脆性轉(zhuǎn)變溫度(FATT)小于-80℃，它既可以作為低溫管線鋼，也可作為艦艇系列用鋼。DeArDo等開發(fā)出ULCB2100型超低碳貝氏體中厚鋼板(含碳量低于0.03%)，通過控軋控冷處理和高度合金化實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化與位錯(cuò)強(qiáng)化的綜合作用。該鋼種以80%累積變形量進(jìn)行精軋并隨后空冷，其屈服強(qiáng)度可高達(dá)700MPa，且FATT可提高到-50℃。巴西學(xué)者通過模擬高強(qiáng)低合金貝氏體鋼的控軋控冷工藝過程，研究了控軋控冷工藝參數(shù)對(duì)其微觀組織和力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)軋制后冷卻速率與終軋溫度是主要的控制工藝參數(shù)。波蘭學(xué)者研究了在熱軋、淬火及回火加工條件下超低碳貝氏體鋼的微觀組織與力學(xué)性能，研究表明，可以獲得屈服強(qiáng)度大于650MPa、低溫沖擊性能為200J(213K)的應(yīng)用于造船、海上石油鉆采平臺(tái)、壓力容器及高性能結(jié)構(gòu)部件的超低碳貝氏體鋼板。
近代工業(yè)發(fā)展對(duì)熱軋非調(diào)質(zhì)鋼板的性能要求越來越高，除了具有高強(qiáng)度外，還要具有良好的韌性、焊接性能及低的冷脆性。目前世界上許多國(guó)家都利用(超)低碳的控軋控冷貝氏體鋼生產(chǎn)高寒地區(qū)使用的輸油、輸氣管道用鋼板、低碳含鈮的低合金高強(qiáng)度鋼板、高韌性鋼板，以及造船板、橋梁鋼板、壓力容器用鋼板等。
3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度鋼的發(fā)展大約比國(guó)外落后數(shù)十年，目前我國(guó)鞍鋼、武鋼、舞鋼、濟(jì)鋼和寶鋼等企業(yè)均生產(chǎn)過低碳貝氏體鋼板。總體上講，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)基本上是跟蹤國(guó)外的技術(shù)，采用與國(guó)外類似的合金化體系，技術(shù)上主要采用微合金化和控軋控冷技術(shù)。清華大學(xué)方鴻生等在研究中發(fā)現(xiàn)，Mn在一定含量時(shí)，可使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線上存在明顯的上、下C曲線分離，發(fā)明了Mn2B系空冷貝氏體鋼。他突破了空冷貝氏體鋼必須加入Mo、W的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，研制出中高碳、中碳、中低碳、低碳Mn2B系列貝氏體鋼。
西北工業(yè)大學(xué)康沫狂等通過多年的研究提出了由貝氏體鐵素體(即低碳馬氏體)和殘余奧氏體組成的準(zhǔn)(非典型或無碳化物)貝氏體，并成功研制了系列準(zhǔn)貝氏體鋼。與一般結(jié)構(gòu)鋼相比，新型準(zhǔn)貝氏體鋼具有更好的強(qiáng)韌性配合，其力學(xué)性能超過了典型貝氏體鋼、調(diào)質(zhì)鋼和超高強(qiáng)度鋼。
山東工業(yè)大學(xué)李風(fēng)照等根據(jù)貝氏體相變?cè)?，通過合理控制成分和優(yōu)化冷卻制度，并運(yùn)用細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化等主要強(qiáng)韌化機(jī)制及其迭加效應(yīng)，采用微合金變質(zhì)處理，開發(fā)了隱晶或細(xì)針狀貝氏體的高品質(zhì)貝氏體或高級(jí)貝氏體鋼。
我國(guó)低碳貝氏體鋼的控軋控冷研究和應(yīng)用相對(duì)較晚，在20世紀(jì)80年代初才開始這方面的工作。武鋼于1999年開始試制板厚12～30mm、抗拉強(qiáng)度達(dá)到590MPa、685MPa級(jí)別的低(超低)碳貝氏體結(jié)構(gòu)板，產(chǎn)品采用鐵水預(yù)脫硫、RH真空處理工藝降低C含量，增添Mo2B2V2Nb等合金元素，且需熱處理。濟(jì)鋼研制開發(fā)了一種新型的貝氏體高強(qiáng)鋼(C2Si2Mn2Cr系)，其特點(diǎn)是鋼中不加入昂貴的Ni、Mo、B等元素，而用少量普通元素V、Mn、Cr合金化，以低廉的合金成本代價(jià)就能使鋼板TMCP處理后空冷自硬，從而節(jié)約大量熱處理費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)難度。攀枝花鋼鐵公司與清華大學(xué)、二汽合作開發(fā)的貝氏體微合金非調(diào)質(zhì)鋼12Mn2VB代替45調(diào)質(zhì)鋼制造汽車前軸，效果良好。
寶鋼研究了Mn2Mo2Nb2B系超低碳貝氏體鋼的鋼坯加熱、控制軋制、控制冷卻、時(shí)效處理諸因素與鋼力學(xué)性能的關(guān)系，生產(chǎn)了620MPa、690MPa、780MPa等3個(gè)級(jí)別的鋼板。鞍鋼采用控軋控冷工藝試制了HQ590DB超低碳貝氏體鋼板。其終軋溫度為800～850℃，控制終冷溫度為590～630℃，獲得鐵素體和板條狀貝氏體組織，鋼板抗拉強(qiáng)度達(dá)650～690MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)490～590MPa，延伸率為20%，并具有良好的成形性能。
采用奧氏體再結(jié)晶、未再結(jié)晶、奧氏體與鐵素體兩相區(qū)三段控軋工藝并配合相應(yīng)的壓下率，舞鋼試制成功了低碳貝氏體鋼WDB620、DB690及WH70。
實(shí)踐證明，采用合金化與控軋控冷工藝技術(shù)是生產(chǎn)強(qiáng)度高、韌性好、可焊性優(yōu)良且成本低的貝氏體鋼板的最好辦法。國(guó)內(nèi)對(duì)低碳貝氏體鋼的研發(fā)大部分停留在試驗(yàn)研究階段，只有個(gè)別廠家成功生產(chǎn)出性能優(yōu)良、成本低廉的低碳貝氏體鋼板。
——本文摘自《中國(guó)金相分析網(wǎng)》
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