贝氏体钢的强韧化.pdf

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1、贝氏体钢的强韧化·913·方鸿生白秉哲刘东雨徐平光(清华大学材料科学与工程系教育部先进材料实验室北京100084)STRENGTHINGANDTOUGHINGoFBAINITICSTEELFangH0ngShengBai商ngzheLiuDongylIXuPin鲫lang(Depa九m虮tofMateriaIScienceandEngineering，LaboratoryofAdvancedMat鲥alsTsinghuaUnive商ty，Beijing100084，China)摘要自20世纪30

2、年代．De咖∞n和Bain发现并研究贝氏体组织以来，国内外一大批材料科学工作者致力于贝氏体组织及贝氏体相变理论的研究和贝氏体钢的开发利用。50年代出现了M。-B系贝氏体锕．70年代出现了MI、一B系贝氏体钢。作者在长期扶事贝氏体及贝氏体钢研究的工作积累的基础上，探讨了不同类型贝氏体组织对钢的强韧性的影响。l粒状贝氏体组织的强韧性作者的研究表明，在一定条件下，具有粒状皿氏体组织的钢可以具有优良的强韧性配台。研究表明，粒状贝氏体组织参量，“小岛”的形状、数量、尺寸和分布，是性能的决定因素。即：(1)

3、随小岛总量增加，小岛弦长及岛间距减小，强度增加；f2)随小岛总量减少，小岛弦长减小，岛间距增加，韧性提高；(3)在一定成分范围内，适当控制小岛数量及小岛尺寸．可以得到强韧性良好配台的力学性能。作者发明的低碳粒状贝氏体钢12Mn2vB经锻轧后空冷力学性能可达到：口o2≥5呻Ⅶ)a，一b≥800Ⅶ)a，如≥i4％，p≥40％，。h，≥50』／a，，2。经中温回火后，小岛组织分解，得到在铁索体基体上弥散分布有粒状碳化物的类似调质的组织，强韧性配合得以进一步提高，达到中碳钢调质件性能水平，do2≥500

4、MPa，6b≥700MPa，占5≥17％，乒≥45％，ⅡkII≥80J／廿n2。该钢锻轧后空冷+中温回火使用．可用作汽车前桥、连杆等嗣质件．以代替中碳或中碳台金调质钢。唐山贝氏体铜总厂利用该项贝氏体锵技术开发的卜Ⅱ。级粒状贝氏体高强度抽油杆用钢可代替20crM。调质钢，空冷性能可达到哪2≥750～850Ⅶ’a．吼≥900～1100ⅣⅡ)a，85≥12％，乒≥45％，％≥58J／cm2。2仿晶型铁蠢体／粒状贝氏体复相组织的强韧性铁素体是钢中常见的韧性相，故通过适当的台金化设计，在粒状贝氏体非调质钢

5、中引人晶粒细小的仿晶界型铁紊体，形成仿晶界型铁索体—瞄状贝氏体复相组织，以改善组织的韧性。在这种复相组织中，粒状贝氏体作为强化相，而断续分布的仿晶界型铁索体作为韧化相。在不具备炉外精炼、钢板控轧控玲及热处理的条件下，在济钢工业化生产线上热轧空玲，成功地生产出厚度为12tnrn、16mm、20mm等规格的低碳空冷仿晶界型铁紊体／粒状贝氏体钢中厚钢板。性能达到。b≥850MPa，do2≥550MPa，d5≥16％·一40℃的A。。大于27』。已在山东工程机械厂、沈阳鼓风机厂，济钢原料厂等多个单位试验

6、和使用，结果表明其强韧性高、耐磨性好、焊接性能优良，显示其在量太面广的工程机械中具有广阔的应用前景。仿晶界型铁索体力啦状贝氏体复相钢之所以具有良好的强韧性是由于在裂纹扩展过程中，相遇的仿晶界型铁素体发生塑性变形丽松弛裂纹尖端的三向应力集中．钝化裂纹尖端，阻滞裂坟扩展：3下贝氏体／马氏体复相组织的强韧性作者对经般后空冷可获得下贝氏体／马氏体复相组织的约O4％c的中碳Mn-B系贝氏体钢的研究结果表明，该钢经低温回火后其强韧性低于马氏体单一组织，但经440℃回火1h后在相同硬度下，其K《值比回火马氏体

7、组织的约高13MPa·mm，表现出较高的强韧性。这是由于空冷过程中在晶界上形成细小、部分连续的碳化物薄膜并有杂质元素s、P的偏聚。位错在碳化物薄膜前塞积，造成直力集中诱发裂纹，s、P等杂质元素的偏聚弱化界面结台，使脆性增加，使下照氏体的优越性发挥不出来，经中温回火后，晶界处的碳化物聚集、球化，使晶界处不易形成裂纹源，减少了沿晶断裂的起因。914·2001中国钢铁年套论文集4无碳化物贝氏体／马氏体复相组织的强韧性作者采用加人si抑制碳化物的形成，而使空砖后获得无碳化物贝氏体／马氏体复相组织。在成分

8、设计时，掭加适量cr进一步降低B。点，空玲后获得针状无碳化物呱氏体／马氏体复相组织，电镜观察表明在元碳化物贝氏体／马氏体复相组织中，在贝氏体和马氏体的界面存在残余奥氏体膜，在贝氏体片条间及构成片条的亚片条问、乃至构成亚片条的亚单元间还存在残余奥氏体膜。实验结果表明硅显著改善中碳，中低碳MIrB系贝氏体锕的强韧性。经250℃回火后．含Sj的04％pMn—B系贝氏体／马氏体复相钢的力学性能为：402：1533Ⅶ)a，％：20330．ⅥPa，d5：II2％，曲≥40％，KJc：73^田Pa·m他；含S