发明人
侯华兴;谭佃龙;王道远;张万山;郭晓波;;张鹏远;沙孝春;刘仁东;赵林;;丛津功
地址
114001辽宁省鞍山市铁东区南胜利路31号
概述
本发明公开了一种超低碳贝氏体钢及其生产方法，其化学成分含量(Wt％)为：C0.01％～0.05％，Si0.05％～0.5％，Mn1.0％～2.2％，Nb0.015％～0.070％，Ti0.005％～0.03％，B0.0005％～0.005％，Al0.015％～0.07％，Mo0.0％～0.5％，Cu0.0％～1.8％，Ni0.0％～1.0％，Cr0.0％～0.70％。其余为Fe及不可避免的杂质元素，采用合理的控轧控冷生产工艺，从而实现不同强度级别的超低碳贝氏体钢；该钢种韧脆转变温度在-80℃以下，冷弯成型性能优良，工艺简单、成本低，强度系列化。可以广泛应用于工程机械、采挖机械、重型汽车、管线、容器、舟桥、船舶、集装箱及海洋设施等领域。
要害点
1.一种超低碳贝氏体钢，其特征在于：合金成分以Mn、Mo、Cu、Nb、Ti、B为主，以Cr、Ni、Al为辅，其含量(Wt％)为：C0.01％～0.05％，Si0.05％～0.5％，Mn1.0％～2.2％，Nb0.015％～0.070％，Ti0.005％～0.03％，B0.0005％～0.005％，Al0.015％～0.07％，Mo0.0％～0.5％，Cu0.0％～1.8％，Ni0.0％～1.0％，Cr0.0％～0.70％。其余为Fe及不可避免的杂质元素。 
低碳贝氏体钢的研究现状与发展前景
陈忠伟1，张玉柱2，杨林浩2
(1????? 西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安710072；2　邯郸钢铁集团公司技术中心，邯郸0560.5)
摘? 要：综述了低碳贝氏体钢的国内外研究现状，指出低碳贝氏体钢性能优良且成本低廉。并结合低碳贝氏体钢的市场需求和邯钢品种钢的研发方向，展望了低碳贝氏体钢的发展前景，提出低碳贝氏体钢产品品种的开发及其控轧控冷工艺的研制是其研究方向。
关键词：低碳贝氏体钢　贝氏体组织　控轧控冷
　? 工程机械制造、架设桥梁、造船、车辆制造、航空等领域广泛地使用着各种规格的钢板。由于服役条件及焊接工艺的限制，这类用途的钢板不仅要求材料具有足够的强度和塑性，而且还要求具备一定的低温韧性和优良的焊接性能，以适应野外作业和制造工艺的要求[1]。坚持科学的发展观，从资源和成本核算考虑，用户普遍要求使用高性能、低成本的金属材料。低碳贝氏体钢正是为满足这一需求而研发的，已广泛应用于桥梁、建筑、车辆、水轮机壳体、舰船、飞机构件及其它紧固件、轴类件等方面，超高强度的低碳贝氏体钢还将满足这些构件的减重要求。
20世纪20年代末，Robertson首次在钢中发现后来被命名为贝氏体的中温转变产物[2]。后来研究人员又进一步发现了上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、无碳化物贝氏体、柱状贝氏体、反常贝氏体、块状贝氏体、低碳低合金贝氏体、准贝氏体等组织形态，形成了比较完整的贝氏体相变理论。近几十年来，贝氏体理论的应用研究取得了重大进展，贝氏体钢的研究开发已经引起学术界和工程界的高度重视，在工业生产中也得到了广泛应用。
1　低碳贝氏体钢
低碳贝氏体钢是以钼钢或钼硼钢为基础，同时加入锰、铬、镍以及其他微合金化元素(铌、钛、钒)，从而开发出一系列低碳贝氏体钢种。这类钢的含碳量多数控制在0.16%以下，最多不应超过0.120%[3]。由于低碳贝氏体组织钢比相同含碳量的铁素体-珠光体钢具有更高的强度，因此，低碳贝氏体钢种的研发将成为发展屈服强度为450～800MPa级别钢种的主要途径。低碳贝氏体钢中主要添加的合金元素及其作用如下[3，4]:
(1)碳元素是强间隙固溶强化元素，可提高强度，但不能依靠其提高强度。尽量降低含碳量，即保持一定的韧性，也为了获得良好的焊接性。
(2)钼元素能够使钢在空冷条件下获得贝氏体组织。钼元素使钢的奥氏体等温转变曲线中的铁素体析出出现明显右移，但并不明显推移贝氏体转变，所以过冷奥氏体得以直接向贝氏体转变，而在此前没有或者只有部分先共析铁素体析出，这样也就不再发生珠光体转变，如图1所示。
(3)利用微量硼元素，使钢的淬透性明显增加。钼硼复合作用使过冷奥氏体向铁素体的等温转变曲线进一步右移，使贝氏体转变开始线明显突出。为了在空冷条件下得到全部低碳贝氏体组织，钼硼复合作用十分有效，如图1所示。
(4) 硅元素是固溶强化元素，使贝氏体转变发生在更低的温度，并使贝氏体转变C 曲线右移。
(5) 加入其它能够增大钢过冷能力的元素，如锰、铬、镍等，以进一步增大钢的淬透性，促使贝氏体转变发生在更低的温度，目的是获得下贝氏体组织，增加其强度。
(6) 加入强碳化物形成元素，即微合金化，以保证进一步细化晶粒。同时，微合金化也可以产生沉淀强化效果。
图1　低碳贝氏体钢的过冷奥氏体等温转变动力学曲线示意图
奥氏体化的钢过冷到Bs (约550 ℃) 至Ms 温度范围等温，将产生贝氏体转变，也称中温转变。它是介于扩散性珠光体转变和非扩散性马氏体转变之间的一种中间转变[5 ] 。在贝氏体转变区域没有铁原子的扩散，而是依靠切变进行奥氏体向铁素体的点阵重构，并通过碳原子的扩散进行碳化物的沉淀析出。一般贝氏体转变会形成3 种贝氏体组织:上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体。上贝氏体的形成温度较高，呈羽毛状，性能较差;下贝氏体的形成温度低，其中铁素体片较细，且是位错亚结构，碳化物的弥散度也大，呈针状，性能优良;粒状贝氏体的形成温度最高，是由块状铁素体和岛状的富碳奥氏体所组成，性能优良。
如图1所示，由不同冷却速率下的低碳贝氏体钢的过冷奥氏体等温转变动力学曲线示意图可知，对于钼钢，V1将发生铁素体转变，V2发生上贝氏体转变，V3发生下贝氏体转变。而对于钼硼钢，其过冷奥氏体等温转变动力学曲线明显右移，表明在较低的冷却速率下可发生贝氏体转变。所以，低碳贝氏体钢必须控制轧制与控制冷却工艺，特别是严格地控制冷却工艺，才能得到细小的贝氏体组织，以保证获得优良性能。
2　低碳贝氏体钢国际研究现状
国外学者根据贝氏体相变理论对贝氏体钢进行了大量的研究，设计了不同成分的钢种和生产工艺，形成了不同系列的贝氏体钢，大大推动了贝氏体钢的发展及其应用。
20世纪50年代，max.book118.comering等[6]发明了Mo2B系空冷贝氏体钢。Mo与B的结合可以使钢在相当宽的连续冷却速度范围内获得贝氏体组织。由于生产成本较高，因此该钢种的发展受到一定限制。
日本东京钢公司[7]研制了低碳含V贝氏体非调质钢，该钢锻后空冷得到以贝氏体为主及少量铁素体和珠光体的显微组织，其抗拉强度达到800～1000MPa，室温冲击韧性为50J/cm2，而-40℃冲击韧性仍高达40J/cm2。日本新日铁公司在贝氏体非调质钢的研究开发中多添加微合金化元素，这类钢在很宽的冷却速度范围内都可获得贝氏体组织，并可获得更好的低温性能，适合于强度高、韧性好的汽车行走系部件。
max.book118.comllelo等[8]在设计高强度贝氏体钢的研究中，设计了Fe20.2C22Si23Mn和Fe20.4C22Si24Ni两种钢成分。研究发现，Fe20.2C22Si23Mn贝氏体钢表现出良好的断裂韧性，强度可以达到1375～1440MPa;而增加碳含量，即Fe20.4C22Si24Ni成分
超低碳贝氏体钢.doc