【正文】 組織的連續(xù)性，從而影響性能，適當(dāng)?shù)目刂茒A雜物的顆粒度大小，可以對對材料的性能起到積極地作用。如圖 所示，從圖中看以看出 非金屬夾雜物鑲嵌在貝氏體中組織中，夾雜物長約 4um，高 3um，像一個(gè)小島鑲嵌在貝氏體組織中。 圖 SM570H橫向上邊部 圖 SM570 橫向中間 從圖中可以看 出， SM570H 中分布著粗大的塊狀或針狀鐵素體，在這些粗大的塊狀或針狀鐵素體內(nèi)（圖 ）或者晶界上（圖 ）分布著一些孤立的形態(tài)為粒狀或長條狀的小島。從電子顯微鏡下可以看出，這些鐵素體板條大致平行，相鄰板條間的取向差大約為 6176。 （ 3）光學(xué)顯微鏡下分析軋向與橫向的組織 （ 4）利用掃描電鏡分析夾雜物的成分，形態(tài)與分布 實(shí)驗(yàn)步驟 （ 1）制備試樣 首先把 Q550D， SM570H（各兩個(gè)）鋼線切割成 1210mm的條形試樣，通過砂紙把軋向和橫向上打磨光滑，然后在拋光機(jī)上拋光，并用 4%的硝酸酒精溶液 侵蝕。這種包含亞晶粒的混合組織可以使強(qiáng)度增大。 低碳貝氏體鋼終軋溫度的控制 控制材料的終軋溫度對材料的性能有這重要的意義，試驗(yàn)證明在終軋溫度為1000℃ 以下時(shí)能夠明顯改善材料的晶粒度 [37]，從而改善貝氏體鋼的性能 。粗大的奧氏體晶粒通過反復(fù)發(fā)生再結(jié)晶而細(xì)化。高溫變形后的冷卻過程中， Nb 原子在晶界的偏聚會極大的阻礙新相在晶界處形核，從而使先共析鐵北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 素體生成區(qū)明顯右移，保證了這類鋼能在很寬的冷速范圍內(nèi)得到均勻的貝氏體組織。研究還表明，在普通的低合金鋼中加入銅可以改善熔合線和熱影響區(qū)的韌性 [35]。研究表明，銅作為合金元素可以在適當(dāng)保持深沖壓性能的前提下使鋼明顯強(qiáng)化，另一方面，銅可以提高鋼的抗腐蝕性能。同時(shí)一部分碳原子將與加入的微量Nb、 Ti作用析出微合金碳化物，在高溫變形階段抑制再結(jié)晶 [32]。 鋼中各種元素的作用 從而在較寬的冷卻范圍內(nèi)都能形成完全的貝氏體組織。 此外，在易于交滑移的金屬中，應(yīng)變量超過一定的程度后，位錯(cuò)將排列成三維亞結(jié)構(gòu) [30]。 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 一般的置換式固溶強(qiáng)化效果都很弱（ P 除外），添 加 1%的合金元素僅得到數(shù)十兆帕的強(qiáng)度增量，而且隨著添加量的增加，強(qiáng)化效果還要減弱。 析出相的部位、形狀對強(qiáng)度都有影響，一般規(guī)律是：析出顆粒分布在整個(gè)基體上比晶界析出的強(qiáng)化效果好；顆粒呈球狀比片狀的強(qiáng)化效果好，因?yàn)榍驙铑w粒對于任何原子面上運(yùn)動的位錯(cuò)都有相同的阻力 固溶強(qiáng)化 純金屬一旦加入合金組元變?yōu)楣倘荏w，其強(qiáng)度、硬度將升高而塑性降低，這一現(xiàn)象就是固溶強(qiáng)化。鋼鐵材料從傳統(tǒng)晶粒尺寸（ 10 微米或稍高）細(xì)化到 1 微米，強(qiáng)度將提高一倍。晶界兩邊的晶粒取向不同，一個(gè)晶粒中的滑移帶難以穿越晶界傳播到相鄰的晶粒中去。影響鋼鐵材料強(qiáng)度和韌性的主要原因是基本組織微觀缺陷，它包括晶粒間界面、沉淀粒子、位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)等。雖亦在其中觀察到兩種變體的碳化物，它的存在現(xiàn)尚難定論。偶爾在上、下貝氏體鐵素體中見到孿北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 晶，經(jīng)分析證實(shí)，并非為相變孿晶。碳化物在鐵素體之間析出，碳化物的析出方向與貝氏體鐵素體板條束方向平行。在光鏡下，通?？梢杂^察到上貝氏體中的鐵素體條，但不能鑒別條間析出的碳化物。60 夾角 176。一般而言，貝氏體由鐵素體和滲碳體兩相構(gòu)成。 由于在貝氏體相變這個(gè)問題上，國內(nèi)和國外的貝氏體研究專家有很大的分歧，特變是關(guān)于貝氏體的相變原理，表面浮凸等，所以關(guān)于貝氏體的定義不同學(xué)派的學(xué)者有各自不同的定義。 (2)加強(qiáng)控軋控冷低碳貝氏體鋼的研制從低碳貝氏體鋼的發(fā)展趨勢來看，開發(fā)研制控軋控冷貝氏體鋼是十分必要的。到 年實(shí)現(xiàn)板帶比達(dá) 85%，最終形成以自主知識產(chǎn)權(quán)為主導(dǎo)的板帶品種研發(fā)基地。低碳貝氏體耐磨鋼球從表面到心部都具有高硬度、高韌性、低破碎率，且工藝簡單，低成本，生產(chǎn)效率高。 空冷貝氏體鋼屬于非調(diào)質(zhì)鋼中的一類。 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)三段控制工藝并配合相北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 應(yīng)的壓下率，舞鋼試制成功了低碳貝氏體鋼 WDB6 DB690 及 WH70[19]。此外北京科技大學(xué)的賀信萊，楊善武，王學(xué)敏等 [13]人在低碳貝氏體鋼的理論與實(shí)際應(yīng)用方面也有著很好的業(yè)績。 武鋼在 1999年開始試制板厚為 12mm30mm，抗拉強(qiáng)度為 590Mpa， 685Mpa 級別的低碳貝氏體結(jié)構(gòu)鋼，濟(jì)鋼開發(fā)了一種新型的貝氏體高強(qiáng)鋼（ C2Si2Mn2Cr 系），其特點(diǎn)是不加入昂貴的 N、 Mo、 B。 DeArDo[6]開發(fā)出 ULCB100 型超低碳貝氏體中厚鋼板（含碳量低于%），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。 等 [3]在設(shè)計(jì)高強(qiáng)度貝氏體鋼的研究中，設(shè)計(jì)了 和 兩種鋼成分。 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 1文獻(xiàn)綜述 國內(nèi)外低碳貝氏體鋼的研究現(xiàn)狀 國外低碳貝氏體鋼的研究現(xiàn)狀 低碳貝氏體鋼是一類高強(qiáng)度、高韌性、焊接性能優(yōu)良的新一代鋼種，是化學(xué)冶金及物理冶金最新研究成果相結(jié)合的產(chǎn)物。 低碳貝氏體鋼是近 20 年來發(fā)展起來的具有高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)良的焊接性能的新鋼系，被譽(yù)為 21 世紀(jì)環(huán)保綠色鋼種，目前己成為與傳統(tǒng)的鐵素體－珠光體鋼、馬氏體淬火回火鋼并列 的一大新鋼種。 通過掃描電鏡圖，可以觀察到在兩種鋼中都含有非金屬夾雜物，這些非金屬夾雜物大多都分布在奧氏體晶界處，主要是一些復(fù)雜的鈣鋁酸鹽和硫化物，其導(dǎo)致組織的不均勻，從而使得鋼的性能出現(xiàn)不均勻，除了鈣鋁酸鹽和硫化物之外，組織中也有一些細(xì)小的顆粒，這些顆粒主要是合金元素通過過飽和固溶體的時(shí)效處理而沉淀出來，從而提高鋼的強(qiáng)度。而 SM570D 的組織屬于粒狀貝氏體組織，在板條狀的鐵素體基體上彌散分布著由殘余奧氏體和馬氏體組成的小島（也稱 M/A島），從微觀組織上觀察， SM570H 的組織 比 Q550D 更為細(xì)小。鋼鐵材料作為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料，是創(chuàng)造現(xiàn)代文明的基礎(chǔ)材料，足夠數(shù)量的優(yōu)質(zhì)鋼鐵是各國實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的必要條件，因而，開發(fā)新一代鋼鐵材料己經(jīng)引起了世界各國的高度重視，研究新一代鋼鐵材料己是當(dāng)今國際上科技發(fā)展的重要方向之一。兩種鋼均是低碳貝氏體鋼。日本新日鐵公司在貝氏體非調(diào)質(zhì)鋼的研發(fā)中多添加微合金化元素，這類鋼在很寬的冷卻范圍內(nèi)都可以獲得貝氏體組織，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。 McEvily 于 1967 年研制出采用 Mn、 Mo、 Ni、 Nb 合金化的 ULCB 鋼，經(jīng)北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 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。 國內(nèi)低碳貝氏體鋼的研究現(xiàn)狀 我國低碳貝氏體鋼的控軋控冷研究與應(yīng)用相對較晚，目前我國鞍鋼、武鋼、舞鋼、濟(jì)鋼和寶鋼等企業(yè)均生產(chǎn)過不同級別的低碳貝氏體鋼板。 山東工業(yè)大學(xué)李風(fēng)照等 [12]根據(jù)貝氏體相變原理，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)貝氏體或高級貝氏體體鋼。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。汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的日本，其非調(diào)質(zhì)鋼發(fā)展最為活躍，川崎制鐵開發(fā)出具有耐大氣腐蝕性的非調(diào)質(zhì)低碳貝氏體型中厚鋼板。目前使用的各種材料不僅成本北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 高，而且由于硬度高、韌性差而使破碎率高?！逗?―十一五 ‖鋼材品種生產(chǎn)及 科技發(fā)展規(guī)劃》指出邯鋼中長期鋼材品種的發(fā)展方向和目標(biāo) :到 20xx 年板帶比由 50%提升至 80%，板帶材以建筑、造船、工程機(jī)械用熱軋中厚鋼板和板卷，汽車、家電、集裝箱用薄板系列為主體的品種結(jié)構(gòu) 。低碳貝氏體鋼在模具用鋼、耐磨耐沖擊鋼、工程構(gòu)件用鋼等領(lǐng)域的開發(fā)研究將進(jìn)一步深入，同時(shí)研究開發(fā)低碳貝氏體鋼在彈簧、建筑用高強(qiáng)度鋼筋、齒輪、標(biāo)準(zhǔn)件等方面的使用。 盡管于 1934 年， Bain 實(shí)驗(yàn)室工作人員為紀(jì)念 Bain，已經(jīng)提出了貝氏體這個(gè)術(shù)語，但隨后的一段時(shí)間， Bain 及其同事 [23]，通常仍謹(jǐn)慎地將這種 組織稱之為未命名北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 的、易侵蝕的、在某種程度上與馬氏體像是的針狀聚合物。 由于貝氏體的形成溫度范圍寬，鋼的化學(xué)成分對組織的形態(tài)影響復(fù)雜，使得貝氏體組織形態(tài)多樣化。 無碳化物貝氏體 無 θ析出 BⅠ ， BⅡ ， BⅢ 鐵素體形態(tài) 塊狀貝氏體 柱狀貝氏體 粒狀貝氏體 羽毛狀貝氏體 與上貝氏體對應(yīng) 針狀貝氏體 合金成分 低碳貝氏體 中碳貝氏體 高碳貝氏體 成分、形態(tài)及碳化物分布綜合信息 上貝氏體 羽毛狀 中高碳合金 下貝氏體 片狀 中高碳合金 低碳貝氏體 板條束狀 θ在 α板條之間 成分、形態(tài)及碳化物分布綜合信息 低碳下貝氏體 板條束狀 θ 與 α長軸呈 55176。上貝氏體通常發(fā)生于貝氏體轉(zhuǎn)變的高溫區(qū)內(nèi)，典型的上貝氏體為兩 相組織，是由成束近似平行排列的板條鐵素體和夾在條間析出的斷續(xù)的碳化物構(gòu)成的非層狀組合體。上述板條狀鐵素體呈長條狀。 圖 典型的下貝氏體組織 (2)下貝氏體鐵素體具有位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，即使它的形成溫度低于 Ms點(diǎn)，仍然維 持這種亞結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)密度隨等溫形成溫度降低而增高 。至今的理論分 析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，下貝氏體鐵素體的亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，不存在相變孿晶 。 低碳貝氏體鋼的強(qiáng)化機(jī)制 強(qiáng)度和韌性是鋼鐵材料最常用的兩大性能。 細(xì)晶強(qiáng)化 晶界是位錯(cuò)運(yùn)動的最大障礙之一。鋼鐵材料晶粒細(xì)化到微米或亞微米級范圍內(nèi)，強(qiáng)度和晶粒度仍然服從 HallPetch 公式。第二相析出的必要條件是固溶體的溶解度隨溫度 的降低而減少，使第二相隨溫度的降低自加熱后得到的過飽和固溶體中析出。因此微合金鋼中盡量避免采用間隙式固溶強(qiáng)化方法。其它因素固定時(shí)，金屬的流變應(yīng)力 τ（宏觀的意義是單晶體開始滑移所需的應(yīng)力，或多晶體開始塑變的應(yīng)力）和位錯(cuò)密度 ρ之間的關(guān)系服從 Baily—Hirsch式 [29]： 12Gb?? ? ? ??? ? ?? () 式中： ?? 是位錯(cuò)交互作用以外的因素對位錯(cuò)滑移的阻力， G 是切變模量， b 是柏氏矢量， a 是常數(shù)。 低碳 貝氏體 鋼在成份設(shè)計(jì)上選擇 C、 Mn、 Nb、 Mo、 Cr、 B、 Ti的最佳配合。 3．必要的碳含量主要起固溶強(qiáng)化的作用。有資料顯示，面心立方 εCu 從 αFe 中析出可使鋼材強(qiáng)化，在高強(qiáng)度鋼中加入 %Cu，可使抗拉強(qiáng)度水平明顯高于 700MPa。盡管銅增大了熱裂傾向，只要保證高溫時(shí)的變形低于由鋼成份所決定的臨界值，含銅鋼可以進(jìn)行焊接而無熱裂危險(xiǎn)。 Nb、 Ti 在低碳貝氏體鋼中的作用 微量 Nb、 Ti 與碳、氮會形成 Nb、 Ti(C、 N)類析出物，在熱變形后，這類化合物在奧氏體中會通過應(yīng)變誘導(dǎo)在位錯(cuò)線上析出，從而明顯的阻礙變形后再結(jié)晶晶界的運(yùn)動，使 Nb 的低碳貝氏體鋼再結(jié)晶停止溫度升高到 950℃ 以上。 Ⅰ 階段：奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)變形。在冷卻過程中，變形奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，但由于第二相鐵素體的存在，相變鐵素體的長大受到阻礙，獲得的晶粒尺寸較小。通過軋制后的加速冷卻，可以使未相變的 γ 晶粒發(fā)生相變，生成微細(xì)的多邊形鐵素體晶粒，且內(nèi)部還可能包含亞晶粒。 取樣說明 （ 1）取樣說明 Q550D 試樣： 101015， 2 個(gè) SM570H 試樣： 101015， 2 個(gè) （ 2）本實(shí)驗(yàn)所用的原料是由國內(nèi)某鋼廠生產(chǎn)的 Q550D， SM570H 兩種鋼的強(qiáng)度均在 550MPa 以上。由圖 ，自奧氏體晶界開始，向晶內(nèi)伸展成北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 束狀的、大致平行的鐵素體板條，條間滲碳體不易辨認(rèn)，從整體看呈羽毛狀。 3） SM570H 橫向組織分析：如圖 、 分別為 SM570H 橫向邊部、橫向中間在 400 倍下光學(xué)顯微組織圖。 非夾雜物形貌分析 1)Q550D 中的夾雜物分析：鋼中非金屬夾雜物主要來自鋼的冶煉和澆注過程，主要是硫化物，氧化物，硅酸鹽，氮化物等。這表明 SM570H中含有較多的微量元素，包括 Al、 Ti、 Mg、 Ca 等。然而碳化物如果太多的話，會明顯降低貝氏體鋼的塑性，所以綜合考慮，貝氏體鋼中的碳化物分布不易過多，而且盡量 彌散分布。 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34