【正文】 然而碳化物如果太多的話，會(huì)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。 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。由圖 ，自?shī)W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。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。 Ⅰ 階段：奧氏體再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)變形。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)。 3．必要的碳含量主要起固溶強(qiáng)化的作用。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(duì)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)。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。 細(xì)晶強(qiáng)化 晶界是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的最大障礙之一。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 。上述板條狀鐵素體呈長(zhǎng)條狀。 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(duì)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(zhǎng)軸呈 55176。 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(yǔ)，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?！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(zhǎng)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) 。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。 山東工業(yè)大學(xué)李風(fēng)照等 [12]根據(jù)貝氏體相變?cè)恚ㄟ^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)貝氏體體鋼。 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。兩種鋼均是低碳貝氏體鋼。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。 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。 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。 武鋼在 1999年開始試制板厚為 12mm30mm，抗拉強(qiáng)度為 590Mpa， 685Mpa 級(jí)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。 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]。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(jiǎn)單，低成本，生產(chǎn)效率高。 (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(shì)來看，開發(fā)研制控軋控冷貝氏體鋼是十分必要的。一般而言，貝氏體由鐵素體和滲碳體兩相構(gòu)成。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。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。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。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。 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。 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。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。高溫變形后的冷卻過程中， Nb 原子在晶界的偏聚會(huì)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。 低碳貝氏體鋼終軋溫度的控制 控制材料的終軋溫度對(duì)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 。 （ 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。 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(zhǎng)條狀的小島。這些夾雜物影響組織的連續(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(duì)對(duì)材料的性能起到積極地作用。 (4) 貝氏體鋼中由于貝氏體組織精細(xì)，而且分布均勻，所以貝氏體鋼有著良好的強(qiáng)韌性。 表 32 SM570H 雜質(zhì)元素成分表 元素類型 元素含量（ %） 原子含量（ %） Mg Al S Ca Mn 圖 SM570H中的非金屬夾雜物 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 Q550D 非金屬夾雜的能譜分析圖示 圖 SM570H非金屬夾雜物的成分分析 從圖 中看以看出， S的含量減小，而金屬元素的量增多了。 圖 Q550D 軋向邊部 圖 Q550D 軋向中間 圖 Q550D 在電子顯微鏡下的軋向組織圖 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 對(duì)比橫向組織，軋向組織的晶粒在軋制方向上變長(zhǎng)，這就使得 Q550D 在軋向上和橫向上性能的差異，導(dǎo)致 Q550D 在軋制方向上的力學(xué)性能比橫向上的低。 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 試驗(yàn)內(nèi)容及研究步驟 試驗(yàn)設(shè)備 掃描電鏡，光學(xué)顯微鏡，拋光機(jī)，拉力試 驗(yàn)機(jī)等。一方面奧氏體晶粒被壓扁，晶內(nèi)引入大量缺陷；另一方面，鐵素體在較小的變形量下發(fā)生回復(fù)，形 成亞晶結(jié)構(gòu)，而在大變形條件下發(fā)生；連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，形成細(xì)小的鐵素體晶粒。國(guó)外對(duì)銅合金化進(jìn)行 了深入的研究，認(rèn)為采用鎳、銅共同加入的方法，精確的控制成份認(rèn)為避免熱脆，使銅均勻固溶。 Cu在低碳貝氏體鋼中的作用 在鋼中加入銅，可以提高鋼的耐蝕性、強(qiáng)度，改善焊接性、成型性與機(jī)械加工性能等。 相變強(qiáng)化特征： ① 鋼的化學(xué)成份決定要有結(jié)構(gòu)變化的原相（母相）， 這是前提； ② 發(fā)生相變有一個(gè)形核和長(zhǎng)大的過程，例如隨著冷卻條件的變化，相變有擴(kuò)散北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 與非擴(kuò)散之別，在較高溫度下的相變過程由擴(kuò)散控制，低溫下的相變?yōu)榍凶兛刂茩C(jī)制； ③ 應(yīng)變和冷卻是兩個(gè)重要的驅(qū)動(dòng)條件，在外力作用下，如熱加工或冷變形，在冷卻或加熱的情況下，狀態(tài)失去了平衡，由高能量狀態(tài)向低能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變。 但是，在一般的正火態(tài)或熱軋態(tài)使用的結(jié)構(gòu)鋼中，碳氮的固溶強(qiáng)化并不能成為主要的強(qiáng)化方式，因?yàn)楦叩奶嫉浚ㄓ绕涫情g隙碳氮含量）將極大損壞鋼的韌性和可焊性。因北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 此，多年人們一直通過多種手段致力于晶粒細(xì)化的研究。粒狀貝氏體是由上貝氏體型鐵素體 +島狀組織組成，典型金相形態(tài)為不連續(xù)長(zhǎng)條狀小島相互趨于平行分布于鐵素體基體中，小島優(yōu)先在原奧氏 體晶界出排列，呈網(wǎng)絡(luò)狀。夾角，常為單變體亦發(fā)現(xiàn)雙變體的體亦發(fā)現(xiàn)雙變體的。 上貝氏體 上貝氏體是貝氏體的基本形態(tài)之一。 需要指出的是粒狀貝氏體在 SEM 下觀察發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部鐵素體也呈板條狀。 北京科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 在研發(fā)低碳貝氏體鋼方面，應(yīng)開展以下兩方面的研究工作 : (1)低碳貝氏體鋼產(chǎn)品品種的開發(fā)除對(duì)現(xiàn)有低碳貝氏體鋼的生產(chǎn)工藝進(jìn)行完善與優(yōu)化外，還應(yīng)不 斷開發(fā)新的低碳貝氏體鋼品種，擴(kuò)大貝氏體鋼產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。 耐磨鋼球是廣泛用于礦山、冶金、電力、建材和化工等行業(yè)的重要易耗件，國(guó)內(nèi)年耗量高達(dá) 100 萬噸，國(guó)際市場(chǎng)容量在 500 萬噸。鞍鋼 [18]采用控軋控冷工藝試制了 HQ590DB 低碳貝氏體鋼板。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、壓力容器鋼板及工程機(jī)械用鋼板 等。 日本東京鋼公司研制了低碳含 V 貝氏體非調(diào)質(zhì)鋼 [2]，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?，F(xiàn)代材料的研究有兩個(gè)大的趨勢(shì)： ① 不斷開發(fā)新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備 ，以研制各種具有特殊性能要求或優(yōu)異性能的新型材料； ② 對(duì)傳統(tǒng)材料 (如鋼鐵材料 )采用先進(jìn)的工藝，以期大幅度提高其使用性能，有效合理地利用資源。鋼中其它的一些微量元素如鈦、鋁等，這些元素的第二相彌散分布在鐵基體中，形成彌散強(qiáng)化。由于低碳貝氏體鋼具有高強(qiáng)度，良好的韌性，使得低碳貝氏體鋼在造船業(yè)和石油天然氣輸送管線中得到較快發(fā)展。該鋼種以 80%累計(jì)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℃ 。 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。在生產(chǎn)中可將熱加工成型工序與熱淬火工序合并，空冷自硬，省去了淬火工序，不僅節(jié)約了能源，簡(jiǎn)化了工藝，提高了生產(chǎn)效率，而且可以避免由于淬火引 起的變形、開裂及氧化、脫碳等熱處理缺陷。邯鋼新近引進(jìn)了大板坯連鑄機(jī)與新中板軋機(jī)等新設(shè)備，以調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高工藝設(shè)備水平，為提高邯鋼產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供了設(shè)備保證。 目前被普遍認(rèn)可的貝氏體定義 [24]是指過冷奧氏體在中溫形成的片狀或板條狀產(chǎn)物。 粒狀貝氏體 θ與 α長(zhǎng)軸呈 55176。如圖 。 Mehl[25]曾認(rèn)為，對(duì)大多數(shù)碳鋼及低合金鋼，上、下貝氏體的分界溫度約為 350℃ ，且?guī)缀醪浑S成分變化，這等于說在 350℃ 左右，貝氏體組織形態(tài)將發(fā)生突然改變。晶粒越細(xì)小，則晶界越多，阻礙位移滑移的作用也越大，最 終使金屬材料的屈服強(qiáng)度升高。固溶強(qiáng)化的機(jī)制是：合金組元溶入基體金屬的晶格形成固溶體后，使晶格發(fā)生畸變。當(dāng)這些亞結(jié)構(gòu)的位錯(cuò)墻呈松散的纏結(jié)形貌時(shí)，稱為 ―胞狀結(jié)構(gòu) ‖，當(dāng)位錯(cuò)墻變窄且輪廓分明時(shí)，則稱亞晶。 B 在低碳貝氏體鋼中的作用 為了獲得高的強(qiáng)度，加入成本較低的 B 元素來增加鋼的淬硬性。 銅還可以改善成型性和機(jī)加工性。在這一階段內(nèi)，通過再結(jié)晶獲得細(xì)小的奧氏體晶粒，最終導(dǎo)致鐵素體晶粒的細(xì)化。 加熱溫度對(duì)控軋效果的影響 奧氏體晶粒尺寸的大小直接影響到軋