超低碳贝氏体钢的组织与力学性能研究
第１７卷第４期 ・２２。２０１１年８月 宽厚板 ＷＩＤＥ ＡＮＤ ＨＥＡ、，Ｙ ＰＬＡＴＥ Ｖｏｌ＿１７．Ｎｏ．４ Ａｕｇｕｓｔ ２０１１ ・技术讨论・ 超低碳贝氏体钢的组织与力学性能研究 李继亮 陈士平 穴俊莲 （济钢集团国际工程技术有限公司） 摘要采用ＲＰＣ工艺轧制三种不同成分的超低碳贝氏体钢，用光学金相显微镜对轧态组织进行观察和 分析，研究轧态下的组织和力学性能，并对三种试样的组织和力学性能进行对比。对轧态试样进行扫描及能谱 分析，评定钢中非金属夹杂物，目的在于开发一种综合性能良好的超低碳贝氏体钢。 关键词超低碳贝氏体钢组织力学性能 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｃａｒｂｏｎ Ｂａｉｎｉｔｉｃ Ｓｔｅｅｌ Ｌｉ Ｊｉｌｉａｎｇ，Ｃｈｅｎ Ｓｈｉｐｉｎｇ ａｎｄ Ｘｕｅ Ｊｕｎｌｉａｎ （Ｊｉｇａｎｇ Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ａｓ—ｒｏｎｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｕｌｔｒａ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｂａｉｎｉｔｉｃ ｓｔｅｅｌ ｇｒａｄｅｓ ｏｆ ｄｉｆｉｅｒｅｎｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ＲＰＣ ｒｏｉｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｅ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｖｅａｌ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｓ—ｒｏＵｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｉｓ ａｌｓｏ ｍａｄｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ。 ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｓｔｅｅｌ ｇｒａｄｅｓ．Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｎｏｎ—ｍｅｔａｌｌｉｃ ｉｎｃｌｕ— ｓｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｓｃａｎｎｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅ ａｉｍ ｉｓ ｔｏ ｄｅｖｅｌｏｐ ａｎ ｕｌｔｒａ—ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｂａｉｎｉｔｉｃ ｓｔｅｅｌ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｕｌｔｒａ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｈａｉｎｉｔｉｃ ｓｔｅｅｌ，Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ０前言 超低碳贝氏体钢是近２０年来国际上开发的 高强度、高韧性、焊接性能优良的新钢系，被誉为 ２１世纪的绿色环保钢种。超低碳贝氏体钢具有 优良的强韧综合性能，极低的ｃ含量能降低或消 除贝氏体铁素体中的渗碳体，钢的韧性得到进一 步的改善。为了保证贝氏体转变的淬透性良好， 适量添加某些合金元素。超低碳贝氏体钢在美 国、英国、日本、德国等发达国家的石油和天然气 管线、工程机械、采挖机械、重型汽车、集装箱、造 船、海军舰艇等领域得到了广泛的应用。在我国， 超低碳贝氏体钢发展较晚，在逐渐扩大的高强钢 市场需求的强大推动下，我国超低碳贝氏体钢的 研究也取得一定进展。 ｌ超低碳贝氏体钢的研究意义 与传统的铁素体一珠光体钢和马氏体淬火回 火钢相比，超低碳贝氏体钢有其独特的优点Ｅ１ Ｊ。 （１）极佳焊接性。在常温甚至寒冷地带，无 需预热（或仅需低预热）和后热处理，降低施工人 员的劳动强度，节约能源。 （２）易与先进的冶金、轧钢工艺相结合。无 需再加热淬火，在生产高级别钢种的同时降低钢 板的生产制造成本。 （３）钢的强度不单单依赖于钢中碳含量和合 金元素的总量，强度的提高主要通过先进的工艺 来获得。因此在强度提高的同时，材料的韧性和 焊接性不损失或损失很小。 （４）韧性的提高不再主要依靠添加合金元素 Ｎｉ，而是通过先进的轧钢工艺来细化晶粒、改变组 织而获得。因此，超低碳贝氏体钢在提高韧性的 同时，节约贵重金属，降低钢板的生产制造成本。 （５）由于成分设计的特殊性，在较宽的冷却 速度范围内，能够获得贝氏体组织，
使厚板生产易 第４期 李继亮等：超低碳贝氏体钢的组织与力学性能研究 。２３・ 于控制。 ２试验材料及试验方法 ２．１试验材料 本试验采用中频真空感应炉冶炼３种成分的 钢锭，均为碳含量０．０３％的超低碳钢。其中：ＡＩ＃ 钢含磷０．Ｎ０％；Ａ３＃钢含磷０．Ｎ８％；Ａ４＃钢含磷 ０．０９０％，比ＡＩ＃、Ａ３＃钢高；ＡＩ＃钢不含Ｍｏ，Ａ３、Ａ４ ＃钢含０．２１％的Ｍｏ，其余合金元素成分大体相 同。其中Ｎｂ采用ＲＰＣ轧制工艺，即驰豫一析出 一控制相变技术。 ２．２试验钢的力学性能试验 沿钢板轧制方向切取室温拉伸试样，按照 ＧＢ／Ｔ ２２８—２００２标准，在厚度为６ ｍｍ的板状试 样上机加工成标距尺寸为４５ ｍｍ Ｘ １２．６ ｍｍ×６ ｍｍ的拉伸试样，如图ｌ。采用型号为ｃＭＴ５ｌ０５ 的ＳＡＮＳ微机控制电子万能试验机进行测试。 Ｒ１２ 图１室温拉伸试样 ２．３扫描电镜样品制备 ＡＩ＃、Ａ４＃钢热轧后，用金刚石磨料抛光试样， 试样抛光时，避免夹杂物的剥落、变形或抛光表面 被污染，保证检验面尽可能干净和夹杂物的形态 （ａ）ＡＩ＃钢 不受影响。采用扫描电镜（ＳＥＭ）观察钢中非金 属夹杂物，利用能谱仪（ＥＤＳ）分析夹杂物的成分。 ３轧态下钢的组织 试验钢经ＲＰＣ工艺轧制后的显微组织如图 ２。图２（ａ）为轧后弛豫５０ Ｓ后加速冷却工艺下获 得的多边形铁素体和少量贝氏体组织，原始奥氏 体晶界已模糊，Ａ１＃钢由于没有加入提高淬透性 的元素Ｍｏ，只在原始奥氏体晶界处有少量的贝氏 体组织和先共析等轴铁素体，而大量的准多边形 铁素体在原始奥氏体晶内形成，在轧后弛豫过程 中，原始奥氏体晶内已有铁素体析出，并在弛豫过 程中长大。Ａ３＃钢由于添加了少量的Ｍｏ元素，提 高了过冷奥氏体的稳定性，抑制了先共析铁素体 和珠光体转变，促进了贝氏体转变 Ｊ，其组织形 貌与ＡＩ＃钢有很大的不同，从图２（ｂ）看到，组织 中有大量的粒状贝氏体和少量板条贝氏体和准多 边形铁素体，可清晰地看到原始奥氏体晶界，原始 奥氏体被压缩成沿轧制方向拉长的“饼状”，使贝 氏体板条变短，组织得到细化。Ａ４＃钢的组织和 Ａ３＃钢近似，轧态为粒状贝氏体＋准多边形铁素 体＋残留奥氏体，图２（Ｃ）原始奥氏体晶界和贝氏 体板条界面上黑色形状不规则的组织，通过ＴＥＭ 观察组织为残余奥氏体，可以看出残余奥氏体分 布相比Ａ３＃钢稍多。 （ｂ）Ａ３＃钢 （ｃ）Ａ４＃钢 图２试验钢的轧态组织 ４轧态钢板的力学性能 图３为试验钢经ＲＰＣ工艺轧制后的力学性 能。组织主要为准多边形铁素体的Ａ１ 钢，无论 是抗拉强度还是屈服强度都比以贝氏体为主的 Ａ３＃和Ａ４＃钢低１００ ＭＰａ以上，但ＡＩ＃钢的塑性比 Ａ３＃和Ａ４＃钢要好。Ａ４＃钢由于Ｐ元素含量较高， Ｐ在钢中的固溶强化作用明显，其强度在三种钢 中最高，屈服强度达到了５７５ ＭＰａ，抗拉强度为 ７２０ ＭＰａ，而塑性并没有因为Ｐ的大量加入而降 低，
和Ａ３＃钢基本相当。超低碳贝氏体钢优异的 ・２４・ 宽厚板 第ｌ７卷 力学性能在于其细化的贝氏体组织。Ｂ元素和较 高的Ｍｎ含量增强了钢的淬透性，促进了显微组 织中板条和粒状贝氏体的形成，从钢的延伸率和 面缩率看，超低碳贝氏体钢的板条贝氏体组织内 大量的位错和亚晶组织使得其延伸率和面缩率 高，本文在成分设计上选择了Ｃ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｂ的 最佳配合，因而在较大冷却速度范围内都能形成 贝氏体组织。由于碳含量低，为了提高强度，加人 了成本较低的Ｂ元素提高钢的淬透性，抑制铁素 体在奥氏体晶界形核，使铁素体转变曲线右移，贝 氏体转变曲线变得扁平，同时Ｍｎ、Ｍｏ等元素起到 固溶强化的作用。加入Ｎｂ元素是现代控制轧制 工艺的需要，Ｎｂ可以延迟奥氏体再结晶。未再结 晶区轧制时，由于Ｎｂ、ｃｕ、Ｂ的综合作用，大量微 细析出物钉扎在变形的奥氏体晶界，有效阻碍了 奥氏体的再结晶，使奥氏体基体中大量的畸变得 以保留和积累。高温变形后的应变诱导Ｎｂ （ＣＮ）析出，能显著稳定奥氏体中的位错结构，这 些位错结构在贝氏体转变过程中几乎被整体继 承，从而大幅度增加贝氏体中的位错密度。同时， 通过在奥氏体再结晶区和奥氏体未再结晶区进行 大变形量的轧制，降低终轧温度，轧后弛豫析出和 控冷等措施起到固溶强化、位错强化、沉淀强化、 细化晶粒等作用，大大提高了材料的强度和韧性。 ＡＩ＃钢 Ａ３＃钢 Ａ４＃钢 图３试验钢的力学性能 ５钢中非金属夹杂物评定 钢中非金属夹杂物是不可避免的，其存在使 金属基体的连续性受到破坏，非金属夹杂物在钢 中的形态、含量和分布不同程度地影响钢的各种 性能，如常规力学性能、疲劳性能、加工性能等。 ２Ｏ ｍ 电子图谱 因此，正确测定与评价钢中非金属夹杂物是提高 钢材质量不可忽视的环节。 对试验钢中非金属夹杂物进行扫描电镜及能 谱分析，结果见图４。 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ Ｆｕｌｌ Ｓｃａｌｅ １７９２ ｄｓ Ｃｕｒｓｏｒ．０．０００ ｋｅＶ 图４ ＡＩ＃钢夹杂物照片及能谱分析 可以看出，此夹杂物具有高的延展性，Ｌ＝６ ｍ，有较宽的范围形态比（长度／宽度），端部呈 圆角。 从能谱分析和表１可以看出，ｓ元素和Ｍｎ元 素所占的质量百分比最高。根据金属材料金相热 处理检验方法标准…，对钢中非金属夹杂物进行 ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ 、《／ｚ ． ∞（Ｉ窨，ｓＨ 第４期 李继亮等：超低碳贝氏体钢的组织与力学性能研究 ・２５・ 评级测定，将所观察的视场与标准图谱对比，确定 此夹杂物为硫化物（Ａ类），其级别低于０．５级。 由图５看出，此夹杂物基本没有变形，Ｌ＝１０ Ｉｘｍ，形态比小（一般＜３），沿轧制方向排成一行。 从能谱分析和表２可以看出，０元素和Ａｌ元 素的所占质量百分比最高。根据金属材料金相热 处理检验方法标准 Ｊ，对钢中非金属夹杂物含量 进行测定，确定此夹杂物为氧化铝（Ｂ类），级别 低于标准评级的０．５级。 表１ ＡＩ＃钢夹杂物的元素含量 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ Ｆｕｌｌ Ｓｃａｌｅ ４６７８ ｃｔｓ Ｃｕｒｓｏｒ．Ｏ．０００ ｋｅｙ 电子图谱 图５ Ａ４＃钢测定钢中夹杂物照片及能谱分析 表２ Ａ４＃钢夹杂物的元素含量 ６结语 本文对三种不同成分的超低碳贝氏体钢在 ＲＰＣ轧制工艺下的组织、力学性能做了系统的研 究，得出以下结论： （１）Ａｌ＃钢中没有加人提高淬透性的元素 Ｍｏ，轧态组织由准多边形铁素体和少量贝氏体组 成；Ａ４＃钢组织和Ａ３＃钢近似，轧态组织均为粒状 贝氏体＋板条贝氏体＋残余奥氏体，Ａ４＃钢的残 余奥氏体比Ａ３＃钢略多。三种钢经过ＲＰＣ工艺 轧制后，ＡＩ＃钢强度比Ａ３＃和Ａ４＃钢低１００ ＭＰａ以 上，但Ａ１＃钢的塑性比Ａ３＃和Ａ４＃钢要好。Ａ４＃钢 由于Ｐ元素含量较高，Ｐ在钢中的固溶强化作用 明显，因此Ａ４＃钢的强度最高。 （２）经测定，钢中非金属夹杂物主要为硫化 物（Ａ类）和氧化铝（Ｂ类）夹杂，其级别均低于标 准评级的０．５级。 参考文献 １ 赵路遇．超低碳贝氏体钢及其在舰船上的应用［Ｊ］．材料开发 与应用，２００６，２１（２）：３４—３７． ２俞德刚，贝氏体相变理论进展概况［Ｊ］．金属热处理学报， １９９６，１７（增刊）：４７—５０． ３ Ｓｈａｎｇ Ｃ Ｊ，Ｗａｎｇ Ｘ Ｍ，Ｙａｎｇ Ｓ Ｗ，ｅｔａ１．Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐａｃｋｅｔ ｓｉｚｅ ｉｎ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｂａｉｎｉｔｉｃ ｓｔｅｅｌ ｂｙ ｓｐｅｃｉａｌ ｔｈｅｒｍｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｊ Ｕｎｉｖ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎｏｌ Ｂｅｉｊｉｎｇ，２００４，１１（３），２２． ４冶金工业信息标准研究院冶金标准化研究所．中国标准出版 社第五编辑室．金属材料金相热处理检验方法标准汇编［Ｍ］． 北京，中国标准出版社，２００６，３—８２４． 李继亮，男，２００９年毕业于东北大学材料与冶金学院，助 理工程师。 收稿日期：２０１１—０３—０１
贝氏体钢的分类
贝氏体钢的分类
贝氏体钢是一种常用于高强度结构材料的钢种，具有优异的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，因此被广泛应用于船舶、桥梁、压力容器、矿山设备等领域。根据其组织特点和成分比例的不同，贝氏体钢可以被分为几个不同的分类。
1.低合金贝氏体钢
低合金贝氏体钢是一种含有较低合金元素的钢种，其主要成分包括碳、硅、锰、钼等。由于其组织中的贝氏体相较其他钢种更多，因此具有更高的韧性和耐磨性。低合金贝氏体钢常用于制造金属结构件和机械零件。
2.高合金贝氏体钢
高合金贝氏体钢是一种含有较高合金元素的钢种，其主要成分包括镍、钼、铬、钴等。由于其组织中的贝氏体相较其他钢种更少，因此具有更高的强度和耐腐蚀性。高合金贝氏体钢常用于制造化工设备、海洋平台、核电站等高强度、耐腐蚀的结构件。
3.双相贝氏体钢
双相贝氏体钢是一种同时含有贝氏体和奥氏体相的钢种，其主要成分包括碳、锰、铬等。由于其组织中同时存在两种不同的相，因此具有较高的强度和韧性。双相贝氏体钢常用于制造汽车零件、轴承、机械零件等需要高强度和韧性的结构件。
4.马氏体贝氏体钢
马氏体贝氏体钢是一种含有马氏体和贝氏体相的钢种，其主要成分包括碳、铬、钼等。由于其组织中同时存在两种不同的相，因此具有较高的强度和耐磨性。马氏体贝氏体钢常用于制造锻件、液压缸、导轨等需要耐磨性和高强度的结构件。
不同的贝氏体钢具有不同的组织和性能特点，适用于不同的工业领域和应用场景。在实际生产和使用中，需要根据具体的需求选择合适的贝氏体钢材料，以保证结构件的安全可靠性和使用寿命。
下贝氏体和上贝氏体在组织和性能上有何区别
下贝氏体和上贝氏体在组织和性能上有何区别呢,
上贝氏体－过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁
素体针间。过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是一束大致
平行铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型
上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛
可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽
毛较清楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。一般不穿晶，只在一个晶粒内。上贝
氏体的渗碳体是以片状分布在界面，很大程度上降低了材料的塑性和韧性。
下贝氏体－同上，但渗碳体在铁素体针内。过冷奥氏体在350℃~Ms的转变产物。其
典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄
片；在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。下贝氏体在性能上和马氏体接近，强度，
硬度较高，其渗碳体以弥散的质点相分布在基体中，有很不错的强韧性，综合性能较好。
关于贝氏体：
（1）上贝氏体为过冷奥氏体在550~400℃温区等温形成的一种组织，由铁素体和
渗碳体组成，在光学显微镜下观察，呈羽毛状。上贝氏体常沿奥氏体晶界形核，向晶内
发展。从电子显微照片上可以看到：在平行的铁素体条间有短棒状或串珠状渗碳体断续
分布，其硬度为35~45HRC。上贝氏体的铁素体内含有一定程度的过饱和碳量，具有
体心立方点阵，与奥氏体保持严格的晶格学位向关系，过去认为是西山关系，进一步研
究证明为K-S关系，其惯习面为（111）A。在磨光的试样表面呈现浮凸。上贝氏体机
械性能低劣，使用价值不大。
（2）下贝氏体下贝氏体为过冷奥氏体于400~200℃温区形成的一种组织。其组织
形态与上贝氏体明显不同，类似于片状马氏体的回火组织。在光学显微镜下呈黑色片状
（针状或竹叶状），互成一定角度。在电子显微镜下观察或X射线结构分析：这种组织
乃是由过饱和α固溶体与其长轴成50~60o角度分布的碳化物质点形成。其硬度为45~50HRC。双面金相分析表明：下贝氏体铁素体的立体形态为双凸镜状。下贝氏体铁
Q420qE钢的焊接性能及其热矫温度范围的研究
科技信息 ０机械与电子ｏ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１３年第１９期
Ｑ４２０ｑＥ钢的焊接性能及其热矫温度范围的研究
吴伟才
（武桥重工集团股份有限公司，湖北武汉４３００５６）
【摘要】本文分析了超低碳贝氏体钢Ｑ４２０ｑＥ优良的焊接性能，探讨了其合理的焊接ｉｆ＿艺措施及相应的热输入量。通过加热温度对
１５ＭｎＶＮⅡ钢的力学性能影响和美国牌号Ａ５７２Ｇｒ．５０钢的奥氏体粗化试验以及南京大胜关桥的焊接实验结果来推测分析ＴＭＣＰ和ＴＭＣＰ＋Ｉｇ／火
供货状态下Ｏ４２０ｑＥ钢的热矫温度范围。
【关键词】Ｑ４２０ｑＥ；ＴＭＣＰ；热矫；热输入量
Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｔｈｅ Ｗｅｌｄａｂｉｌｉｔｙ Ａｂｏｕｔ Ｑ４２０ｑＥ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｒａｎｇｅ
Ｗ１Ｊ Ｗｅｉ－ｃａｉ
（Ｗｕｈａｎ Ｂｒｉｄｇｅ Ｈｅａｖｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｌｔｄ，Ｗｕｈａｎ Ｈｕｂｅｉ，４３００５６，Ｃｈｉｎａ）
【Ａ￣ｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ｌｏｗ ｃａ￣ｏｎ ｂａｉｎｉｔｉｃ ｓｔｅｅｌ Ｑ４２０ｑＥ，ａｎｄ ｄｉｓｓｃｕｓｓｅｓ ｉｔｓ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ
ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｈｅａｔ ｉｎｐｕｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ １５ＭｎＶＮｑ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ａｕｓｔｅｎｉｔｉｃ ｃｏａｒｓｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｕ．Ｓ．ｂｒａｎｄｓ Ａ５７２Ｇｒ．５０ ｓｔｅｅｌ，ｓｐｅｃｕｌａｔｅｓ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒａｎｇｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ
贝氏体_精品文档
博学笃行 自强不息
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贝氏体
贝氏体，即Beesley体，是一种高熵合金体系，以其异常的力学性能和独特的微观结构而闻名。它由细小的晶粒组成，这些晶粒之间存在特殊的界面结构，使其具有出色的塑性和强度。本文将介绍贝氏体的形成机制、微观结构以及其在工程领域中的应用。
一、贝氏体的形成机制
贝氏体的形成机制涉及到相变和相变动力学过程。在合金材料中，当温度和化学成分发生改变时，固态相之间的相变就会发生。贝氏体相的形成通常涉及到两种化学元素的相互作用。合金的元素之间发生偏析，使得其中一种元素在晶界附近的区域过饱和。这种过饱和引起了一个固态相变过程，即贝氏体相的形成。
二、贝氏体的微观结构
贝氏体的微观结构由细小的晶粒和固相隔板组成。晶粒的尺寸一般在纳米至微米的范围内，使得贝氏体具有优异的塑性。而固相隔板是由夹杂在贝氏体晶粒之间的两相界面组成，这些界面的缺陷和错位可以吸收和抵消外界应变，从而提高材料的韧性和断裂韧度。
三、贝氏体的力学性能
贝氏体具有出色的力学性能，主要体现在以下几个方面： 博学笃行 自强不息
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1. 强度：贝氏体的晶界和界面结构能够提高材料的应变硬化能力，使其具有优异的强度。
2. 塑性：贝氏体的细小晶粒具有良好的变形能力，使其在受力时能够发生塑性变形而不易断裂。
3. 韧性：贝氏体的固相隔板结构能够吸收和抵消外界应变，提高材料的韧性和断裂韧度。
4. 耐磨性：由于贝氏体具有高硬度和较低的易变形性，因此在一些耐磨应用中具有显著的优势。
四、贝氏体的应用领域
由于贝氏体具有独特的力学性能，它在众多工程领域中得到了广泛的应用。以下是贝氏体在几个常见领域的应用实例：
1. 汽车制造：贝氏体合金用于汽车零部件的制造，如发动机缸体、曲轴和齿轮等，以提高汽车的强度和耐磨性。
2. 航空航天：贝氏体合金用于航空发动机的制造，以提高发动机的工作温度和耐腐蚀性。
3. 电子设备：贝氏体合金用于制造电子设备的外壳和散热器，以提高设备的耐久性和散热性能。
贝氏体钢的价电子结构与性能
第１６卷第２期 ２００２年６』Ｊ 济南大学学报（自然科学版） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ｊ ＩＮＡＮ ｋｉＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（Ｓｃｉ＆Ｔｅｃｈ．） Ｖｏ１ １６．Ｎｏ．２ Ｊｕｎｅ，２００２
文章编号：１６７１—３５５９（２００２）０２—０１８０—０３
贝氏体钢的价电子结构与性能
顾英妮， 王玉增
（济南大学机械工程学院，ＩｌＪ尔济南２５００２２）
摘 要：运用“倒钵与分子经验价电子理论”建立了ｈ—Ｃ系 贝氏体晶胞的价电子结构，研究了贝氏体铜中Ｍｎ、Ｓｉ、Ｂ以 及Ｒｅ对强度和韧度的作用机制。结果表明，在见氏阵铜中 形成的较Ｆｅ—Ｃ见氏体具有更强键合力和对Ｃ原予扩散具 有更大阻力的（ 一Ｍｎ偏聚结构单元，增加了具有较强键合 力偏聚结构单元的杈重，同时微量元素的溶入促进了台金元 素之间的交互作剧，井使合金贝氏体的共价电子对空间 布 更加均衡，从而婕见氏体钢的强度和韧度更为优越 、 关键词：价电子结掏；Ｍｎ—Ｓｉ贝氏体钢；结构单元 中图分类号： ｌ （：ｌ４ ．１ 文献标识码：Ｉｊ
“固体与分于经验价电子理论”…，简称“余氏
理论”，是以确定晶体内各类原子的杂化状态为基 础，分析晶体的价电子结构，原子杂化状态给定了原
子的共价电子数、晶格电子数等，由此确定品格键 络。键距差（Ｉｊｌ Ｉ））分析法是“余氏理论”确定晶体价 电子结构的主要方法。以此，可对固体的性能、相变 及合金设汁等许多重要课题提供一定基础。本文中 运用“余氏理沦”建立了Ｆｅ—Ｃ系贝氏体晶胞的价
电子结构，研究了贝氏体钢中合金元素Ｍｎ、Ｓｉ等及 微量元素对强嫂干¨韧度的作用机制。贝氏体钢是一
种新型低合金趟高强度钢，在空冷或热轧空冷条件 下获得贝氏体或贝氏体／马氏体组织，具有高的综合
力学性能。以往对贝氏体或贝氏体钢的研究都是以 晶粒、组织或晶体结构的原子状态为最小分析单元。 “余氏理论”将这一研究深入到原子的价电子，从价
电子对的共刚ｌＵ于数及其空间分布反映材料的宏观
X80管线钢的成份及工艺设计要点以及关键参数的选择依据
X80 管线钢的成份及工艺设计要点以及关键参数的选择依据
一、 开发背景
早期管线用钢基本组织形态为铁素体和少量珠光体，其显著特征为微合金化和降低含
碳量。通过控制轧制、降碳，充分利用微合金元素在高温变形过程中抑制奥氏体再结晶效果细化晶粒，从而获得良好的强韧性和焊接性，其典型成分代表为C-Ｍn-Nb-Mo 系。 随
着形变热控制技术(ThermoMechanical Control Process，简称 TMCP)工艺研究的发展， 又
开发出针状铁素体管线钢。其特点是在控制轧制的基础上，通过轧后加速冷却，在稍高于上贝氏体温度范围获得了具有高密度位错的、非等轴状铁素体组织，其含碳量更低。 针
状铁素体管线用钢充分利用了TMCP 工艺最新的研究成果-晶粒细化、相变强化和微合金
化碳氮化物析出强化、位错亚结构强化，从而提高强化效果，且低温韧性亦能保持在较高
的值。为开发、利用恶劣气候环境地方的能源，通过进一步的控制轧制和控制冷却工艺制
度研究，合理添加一定量的微合金元素，改变连续冷却相变曲线，开发出以低碳、超低碳贝氏体组织为特征的管线用钢，屈服强度高达到 700～800Mpa，低温韧性、 焊接性、耐
蚀性等性能更优异。贝氏体温度范围形成的非等轴贝氏体组织(针状铁素体)中具有高密度位错，针状铁素
体钢综合利用了晶粒细化强化、微合金化元素的析出强化以及位错亚结构的强化效应，可使钢的屈服强度达到650Mpa,-60℃的冲击韧性可达80J。对针状铁素体的进一步研究主要
体现在超低碳贝氏体钢的开发与研究上。超低碳贝氏体钢通过对C、Mn、Nb、Mo、B、Ti等成分的最佳配合，实现在较宽的冷却速度范围获得完全的贝氏
体组织。在保证优良的低温韧性和焊接性的前提下，超低碳贝氏体钢的屈服强度可达到700~800MPa。 传统的铁素体-珠光体型管线钢，又称少珠光体型钢，是二十世纪七十年代初发展完
善的第一代管线钢。由于该类钢在保证高韧性和良好的焊接性能条件下，强度极限水平为500~550MPa，因此主要用于X70 及以下级别的管线钢。
[知识]下贝氏体和上贝氏体在组织和性能上有何区别呢,
下贝氏体和上贝氏体在组织和性能上有何区别呢,00 上贝氏体－过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针
间。过冷奥氏体在中温（约350~550℃）的相变产物，其典型形态是
一束大致平行铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列
的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于
方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。
若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清
楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。一般不穿晶，只在一个晶粒
内。 上贝氏体的渗碳体是以片状分布在界面，很大程度上降低了材
料的塑性和韧性。00
下贝氏体－同上，但渗碳体在铁素体针内。过冷奥氏体在
350℃~Ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素
体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片；在晶内呈针状，针
叶不交叉，但可交接。下贝氏体在性能上和马氏体接近，强度，硬度
较高，其渗碳体以弥散的质点相分布在基体中，有很不错的强韧性，
综合性能较好。00
关于贝氏体：00
（1）上贝氏体 为过冷奥氏体在550~400℃温区等温形成的一
种组织，由铁素体和渗碳体组成，在光学显微镜下观察，呈羽毛状。
上贝氏体常沿奥氏体晶界形核，向晶内发展。从电子显微照片上可以
看到：在平行的铁素体条间有短棒状或串珠状渗碳体断续分布，其硬
度为35~45HRC。上贝氏体的铁素体内含有一定程度的过饱和碳量，
具有体心立方点阵，与奥氏体保持严格的晶格学位向关系，过去认为
是西山关系，进一步研究证明为K-S关系，其惯习面为（111）A。在
磨光的试样表面呈现浮凸。上贝氏体机械性能低劣，使用价值不大。
00
（2）下贝氏体 下贝氏体为过冷奥氏体于400~200℃温区形成
的一种组织。其组织形态与上贝氏体明显不同，类似于片状马氏体的
回火组织。在光学显微镜下呈黑色片状（针状或竹叶状），互成一定角度。在电子显微镜下观察或X射线结构分析：这种组织乃是由过饱
回火温度对大厚度低碳高强度Q690D钢板组织和力学性能的影响
櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡～试验研究櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡櫡～
收稿日期：２０２００５１２作者简介：郑建平（１９８１—），男，安徽怀宁人，硕士，高级工程师，主要从事桥梁板、高强钢工艺研究工作，发表论文８篇。联系电话：１５８９５８５０８３６；Ｅｍａｉｌ：ｚｈｅｎｇｊｉａｎｐｉｎｇ＠ｎｊｓｔｅｅｌ．ｃｏｍ．ｃｎ回火温度对大厚度低碳高强度Ｑ６９０Ｄ钢板组织
和力学性能的影响
郑建平
（南京钢铁股份有限公司，江苏南京２１００３５）摘 要：低碳高强度Ｑ６９０Ｄ钢适用于大型工程的结构件。对含碳量为０．１４％～０．１６％（质量分数）、厚度为
１００ｍｍ的Ｑ６９０Ｄ钢板进行了９２０℃水淬和分别于５６０℃、５８０℃及６２０℃回火处理。分别检测了
钢板淬火态及淬火和不同温度回火后的显微组织和力学性能，以研究回火温度对钢板组织和性能
的影响。结果表明：①淬火并经３种温度回火的钢板的力学性能均满足标准要求，随着回火温度的
提高，强度略有下降，６２０℃回火的钢板屈服强度为８１０ＭＰａ，抗拉强度为８８０ＭＰａ，断后伸长率达
１６．５％，－２０℃纵向冲击吸收能量达１３７Ｊ；②淬火后钢板从表面到心部的组织均为板条马氏体和
少量板条贝氏体，经５６０℃、５８０℃、６２０℃回火后，其组织为回火索氏体加板条贝氏体。综合起来
看，大厚度Ｑ６９０Ｄ钢板淬火后的回火温度以６２０℃最佳。
关键词：回火温度；大厚度Ｑ６９０Ｄ钢板；显微组织；力学性能
中图分类号：ＴＧ１４２．１；ＴＧ１５６．５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８１６９０（２０２０）０３０００１０４
ＥｆｆｅｃｔｏｆＴｅｍｐｅｒｉｎｇＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｏｎＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌ
ＰｒｏｐｅｒｔｙｏｆＬｏｗｃａｒｂｏｎＨｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈＨｅａｖｙＱ６９０ＤＳｔｅｅｌＰｌａｔｅ
ＺＨＥＮＧＪｉａｎｐｉｎｇ
（ＮａｎｊｉｎｇＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３５，ＪｉａｎｇｓｕＣｈｉｎａ）
《2024年高碳轴承钢纳米贝氏体组织与性能的研究》范文
《高碳轴承钢纳米贝氏体组织与性能的研究》篇一
一、引言
随着现代工业技术的不断发展，轴承作为机械设备中不可或缺的部件，其性能的优劣直接关系到整个设备的运行效率和寿命。高碳轴承钢作为轴承制造的主要材料，其组织与性能的研究显得尤为重要。近年来，纳米贝氏体组织在高碳轴承钢中的应用逐渐受到关注，其优异的力学性能和耐磨性能使得该组织成为轴承钢材料研究的重要方向。本文旨在研究高碳轴承钢纳米贝氏体组织的形成机制及其对材料性能的影响，为高碳轴承钢的优化设计和制造提供理论依据。
二、研究内容
1. 材料制备与实验方法
本研究选用高碳轴承钢为研究对象，通过调整热处理工艺，使材料形成纳米贝氏体组织。具体实验方法包括：材料制备、组织观察、力学性能测试、耐磨性能测试等。在组织观察方面，采用金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段，对材料的微观组织进行观察和分析。在性能测试方面，主要测试材料的硬度、抗拉强度、屈服强度、延伸率以及耐磨性能等。
2. 纳米贝氏体组织的形成机制
通过调整热处理工艺，高碳轴承钢中形成了纳米贝氏体组织。该组织的形成机制主要包括奥氏体化、贝氏体转变和回火过程。在奥氏体化过程中，碳原子扩散至晶界附近，形成富碳区；在贝氏体转变过程中，富碳区形成针状或板状的贝氏体铁素体；在回火过程中，碳原子进一步扩散，使贝氏体铁素体的晶格更加完善。此外，合金元素的添加也会对纳米贝氏体组织的形成产生影响。
3. 纳米贝氏体组织对高碳轴承钢性能的影响
纳米贝氏体组织的形成显著提高了高碳轴承钢的力学性能和耐磨性能。首先，纳米贝氏体组织的细小晶粒使得材料具有较高的硬度、抗拉强度和屈服强度；其次，该组织具有优异的耐磨性能，能够有效抵抗磨损和疲劳损伤；此外，合金元素的添加进一步提高了材料的综合性能。
三、结果与讨论
1. 微观组织观察结果
通过金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段，观察到高碳轴承钢中形成了纳米级别的贝氏体组织。该组织具有细小的晶粒和清晰的界面结构，表现出良好的晶体完整性。此外，合金元素的添加使得组织更加均匀，提高了材料的综合性能。
N含量对Cr-Mo-V系超低碳贝氏体钢组织性能和析出行为的影响
材料工程／２０１３年３期
Ｎ含量对Ｃｒ—Ｍｏ—Ｖ系超低碳贝氏体
钢组织性能和析出行为的影响
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｎｉｔｒｏｇｅｎ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ Ｂｅｈａｖｉｏｒ，
Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｒ—＿Ｍｏ—＿Ｖ
Ｕｌｔｒａ—ｌｏｗ Ｃａｒｂｏｎ Ｂａｉｎｉｔｉｃ Ｓｔｅｅ１
李晓林，蔡庆伍，余伟，张恒磊 （北京科技大学冶金工程研究院，北京１０００８３）
ＬＩ Ｘｉａｏ—ｌｉｎ，ＣＡＩ Ｑｉｎｇ—ｗｕ，ＹＵ Ｗｅｉ，ＺＨＡＮＧ Ｈｅｎｇ—ｌｅｉ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ
ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）
摘要：通过光学显微镜（ＯＭ）、扫描电子显微镜（ＳＥＭ）、透射电子显微镜（ＴＥＭ）和能谱仪（ＥＤＳ）等实验方法，研究了三种 不同Ｎ含量的超低碳贝氏体钢的显微组织和析出相的成分、尺寸、形貌以及分布等特征。结果表明：低氮含量的钢组织 为粒状贝氏体，高氮含量的钢组织为粒状贝氏体＋少量的针状铁素体。当实验钢中Ｖ／Ｎ比为３．４时，通过细晶强化和 沉淀强化综合作用，可以使材料的屈服强度和抗拉强度分别增加２３１ＭＰａ和９５ＭＰａ。与氮含量低的钢相比，高氮含量的 钢具有更细小的贝氏体铁素体板条亚结构，且析出相尺寸减小，体积分数增加。基体中存在两种尺寸的纳米级析出相：
一种尺寸在１Ｏ～１５ｎｍ之间，为Ｖ（Ｃ，Ｎ）析出相，弥散分布在贝氏体板条内部；另一种是含有Ｃｒ和Ｖ尺寸在１０ｎｍ以下， 具有面心立方结构的（Ｖ，Ｃｒ）（Ｃ，Ｎ）复合析出相。 关键词：超低碳贝氏体钢；沉淀强化；力学性能；纳米级析出相 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—４３８１．２０１３．０３．００４ 中图分类号：ＴＧ１４２．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００ｌ一４３８１（２０１３）０３—００１６－０６