一种超高强度贝氏体钢的研制.pdf

第29卷第6期
钢铁
Vo1.29,No,6
1994年6月
IRON AND STEEL
ゴune1994
种超高强度贝氏体钢的研制
刘晓孟样康陈大明周鹿宾康沫狂
(西北工业大学)
设计了一种具有优良综合力学性能的中碳Si-Mn-Mo系超强度贝氏休钢。给出了成分一性能
关系。汎定了cCT图,考察了低温回火对性能的影响。组织分析表明,该钢在轧态下是一类以无
碳化物的特殊贝氏体一准贝氏体为主的组织,此种组织的获得是设计钢种具有超高强度及良好
塑性配合的主要成因。
DESIGN OF A NEW ULTRA-HIGH
STRENGTH BAINITIC STEEL
Liu Xiao Meng Xiangkang Chen Dam
zhou Lubin Kang Mokuanp
Northwestern Poly technical University
A new ultra-high strength bainitic stecl of middle-carbon Si-mn-mo alloy system is desi-
gned by the authors, which has good combnation of strength, toughness and
com position-mechanical properties telatoinships of the steel ate given in this paper. Further
more, the CCT diagram of the steel are determined, the influence of low-tcmperature-tcmpcring
on the mechanical properties of the steel is investigated, The morpho logy analysis shows that
the dominant microstructure of the steel after rolling is a type of peculiar
e, metabainite, which is responsible for the ultra-high strength as well as good toughness and
plastisity of the steel
自50年代 Irvine及 Pickering等的早期氏体钢,可用作高强度建筑钢筋、紧固螺
工作〔1以来,贝氏体钢的研制与应用已有了栓、紧固件及轴类等。
令人嘱目的进展。得益于几十年来对贝氏体
合金设计思想
相变与贝氏体組织基础理论的深入不解的研
成分设计首先面临的是如何在较宽的冷
究〔2、材料工作者们已日益清醒地意识到速范围内得到钢的中温转变产物一贝氏体组
了贝氏体组织工艺和性能的优越性。贝氏体织。合金元素能极有效地推迟高温转变而
铜将有可能代替其他钢种而成为一类主要的对贝氏体转变几乎元影响。故铝是贝氏体钢
结构钢种,不仅是愿望,很快成为现实,也经常使用的合金元素楽〔3)。但价格昂黄,出
是可以预期的。然而必须注意到,已发展起于经济性原则,因而在设计中考虑到了应尽
来的各种贝氏体钢大都为中低强度级别,高量降低钼量。硼的作用和钼类似,极少量
强度尤其是超高强度领域,则儿乎未见涉(如0.002%)的硼就能使高温转变区大大推
足。本文阐述了贝氏体钢合金设计的思想,迟且使贝氏体区変得扁平(83)。大多数贝氏体
并设计出一种具有很高的强度和良好的初塑钢都含硼。但由于共治金的原因,故本钢种
性配合的热轧中碳Si-Mn-Mo系超高强度贝未加硼。以前认为,锰同肘推迟高温转变和
联系人刘晓,博士生,西交(710072)西北工业大学
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994年第6期
贝氏体转变,且对后者作用更刷烈。实际
2.试验过程
上,在中碳高锰时,甚至没有其他元素,仍
试验用钢在空气感应炉中嫆炼而得,轧
可使贝氏体区“露出”在高温转变区之态性能及A量见表1。铸锭剥皮后在某厂钢
左〔4り。而锰又是相当便宜的合金元素,故设筋生产线上轧制成14mm直条后空冷,以此
计钢种中加入了高锰以降低钼量。高锰的加作为各项试验的还料。拉伸试样为d=8mm
人也基于其对强度的贡献:锰作为置换溶质的10倍试样。将坯料先经650℃×3h回火软
元素对强度略有增加,但它可明显压低贝氏化,粗加工后进行930℃正火热处理再磨制
体相变点而起细化组织、增加贝氏体铁素体并开口成为标准神击试样(V型)。坯料经
基体的固溶碳景以及增加位错樒度等作用而820℃x2h回火后加工成同样的拉伸试样
?致强度的明显提高。
及冲击试样,以测试低温回火后的性能。金
磯以其对CCT图、强度及韧性以及工艺相试样的腐蚀剂为2%硝酸酒精。在 Forma-
性能的巨大影旳而成为设计中须解决的主ster-)型热膨彯仪上测定设计钢种的CCT
要矛盾。磯对强度的贡献最大(以间隙固溶出线。试样尺寸为3Xx10mm(测试前试样
强化方式最为有效,磯化物强化的效应依赖已经1200℃x24h均匀化退火)。在H一800
于共存在方式),但対韧塑性及焊接性影响最型透射电镜上进行薄膜TEM观察。Ak量采
坏,而且它也是推迟C曲线及压低M:点最厉用直流磁性测量仪测定,试样尺寸为φ10
害的元素。作者在设计中对这一矛质的考虑30m,标样取自第15炉钢(650℃x2h
是:通合金化使碳在相变过程中不能析出回火后空冷而得)。
碳化物而主要以固溶方式存在于基体,这样
3.结果及分析
可对强度产生最大的贡献,以便在保证超高
3·1成分-性能关系
强度的前提下尽最降低碳貴,从而在较大冷
表1给出了各炉钢的轧态力学性能(冲
速下也不致产生大最的马氏体组织而获得较击值为930℃正火态性能)。恨据表中的数
好的韧塑性,甚至有可能使其成为可焊钢种。据。对钠的成分及性能进行了逐步回归分
在此意义上,硅的加入成为本钢种成分及析,得到如下的成分一性能关系
织设计的一个重要特点。硅?贝氏体组织的
.:(MPa)=-7717+239vC
形态有重要影响。它作为强烈阻碍蹤化物形
-15290C+189Mn
成元素,使含硅钢住贝氏体相变过程中不析
+656Si-2012(CxSi)
出(或极少析出)碳化物而形成一·类特殊的贝
o(MPa)--22418+19980C+264Mn
氏体组织,即所谓的贝氏体5)。典型形
363Mo+741S
貌为成束平行排列的板条状贝氏体素体及
9022(CxSi)
其间或内部分布的残余奥氏休(4:)薄膜
-4.692(Si Mn)
Aa対钢的力学性能影响极大B,つ,本文的
81o(%)=2.849+102.86C+5,223S2
作者们认为,在一定条下,可以使A-对钢
72.73(CxSi)
的性能生很好的影响,准贝氏体这类组织
0.481(Si Mn)
正是庙于其中A:的良好作用以及不存在碳
(%)=174.0-74.8Si
化物面具有优异的综合力学性能〔8)。
+22.15Si2-111