貝氏體鋼（用于航空、船舶等領(lǐng)域的金屬材料）

基本介紹

金相圖像

貝氏體

分類

低溫貝氏體鋼

高碳、高硅鋼在低溫進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)許多天的等溫轉(zhuǎn)變可以獲得極細(xì)小的貝氏體組織，其由極薄的貝氏體鐵素體板條和板條間富碳的殘余奧氏體薄膜組成，稱為低溫貝氏體組織，這種貝氏體鋼的極限拉伸強(qiáng)度高。低溫貝氏體鋼具有良好的綜合力學(xué)性能，是發(fā)展超級(jí)鋼、超細(xì)晶鋼和納米鋼鐵材料的途徑之一。

超細(xì)組織空冷貝氏體鋼

通過(guò)成分的合理控制和冷卻制度的優(yōu)化，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，使奧氏體晶粒尺寸顯著減小，顯微組織明顯細(xì)化，碳化物彌散分布，促進(jìn)多元微合金化，加入少量或微量，可形成隱晶或細(xì)針狀貝氏體的高品質(zhì)貝氏體或高級(jí)貝氏體鋼。該貝氏體鋼顯微組織為貝氏體、馬氏體、碳化物和殘余奧氏體。經(jīng)回火處理后，消除了組織中部分殘余應(yīng)力，組織明顯細(xì)化。

奧氏體-貝氏體復(fù)相鋼

鋼中奧氏體-貝氏體復(fù)相組織使鋼具有高強(qiáng)韌性能。該鋼在合金設(shè)計(jì)上充分考慮了碳在鋼中的強(qiáng)化作用和硅在貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中強(qiáng)烈抑制碳化物析出的作用，而且加入能防止石墨化并提高淬透性的物質(zhì)。該鋼 需要經(jīng)過(guò)等溫淬火，其顯微組織特征為：鋼中的碳全部固溶于貝氏體鐵素體和奧氏體中，不析出碳化物；基體組織貝氏體鐵素體是含碳、硅等元素的過(guò)飽和固溶體，其亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯(cuò)。富碳奧氏體穩(wěn)定性高，以薄膜狀均勻分布于貝氏體，鐵素體，板條之間，與貝氏體鐵素體交替均勻排列。因此該類鋼具有良好的強(qiáng)韌性。

S-系貝氏體鋼

該鋼組織特征為：經(jīng)過(guò)低溫回火在板條馬氏體中和貝氏體鐵素體間都 析出了彌散分布的ε-碳化物，產(chǎn)生第二相彌散強(qiáng)化作用。同時(shí)，未分解的殘留奧氏體由于熱穩(wěn)定化和機(jī)械穩(wěn)定化，具有很高的穩(wěn)定性，使組織中固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化和相變強(qiáng)化等得到充分發(fā)揮，從而使鋼獲得超高強(qiáng)度。而回火時(shí)殘余應(yīng)力的釋放、回火馬氏體的形成以及一定量穩(wěn)定殘留奧氏體的存在，又使鋼的塑韌性得到顯著改善。

加工工藝

等溫處理

等溫處理獲得貝氏體鋼鐵材料是鋼鐵冶金領(lǐng)域的重大成就，是發(fā)展超級(jí)鋼、納米鋼鐵材料的方向之之一。然而等溫淬火工藝及設(shè)備復(fù)雜、能源消耗大、產(chǎn)品成本高、淬火介質(zhì)污染環(huán)境、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等，致使貝氏體鋼鐵材料在工程上的推廣應(yīng)用受到限制。但低溫下長(zhǎng)時(shí)間等溫處理可獲得超強(qiáng)貝氏體。

空冷處理

為了克服等溫處理的缺點(diǎn)，材料工作者采用鑄后空冷的方法制備了一種貝氏體鋼, 但為了獲得較多的貝氏體必須加入銅、鉬、鎳等貴重合金，這不但成本高，而且韌性也較差。清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的準(zhǔn)貝氏體鋼彌補(bǔ)了這種貝氏體鋼的缺點(diǎn)，成為近年來(lái)貝氏體鋼發(fā)展的主要方向。最近，國(guó)內(nèi)又研究了正火貝氏體鋼。

控制冷卻處理

控制冷卻原是鋼材控制軋制工藝過(guò)程中的概念, 近年來(lái)發(fā)展成為一種高效、節(jié)能的熱處理方法，熱處理時(shí)通過(guò)控制冷卻可獲得所設(shè)計(jì)的組織，提高鋼的性能。對(duì)鋼的控軋控冷研究證明，控制冷卻在鋼化學(xué)成分適宜時(shí)會(huì)促進(jìn)強(qiáng)韌的低碳貝氏體形成。控制冷卻常用的方式有壓力 噴射冷卻、層流冷卻、水幕冷卻、霧化冷卻、噴淋冷卻、板湍流冷卻、水-氣噴霧冷卻和直接淬火等8種。它們各有優(yōu)勢(shì)，根據(jù)具體工藝環(huán)境和限定條件來(lái)確定。

等溫淬火熱處理

這實(shí)際是控制冷卻的特例，因此，借鑒等溫淬火和控制熱處理的思想，通過(guò)控制冷卻，在高溫區(qū)快冷避開(kāi)珠光體轉(zhuǎn)變，在中溫區(qū)緩慢冷卻(保溫)，以一定手段如爐中恒溫在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)營(yíng)造一個(gè)“準(zhǔn)等溫環(huán)境”，實(shí)現(xiàn)鋼中貝氏體轉(zhuǎn)變。利用控軋和控冷相結(jié)合，馳豫過(guò)程可以充分細(xì)化組織，大幅度提高強(qiáng)度和韌性，從而制備出超細(xì)晶高強(qiáng)度貝氏體鋼。此加工工藝具有操作簡(jiǎn)單、成本低和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn) , 是生產(chǎn)貝氏體鋼加工工藝的發(fā)展方向。

應(yīng)用

貝氏體

磨球是廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、電力、建材和化工等行業(yè)的重要易耗件。如何降低磨耗和破碎率，一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的磨球材料有高碳低合金鋼球和低鉻、中鉻及高鉻鑄鐵球、中碳合金鑄鐵球、擠壓球等，但均未能很好地解決磨球硬度與韌性、磨球淬透性與合金元素含量這兩對(duì)矛盾。通常是硬度高而韌性差，破碎率高。

貝氏體鋼磨球很好地解決了上述難題，用普通元素和微量合金化，通過(guò)獨(dú)特工藝，使材料空冷自硬，達(dá)到優(yōu)異性能，明顯優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品。硬度高而均勻，破碎率極低, 粉磨效率高, 成本低?？稍诟鞣N規(guī)格磨機(jī)和各種惡劣環(huán)境下，長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。

高硬度高耐磨低合金貝氏體鑄鋼

耐磨鑄鋼件多用高錳鋼鑄件, 高錳鋼常溫下為奧氏體組織，韌性好, 且在使用 中加工硬化作用強(qiáng)。但高錳鋼起始硬度低，使用時(shí)多數(shù)情況下因沖擊載荷不足而遠(yuǎn)未發(fā)揮其性能潛力，故耐磨性差，使用壽命較短。

貝氏體鑄鋼通過(guò)特殊的冷卻工藝，得到貝氏體和馬氏體的復(fù)相組織，具有很高的強(qiáng)韌性配合，性能明顯優(yōu)于同類產(chǎn)品。適用于制造各種礦 山、建材和發(fā)電等行業(yè)的粉碎與制粉設(shè)備的耐磨件，如襯板、齒板、沖擊錘、鏟齒、護(hù)鉤和護(hù)甲等產(chǎn)品。具有硬度高，成本低，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

耐磨傳輸管材

冶金、礦山、選礦廠、洗煤廠和發(fā)電等行業(yè)對(duì)各種大口徑傳輸耐磨管需求量很大，但這類傳輸管使用環(huán)境惡劣，要求管材耐磨、抗沖刷，且焊接性能良好，所用材料效果均很不理想。低合金鋼硬度很低，耐磨性能很差，壽命過(guò)短；塑料及陶瓷管材價(jià)格過(guò)于昂貴；鋼管 內(nèi)表面噴涂石料則體積笨重、性能不穩(wěn)定。

貝氏體離心鑄管則具有顯著的優(yōu)越性：高硬度，耐磨性及韌性好，抗沖刷；焊接性能良好；生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單；成本低，價(jià)格合理。?

貝氏體

調(diào)質(zhì)鋼存在兩大問(wèn)題。一是調(diào)質(zhì)工藝較復(fù)雜，淬火加高溫回火，所用熱處理費(fèi)用較高，并有氧化脫碳、變形及裂紋等淬火缺陷。另一個(gè)是淬透性問(wèn)題，其淬透性隨合金元素含量的增加而增大。若不能滿足淬透性要求，則達(dá)不到調(diào)質(zhì)的作用。

貝氏體非調(diào)質(zhì)鋼是用普通元素進(jìn)行合金化，鍛軋空冷后即達(dá)到調(diào)質(zhì)鋼的性能。貝氏體非調(diào)質(zhì)鋼，含碳量低，韌性好，強(qiáng)度高，尤其是在韌性上顯著高于由碳氮化物強(qiáng)化的微合金非調(diào)質(zhì)鋼，能很好地用于各類 較大載荷的結(jié)構(gòu)件，如軸、連桿等。貝氏體鋼制造汽車前軸，由于空冷淬透性好，可免去淬火工序，不僅節(jié)省能源，降低成本，也避免了由于淬火引起的變形、開(kāi)裂及脫碳等缺陷，冷、熱加工性能良好，而且由于有優(yōu)良的強(qiáng)韌性配合，故提高前軸質(zhì)量及壽命，因此，對(duì)汽車前軸這類關(guān)鍵的保安件來(lái)說(shuō)，采用空冷貝氏體鋼制造，不僅經(jīng)濟(jì)效益 顯著，而且對(duì)安全、可靠地保證汽車質(zhì)量有重要意義。