超低碳貝氏體鋼中合金元素的作用.doc

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1、超低碳貝氏體鋼中合金元素的作用含碳量很低的貝氏體鋼具有優(yōu)良的強(qiáng)韌綜合性能，主要原因是極低含碳量能降低或消除貝氏鐵素基體中的滲碳體，因此鋼的韌性能得到改善。為了保證貝氏體轉(zhuǎn)變的充分性，同時(shí)盡量避免產(chǎn)生馬氏體，低碳貝氏體鋼中應(yīng)該適量添加其他合金元素。大量的研究推進(jìn)了這種認(rèn)識(shí)，并導(dǎo)致所謂的ULCB(ultralowcarbonbainite)鋼的發(fā)展。該類鋼具有優(yōu)良的韌性，強(qiáng)度和焊接等綜合性能，并已經(jīng)應(yīng)用于極地和海底環(huán)境的高強(qiáng)管線。ULCB鋼起源于瑞典實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出來(lái)的“強(qiáng)可焊性鋼”，最初這類鋼的典型成分是0.10～0.16C，0.6Mn，0.4Si，0.35～0.

2、60Mo和0.0013～0.0035B(%)。少量的Mo和B抑制了多邊形鐵素體的形成，但對(duì)轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)有一定的影響。結(jié)果使得“強(qiáng)可焊性鋼”在較寬的冷速范圍內(nèi)可獲得完全貝氏體組織。C含量控制到0.01%～0.03%，保證了ULCB鋼的成功開發(fā)。低的C含量應(yīng)該能夠確保不會(huì)由于貝氏體相變不完全而形成馬氏體的前提下，又足以與微合金元素Nb發(fā)生反應(yīng)形成NbC。有研究表明，由于C含量降低造成的馬氏體體積分?jǐn)?shù)的減少而改善了鋼材的韌性，從而不會(huì)造成大的強(qiáng)度損失。然而，應(yīng)該注意到C含量不應(yīng)當(dāng)?shù)陀?.01%，否則將不能形成足夠的NbC，致使韌性惡化。由于C含量的大幅降低，最新開發(fā)

3、的ULCB鋼都采用了Nb、Ti和B復(fù)合微合金化。研究表明，單獨(dú)加入B時(shí)，通常會(huì)在軋后奧氏體晶界沉淀析出Fe23(CB)6，從而顯著降低B的強(qiáng)化效果，造成γ→α的轉(zhuǎn)變不能得到有效抑制，因此鋼中加入Nb來(lái)阻止Fe23(CB)6的形成，因?yàn)镹b更易與C結(jié)合，隨著溶解的Nb含量的增加，形成貝氏體的傾向也大大增加了。Nb的適量溶解可以穩(wěn)定奧氏體并表現(xiàn)出和B復(fù)合添加促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變的效果。Nb和B的聯(lián)合作用機(jī)理可以這樣描述：首先，Nb可以有效地阻礙變形γ的再結(jié)晶，如此通過阻止由于再結(jié)晶而形成新的晶界來(lái)使γ晶界穩(wěn)定，這就使得B有足夠的時(shí)間擴(kuò)散到γ晶界附近，從而增加了γ的淬透

4、性。其次，Nb能夠降低C在γ中擴(kuò)散率及活度，因此，γ中溶解的Nb可以保護(hù)B，而不至于形成B的碳化物，如Fe23(CB)6。第三是γ中溶解Nb本身對(duì)于抑制γ→α轉(zhuǎn)變有相當(dāng)大的影響。由于Nb在γ中的溶解極限是0.03%，故典型的ULCB鋼中Nb含量通常高于0.04%。在ULCB鋼中，Ti完全固定了鋼中的N，因此，所有加入的B在軋制前的加熱中得到了溶解。隨著B含量的增加，強(qiáng)度得到提高，結(jié)果組織中的貝氏體體積分?jǐn)?shù)增加，而且，當(dāng)B含量超過0.002%時(shí)的抗拉強(qiáng)度指標(biāo)趨于穩(wěn)定。但是，當(dāng)B含量超過0.001%時(shí)，低溫韌性急劇惡化。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因被推斷是由于隨著B含量的

5、增加引起了在γ晶粒邊界和γ晶粒內(nèi)的B偏析造成的。在添加0.003%B的鋼中可以觀察到Fe23(CB)6的沉淀析出。因此，可以認(rèn)為當(dāng)加入B含量超過0.003%時(shí)是無(wú)效的。合金元素Cu對(duì)ULCB鋼的相變點(diǎn)Ac1、Ac3有明顯的影響，隨著鋼中Cu的增加，相變點(diǎn)Ac1、Ac3均呈下降趨勢(shì)；貝氏體轉(zhuǎn)變開始溫度(Bs)及轉(zhuǎn)變完成溫度(Bf)也顯著降低。這主要是由于Cu的加入推遲鋼的γ→α轉(zhuǎn)變所致。