低碳超高强度贝氏体钢的组织细化.doc

/ 百科焊接 贝氏体钢与低碳超高强度组织细化 二九年六月二十七日星期六（百科焊接） 作者：mritang 对系列低碳、超高强度贝氏体钢(LCUHSBS) ,通过有效地控制相变温度、冷却速率与回火参数,贝氏体铁素体(BF) 含碳量增加、组织细化、碳化物消除以及存在高稳定性、高体积分数的膜状残余奥氏体(AR ) 。利用AFM、SEM等分析并测试了贝氏体钢的显微组织与晶粒尺寸,结果表明,板条束内含有若干大致平行的BF 板条,而每一板条由许. / 百科焊接社区多切变单元组成;切变单元进一步又分成大量超细亚结构,其直径约为18nm。如此细化的显微组织确保了贝氏体钢在超高强度条件下,冲击吸收能成倍提高。低碳贝氏体钢与普通合金钢相比,韧性更好,强度范围更宽,甚至能达到超高强度级别,故其应用范围广泛,尤其是能满足国防工业的特殊需要,而且价格不到二次硬化马氏体时效钢的1P30。随相变与回火温度降低,贝氏体转变速率增大、组织细化、块状残余奥氏体(AR ) 消失、膜状AR 更加均匀化且含碳量增加、贝氏体铁素体(BF) 位错密度增大以及AR 稳定性提高。特别,AR 体积分数随晶粒尺寸的减小而增加。由于镍合金的原始奥氏体晶粒尺寸小于锰合金,显然前者AR 体积分数较大2 。 在提高贝氏体钢的韧塑性方面,目前最有效的途径是通过添加硅元素强烈地抑制碳化物的形成。一旦铁素体板条中有碳化物析出,则随相变温度的降低,贝氏体钢的冲击吸收能与断面收缩率均会降低 。其次,从BF 中析出的碳富集在AR 中,使其在室温条件下长期稳定。再者,与含锰合金相比,镍合金之所以组织明显细化,根本原因在于原奥氏体晶粒尺寸小且膜状AR 含碳量高、分布均匀,而这有利于显著提高AR 的稳定性以及钢的韧塑性2 。第四,BF板条间的AR 薄膜非常稳定,不易分解为马氏体2 ,而这又利于钢的韧塑性进一步提高。 最近,通过加入0198wt %的碳,Bhadeshia 已将贝氏体钢的强度提高到2500MPa 并使BF 板条厚度细化到2040nm ,用这种钢制造的坦克装甲的综合性能已超过钛合金,并十分逼近超强铝合金4 。但迄今为止,鲜有关于铁素体板条内部精细结构的分析报道。1 实验材料和方法实验用系列贝氏体钢采用50kg 真空炉熔炼。开坯后锻打并加工成012m) ,最大冲击吸收功也仅为58 J 9 。在分析显微组织与力学性能间关系时,Bhadeshia 认为强度的2P3来自于铁素体板条的细化,其余部分则是林位错、基体晶格强化和固溶强化所致。由于贝氏体长大期间会产生大量缺陷,绝大部分碳原子依然聚集在缺陷附近,不会发生沉淀而形成脆性渗碳体4 。因此,相变过程中产生的大量缺陷同Si 元素一样也是抑止脆性渗碳体形成的重要因素。 Bhadeshia 还通过添加大于115wt %硅并采取低于550 的回火工艺,获得由BF、高含碳量的AR 以及部分马氏体复合的独特组织。这种无碳化物贝氏体的优点已为少数学者所认同10 ,但未被人们普遍接受。 本文除优化设计钢的成分配比外,还研究了热处理工艺的改善对显微组织与力学性能的影响,不仅AR薄膜分割的铁素体板条厚度小,而且板条细分成大量的切变单元和直径小于18nm的超细晶粒,从而获得强韧性的良好结合,在超高强度(1500MPa) 条件下V 型缺口冲击吸收功成倍提高(Akv 185J ) 6 。 在无碳化物的贝氏体钢中,显微组织的细化对提高强度起着非常重要的作用。特别,铁素体板条与AR 薄膜边界是位错运动的主要障碍,对强度的提高到补偿作用2 。仅通过热处理工艺的优化,进一步细化了显微组织并增加了铁素体与AR 间的边界面积,使贝氏体钢的抗拉强度提高300MPa 左右。因此,本文中晶粒细化的强化与韧化作用得到充分发挥6 。4 结论1) 对低碳超高强度贝氏体钢,加入适当的硅元素能完全抑制脆性渗碳体的析出,这对改善钢的韧性非常有利,使冲击吸收功成倍提高;2) 通过有效地控制相变温度、冷却速率与回火参数等,将钢中超细亚结构尺寸细化到18nm 以下并增加了铁素体与AR 间的边界面积,结果抗拉强度提高300MPa ;3) 在AR 薄膜弥散分布方面,其方向上的弥散分布是一个不可忽视的重要因素,同时