貝氏體鋼（用于航空、船舶等領域的金屬材料）

基本介紹

金相圖像

貝氏體

分類

低溫貝氏體鋼

高碳、高硅鋼在低溫進行長達許多天的等溫轉變可以獲得極細小的貝氏體組織，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度高。低溫貝氏體鋼具有良好的綜合力學性能，是發(fā)展超級鋼、超細晶鋼和納米鋼鐵材料的途徑之一。

超細組織空冷貝氏體鋼

通過成分的合理控制和冷卻制度的優(yōu)化，并運用細晶強化、彌散強化等主要強韌化機制及其迭加效應，采用微合金變質處理，使奧氏體晶粒尺寸顯著減小，顯微組織明顯細化，碳化物彌散分布，促進多元微合金化，加入少量或微量，可形成隱晶或細針狀貝氏體的高品質貝氏體或高級貝氏體鋼。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。經回火處理后，消除了組織中部分殘余應力，組織明顯細化。

奧氏體-貝氏體復相鋼

鋼中奧氏體-貝氏體復相組織使鋼具有高強韌性能。該鋼在合金設計上充分考慮了碳在鋼中的強化作用和硅在貝氏體轉變過程中強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。該鋼 需要經過等溫淬火，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、硅等元素的過飽和固溶體，其亞結構為高密度位錯。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韌性。

S-系貝氏體鋼

該鋼組織特征為：經過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，產生第二相彌散強化作用。同時，未分解的殘留奧氏體由于熱穩(wěn)定化和機械穩(wěn)定化，具有很高的穩(wěn)定性，使組織中固溶強化、彌散強化、亞結構強化和相變強化等得到充分發(fā)揮，從而使鋼獲得超高強度。而回火時殘余應力的釋放、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域的重大成就，是發(fā)展超級鋼、納米鋼鐵材料的方向之之一。然而等溫淬火工藝及設備復雜、能源消耗大、產品成本高、淬火介質污染環(huán)境、生產周期長等，致使貝氏體鋼鐵材料在工程上的推廣應用受到限制。但低溫下長時間等溫處理可獲得超強貝氏體。

空冷處理

為了克服等溫處理的缺點，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。清華大學開發(fā)的準貝氏體鋼彌補了這種貝氏體鋼的缺點，成為近年來貝氏體鋼發(fā)展的主要方向。最近，國內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程中的概念, 近年來發(fā)展成為一種高效、節(jié)能的熱處理方法，熱處理時通過控制冷卻可獲得所設計的組織，提高鋼的性能。對鋼的控軋控冷研究證明，控制冷卻在鋼化學成分適宜時會促進強韌的低碳貝氏體形成?？刂评鋮s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，根據具體工藝環(huán)境和限定條件來確定。

等溫淬火熱處理

這實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，通過控制冷卻，在高溫區(qū)快冷避開珠光體轉變，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變區(qū)營造一個“準等溫環(huán)境”，實現鋼中貝氏體轉變。利用控軋和控冷相結合，馳豫過程可以充分細化組織，大幅度提高強度和韌性，從而制備出超細晶高強度貝氏體鋼。此加工工藝具有操作簡單、成本低和生產效率高等優(yōu)點 , 是生產貝氏體鋼加工工藝的發(fā)展方向。

應用

貝氏體

磨球是廣泛應用于礦山、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，一直是國內外研究的熱點之一。國內外廣泛應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，通過獨特工藝，使材料空冷自硬，達到優(yōu)異性能，明顯優(yōu)于國內外同類產品。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)格磨機和各種惡劣環(huán)境下，長期穩(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。但高錳鋼起始硬度低，使用時多數情況下因沖擊載荷不足而遠未發(fā)揮其性能潛力，故耐磨性差，使用壽命較短。

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

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，壽命過短；塑料及陶瓷管材價格過于昂貴；鋼管 內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；生產工藝簡單；成本低，價格合理。?

貝氏體

調質鋼存在兩大問題。一是調質工藝較復雜，淬火加高溫回火，所用熱處理費用較高，并有氧化脫碳、變形及裂紋等淬火缺陷。另一個是淬透性問題，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，則達不到調質的作用。

貝氏體非調質鋼是用普通元素進行合金化，鍛軋空冷后即達到調質鋼的性能。貝氏體非調質鋼，含碳量低，韌性好，強度高，尤其是在韌性上顯著高于由碳氮化物強化的微合金非調質鋼，能很好地用于各類 較大載荷的結構件，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)良的強韌性配合，故提高前軸質量及壽命，因此，對汽車前軸這類關鍵的保安件來說，采用空冷貝氏體鋼制造，不僅經濟效益 顯著，而且對安全、可靠地保證汽車質量有重要意義。