低碳貝氏體鋼是以鉬鋼或鉬硼鋼為基礎(chǔ)，同時(shí)加入錳、鉻、鎳以及其他微合金化元素(鈮、鈦、釩)，從而開發(fā)出一系列低碳貝氏體鋼種。這類鋼的含碳量多數(shù)控制在0.16%以下，最多不應(yīng)超過0.120%[3]。由于低碳貝氏體組織鋼比相同含碳量的鐵素體-珠光體鋼具有更高的強(qiáng)度，因此，低碳貝氏體鋼種的研發(fā)將成為發(fā)展屈服強(qiáng)度為450～800MPa級別鋼種的主要途徑。低碳貝氏體鋼中主要添加的合金元素及其作用如下:
(1)碳元素是強(qiáng)間隙固溶強(qiáng)化元素，可提高強(qiáng)度，但不能依靠其提高強(qiáng)度。盡量降低含碳量，即保持一定的韌性，也為了獲得良好的焊接性。
(2)鉬元素能夠使鋼在空冷條件下獲得貝氏體組織。鉬元素使鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線中的鐵素體析出出現(xiàn)明顯右移，但并不明顯推移貝氏體轉(zhuǎn)變，所以過冷奧氏體得以直接向貝氏體轉(zhuǎn)變，而在此前沒有或者只有部分先共析鐵素體析出，這樣也就不再發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。
(3)利用微量硼元素，使鋼的淬透性明顯增加。鉬硼復(fù)合作用使過冷奧氏體向鐵素體的等溫轉(zhuǎn)變曲線進(jìn)一步右移，使貝氏體轉(zhuǎn)變開始線明顯突出。為了在空冷條件下得到全部低碳貝氏體組織，鉬硼復(fù)合作用十分有效。
(4)硅元素是固溶強(qiáng)化元素，使貝氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生在更低的溫度，并使貝氏體轉(zhuǎn)變C曲線右移。
(5)加入其它能夠增大鋼過冷能力的元素，如錳、鉻、鎳等，以進(jìn)一步增大鋼的淬透性，促使貝氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生在更低的溫度，目的是獲得下貝氏體組織，增加其強(qiáng)度。
(6)加入強(qiáng)碳化物形成元素，即微合金化，以保證進(jìn)一步細(xì)化晶粒。同時(shí)，微合金化也可以產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化效果。
奧氏體化的鋼過冷到Bs(約550℃)至Ms溫度范圍等溫，將產(chǎn)生貝氏體轉(zhuǎn)變，也稱中溫轉(zhuǎn)變。它是介于擴(kuò)散性珠光體轉(zhuǎn)變和非擴(kuò)散性馬氏體轉(zhuǎn)變之間的一種中間轉(zhuǎn)變。在貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)域沒有鐵原子的擴(kuò)散，而是依靠切變進(jìn)行奧氏體向鐵素體的點(diǎn)陣重構(gòu)，并通過碳原子的擴(kuò)散進(jìn)行碳化物的沉淀析出。一般貝氏體轉(zhuǎn)變會形成3種貝氏體組織:上貝氏體、下貝氏體、粒狀貝氏體。上貝氏體的形成溫度較高，呈羽毛狀，性能較差;下貝氏體的形成溫度低，其中鐵素體片較細(xì)，且是位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，碳化物的彌散度也大，呈針狀，性能優(yōu)良;粒狀貝氏體的形成溫度最高，是由塊狀鐵素體和島狀的富碳奧氏體所組成，性能優(yōu)良。
由不同冷卻速率下的低碳貝氏體鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線示意圖可知，對于鉬鋼，V1將發(fā)生鐵素體轉(zhuǎn)變，V2發(fā)生上貝氏體轉(zhuǎn)變，V3發(fā)生下貝氏體轉(zhuǎn)變。而對于鉬硼鋼，其過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線明顯右移，表明在較低的冷卻速率下可發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。所以，低碳貝氏體鋼必須控制軋制與控制冷卻工藝，特別是嚴(yán)格地控制冷卻工藝，才能得到細(xì)小的貝氏體組織，以保證獲得優(yōu)良性能。