國(guó)外低碳貝氏體鋼研究現(xiàn)狀

  國(guó)外學(xué)者根據(jù)貝氏體相變理論對(duì)貝氏體鋼進(jìn)行了大量的研究,設(shè)計(jì)了不同成分的鋼種和生產(chǎn)工藝,形成了不同系列的貝氏體鋼,大大推動(dòng)了貝氏體鋼的發(fā)展及其應(yīng)用。

  20世紀(jì)50年代,英國(guó)人P.B.Pickering等發(fā)明了Mo2B系空冷貝氏體鋼。Mo與B的結(jié)合可以使鋼在相當(dāng)寬的連續(xù)冷卻速度范圍內(nèi)獲得貝氏體組織。由于生產(chǎn)成本較高,因此該鋼種的發(fā)展受到一定限制。

  日本東京鋼公司研制了低碳含V貝氏體非調(diào)質(zhì)鋼,該鋼鍛后空冷得到以貝氏體為主及少量鐵素體和珠光體的顯微組織,其抗拉強(qiáng)度達(dá)到800~1000MPa,室溫沖擊韌性為50J/cm2,而-40℃沖擊韌性仍高達(dá)40J/cm2。日本新日鐵公司在貝氏體非調(diào)質(zhì)鋼的研究開(kāi)發(fā)中多添加微合金化元素,這類鋼在很寬的冷卻速度范圍內(nèi)都可獲得貝氏體組織,并可獲得更好的低溫性能,適合于強(qiáng)度高、韌性好的汽車(chē)行走系部件。

  F.G.Caballelo等在設(shè)計(jì)高強(qiáng)度貝氏體鋼的研究中,設(shè)計(jì)了Fe20.2C22Si23Mn和Fe20.4C22Si24Ni兩種鋼成分。研究發(fā)現(xiàn),F(xiàn)e20.2C22Si23Mn貝氏體鋼表現(xiàn)出良好的斷裂韌性,強(qiáng)度可以達(dá)到1375~1440MPa;而增加碳含量,即Fe20.4C22Si24Ni成分的貝氏體鋼強(qiáng)度可達(dá)1500~1840MPa,其斷裂韌性稍低,但仍然要高于高強(qiáng)度馬氏體鋼。這兩種鋼均需回火處理。美國(guó)聯(lián)邦鐵路管理局與Tuskegee大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的低碳貝氏體鋼軌鋼,其極限強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率分別為1500MPa、1100MPa和13%,比相同條件下的珠光體鋼性能要高,且具有良好的斷裂韌性(KIc=150MPa.m1/2),其值是相同條件下珠光體鋼斷裂韌性的115倍。

  低碳微合金化控軋控冷貝氏體鋼研制成功后,受到工程界的注意,逐步得以推廣應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上發(fā)展了超低碳的控軋控冷貝氏體鋼(ULCB鋼,含碳量小于0.05%)。McEvily于1967年研制出采用Mn、Mo、Ni、Nb合金化的ULCB鋼,經(jīng)熱機(jī)械控制(TMCP)處理后,屈服強(qiáng)度達(dá)到700MPa,且具有良好的低溫韌性和焊接性能。日本鋼鐵公司研制了X70和X80超低碳控軋貝氏體鋼,其屈服強(qiáng)度高于500MPa,脆性轉(zhuǎn)變溫度(FATT)小于-80℃,它既可以作為低溫管線鋼,也可作為艦艇系列用鋼。DeArDo等開(kāi)發(fā)出ULCB2100型超低碳貝氏體中厚鋼板(含碳量低于0.03%),通過(guò)控軋控冷處理和高度合金化實(shí)現(xiàn)細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化與位錯(cuò)強(qiáng)化的綜合作用。該鋼種以80%累積變形量進(jìn)行精軋并隨后空冷,其屈服強(qiáng)度可高達(dá)700MPa,且FATT可提高到-50℃。

  巴西學(xué)者通過(guò)模擬高強(qiáng)低合金貝氏體鋼的控軋控冷工藝過(guò)程,研究了控軋控冷工藝參數(shù)對(duì)其微觀組織和力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)軋制后冷卻速率與終軋溫度是主要的控制工藝參數(shù)。波蘭學(xué)者研究了在熱軋、淬火及回火加工條件下超低碳貝氏體鋼的微觀組織與力學(xué)性能,研究表明,可以獲得屈服強(qiáng)度大于650MPa、低溫沖擊性能為200J(213K)的應(yīng)用于造船、海上石油鉆采平臺(tái)、壓力容器及高性能結(jié)構(gòu)部件的超低碳貝氏體鋼板。

  近代工業(yè)發(fā)展對(duì)熱軋非調(diào)質(zhì)鋼板的性能要求越來(lái)越高,除了具有高強(qiáng)度外,還要具有良好的韌性、焊接性能及低的冷脆性。目前世界上許多國(guó)家都利用(超)低碳的控軋控冷貝氏體鋼生產(chǎn)高寒地區(qū)使用的輸油、輸氣管道用鋼板、低碳含鈮的低合金高強(qiáng)度鋼板、高韌性鋼板,以及造船板、橋梁鋼板、壓力容器用鋼板等。