准贝氏体高强耐磨钢的开发和工艺研究
发表日期：2007-1-10 阅读次数：505
摘要:研究在典型贝氏体钢的成分基础上加入阻止碳化物析出的元素Si，开发出以贝氏体铁素体(BF)和残余奥氏体(AR)组成的准贝氏体组织的高强耐磨钢，在适当的工艺下钢板可获得最佳的综合性能，具有良好的强韧性、耐磨性和焊接性。

关键词: 准贝氏体典型贝氏体贝氏体铁素体残余奥氏体耐磨性
1 概述
高强度耐磨钢作为一类重要的钢铁材料，广泛应用于矿山机械、车辆船舶、桥梁、煤机等行业。

随着我国国民经济的迅速发展，对高强度耐磨板的需求增长迅猛。

限于舞钢目前的设备条件和生产能力，不宜生产传统调质型的马氏体耐磨钢，故开发了一种热轧+低温回火状态交货的非调质高强耐磨钢一准贝氏体高强耐磨钢。

贝氏体钢的发现和研究已有半个多世纪的历史，自20世纪30年代Bain发现贝氏体，50年代柯俊建立贝氏体切变相变机制以来,国内外许多学者对其力学性能进行了大量研究，普遍认为，等温形成的贝氏体与淬火回火马氏体相比具有以下特征：典型上贝氏体的综合力学性能，特别是韧性非常低劣；高碳钢的下贝氏体及含硅钢贝氏体力学性能优良,故可实际应用，但因等温贝氏体淬透性小，应用受到极大的限制；热处理工艺复杂,而且等温淬火工艺受到零件尺寸和热处理设备的制约。

20世纪50年代，研究出空冷获得贝氏体组织的钢，称为贝氏体钢，组织系典型贝氏体。

虽然其淬透性大大提高，但是韧性却仍然很低，因此阻碍了贝氏体钢的推广应用。

通过对贝氏体相变的深入研究，20世纪80年代，康沫狂教授提出了″准贝氏体″这一概念。

舞钢公司根据这个理论，结合现有设备能力，成功开发了准贝氏体高强度耐磨钢，它的综合性能超过了当前的典型贝氏体钢、调质钢等，其组织由贝氏体铁素体(BF)和残余奥氏体(AR)组成，具有良好的强韧性配合，在轧态+低温回火后即可获得强度为1000MPa左右、硬度为340～390HB的耐磨钢板。

2 设计原则
参考目前国内外耐磨钢的实际水平，结合市场需求，设计准贝氏体高强耐磨钢的屈服强度≥950 MPa，抗拉强度≥1100MPa，延伸率≥10％，硬度340～390MPa，通过合理的成分和工艺的设计，使钢最终获得准贝氏体组织，从而达到设定的性能。

2.1 化学成分
成分的设计至关重要。

合理的化学成分既是保证准贝氏体组织形成的前提条件，也是保证钢良好性能的必要条件。

分析如下：
1)C：碳作为钢中重要的元素之一，直接影响钢的硬度、韧性、强度、淬硬性和焊接性能。

含碳量高，硬度高，但韧性差，热处理开裂倾向大，焊接性差；含碳量过低，硬度低，淬硬性、耐磨性差。

为保证钢的硬度、韧性和耐磨性，同时考虑钢的焊接性，碳含量定为≤0.21％。

2)Si：硅在钢中的一个重要作用是强烈抑制和延缓过冷奥氏体的碳化物分解，提高奥氏体稳定性，当向钢中加入一定量的Si后，贝氏体-铁素体之间出现连续的富碳奥氏体或条状的马氏体-奥氏体岛状组织。

由于奥氏体的存在和它的这种形态分布，可使裂纹分枝和钝化，或者产生相变，从而有效地改善钢的韧性，但Si含量过高，会影响钢的硬度。

3)Mn：锰在一定范围内对钢有较大的强化作用，能提高强度、硬度和耐磨性，是强烈稳定奥氏体的合金元素之一，可有效地降低奥氏体的分解速度，使奥氏体转变曲线出现海湾平台，提高钢的淬透性，保证获得细小的贝氏体板条。

4)Mo：钼在钢中存在于固溶体中，能够强烈抑制过冷奥氏体的分解，进一步提高奥氏体的稳定性，提高钢的淬透性、热强性及回火稳定性。