陳忠偉1，張玉柱2，楊林浩2
(1 西北工業大學凝固技術國家重點實驗室，西安710072；2　邯鄲鋼鐵集團公司技術中心，邯鄲056000)
2　低碳貝氏體鋼國際研究現狀
　　國外學者根據貝氏體相變理論對貝氏體鋼進行了大量的研究，設計了不同成分的鋼種和生產工藝，形成了不同系列的貝氏體鋼，大大推動了貝氏體鋼的發展及其應用。
　　20世紀50年代，英國人P.B.Pickering等發明了Mo2B系空冷貝氏體鋼。Mo與B的結合可以使鋼在相當寬的連續冷卻速度范圍內獲得貝氏體組織。由于生產成本較高，因此該鋼種的發展受到一定限制。
　　日本東京鋼公司研制了低碳含V貝氏體非調質鋼，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，其抗拉強度達到800～1000MPa，室溫沖擊韌性為50J/cm2，而-40℃沖擊韌性仍高達40J/cm2。日本新日鐵公司在貝氏體非調質鋼的研究開發中多添加微合金化元素，這類鋼在很寬的冷卻速度范圍內都可獲得貝氏體組織，并可獲得更好的低溫性能，適合于強度高、韌性好的汽車行走系部件。
　　F.G.Caballelo等在設計高強度貝氏體鋼的研究中，設計了Fe20.2C22Si23Mn和Fe20.4C22Si24Ni兩種鋼成分。研究發現，Fe20.2C22Si23Mn貝氏體鋼表現出良好的斷裂韌性，強度可以達到1375～1440MPa;而增加碳含量，即Fe20.4C22Si24Ni成分的貝氏體鋼強度可達1500～1840MPa，其斷裂韌性稍低，但仍然要高于高強度馬氏體鋼。這兩種鋼均需回火處理。美國聯邦鐵路管理局與Tuskegee大學聯合開發的低碳貝氏體鋼軌鋼，其極限強度、屈服強度、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，逐步得以推廣應用。在此基礎上發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，經熱機械控制(TMCP)處理后，屈服強度達到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，其屈服強度高于500MPa，脆性轉變溫度(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等開發出ULCB2100型超低碳貝氏體中厚鋼板(含碳量低于0.03%)，通過控軋控冷處理和高度合金化實現細晶強化、彌散強化與位錯強化的綜合作用。該鋼種以80%累積變形量進行精軋并隨后空冷，其屈服強度可高達700MPa，且FATT可提高到-50℃。巴西學者通過模擬高強低合金貝氏體鋼的控軋控冷工藝過程，研究了控軋控冷工藝參數對其微觀組織和力學性能的影響，發現軋制后冷卻速率與終軋溫度是主要的控制工藝參數。波蘭學者研究了在熱軋、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性能，研究表明，可以獲得屈服強度大于650MPa、低溫沖擊性能為200J(213K)的應用于造船、海上石油鉆采平臺、壓力容器及高性能結構部件的超低碳貝氏體鋼板。
　　近代工業發展對熱軋非調質鋼板的性能要求越來越高，除了具有高強度外，還要具有良好的韌性、焊接性能及低的冷脆性。目前世界上許多國家都利用(超)低碳的控軋控冷貝氏體鋼生產高寒地區使用的輸油、輸氣管道用鋼板、低碳含鈮的低合金高強度鋼板、高韌性鋼板，以及造船板、橋梁鋼板、壓力容器用鋼板等。
3　國內研究現狀
　　國內高強度鋼的發展大約比國外落后數十年，目前我國鞍鋼、武鋼、舞鋼、濟鋼和寶鋼等企業均生產過低碳貝氏體鋼板。總體上講，國內鋼鐵企業基本上是跟蹤國外的技術，采用與國外類似的合金化體系，技術上主要采用微合金化和控軋控冷技術。清華大學方鴻生等在研究中發現，Mn在一定含量時，可使過冷奧氏體等溫轉變曲線上存在明顯的上、下C曲線分離，發明了Mn2B系空冷貝氏體鋼。他突破了空冷貝氏體鋼必須加入Mo、W的傳統設計思想，研制出中高碳、中碳、中低碳、低碳Mn2B系列貝氏體鋼。
　　西北工業大學康沫狂等通過多年的研究提出了由貝氏體鐵素體(即低碳馬氏體)和殘余奧氏體組成的準(非典型或無碳化物)貝氏體，并成功研制了系列準貝氏體鋼。與一般結構鋼相比，新型準貝氏體鋼具有更好的強韌性配合，其力學性能超過了典型貝氏體鋼、調質鋼和超高強度鋼。
　　山東工業大學李風照等根據貝氏體相變原理，通過合理控制成分和優化冷卻制度，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，開發了隱晶或細針狀貝氏體的高品質貝氏體或高級貝氏體鋼。
　　我國低碳貝氏體鋼的控軋控冷研究和應用相對較晚，在20世紀80年代初才開始這方面的工作。武鋼于1999年開始試制板厚12～30mm、抗拉強度達到590MPa、685MPa級別的低(超低)碳貝氏體結構板，產品采用鐵水預脫硫、RH真空處理工藝降低C含量，增添Mo2B2V2Nb等合金元素，且需熱處理。濟鋼研制開發了一種新型的貝氏體高強鋼(C2Si2Mn2Cr系)，其特點是鋼中不加入昂貴的Ni、Mo、B等元素，而用少量普通元素V、Mn、Cr合金化，以低廉的合金成本代價就能使鋼板TMCP處理后空冷自硬，從而節約大量熱處理費用，降低了生產成本和生產難度。攀枝花鋼鐵公司與清華大學、二汽合作開發的貝氏體微合金非調質鋼12Mn2VB代替45調質鋼制造汽車前軸，效果良好。
　　寶鋼研究了Mn2Mo2Nb2B系超低碳貝氏體鋼的鋼坯加熱、控制軋制、控制冷卻、時效處理諸因素與鋼力學性能的關系，生產了620MPa、690MPa、780MPa等3個級別的鋼板。鞍鋼采用控軋控冷工藝試制了HQ590DB超低碳貝氏體鋼板。其終軋溫度為800～850℃，控制終冷溫度為590～630℃，獲得鐵素體和板條狀貝氏體組織，鋼板抗拉強度達650～690MPa，屈服強度達490～590MPa，延伸率為20%，并具有良好的成形性能。
采用奧氏體再結晶、未再結晶、奧氏體與鐵素體兩相區三段控軋工藝并配合相應的壓下率，舞鋼試制成功了低碳貝氏體鋼WDB620、DB690及WH70。
　　實踐證明，采用合金化與控軋控冷工藝技術是生產強度高、韌性好、可焊性優良且成本低的貝氏體鋼板的最好辦法。國內對低碳貝氏體鋼的研發大部分停留在試驗研究階段，只有個別廠家成功生產出性能優良、成本低廉的低碳貝氏體鋼板。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　                                              ——本文摘自《中國金相分析網》