贝氏体马氏体钢板的组织和性能

有 Cr、Ni、Mo 等 贵 金 属，提 高 制 造 成 本；② 厚 度 在 度的钢板。
25mm 以下钢板由于淬火而极易产生板形瓢曲；③钢 板冲击韧度低，韧脆转变温度高。
近十多年来，贝氏体钢研究成果引起了国内外冶 金界广泛关注，高强韧性匹配的贝氏体钢研究成为主 要研究方向。本文结合高强度耐磨钢板应用性能特 点，针对贝氏体-马氏体组织和性能做了一些有益的研 究工作。采用控制轧制、控制冷却工艺生产，取消淬火 工艺以保证钢板平直度；在低碳贝氏体钢基础上，通过 加入一定量的硅元素，利用其在贝氏体组织转变过程 中抑制碳化物析出作用，得到由非等轴铁素体加马氏 体和残留奥氏体（ M-A）岛或由板条状铁素体及其板条 间残留奥氏体（ Ar）膜组成的贝氏体-马氏体组织，以此
σ0. 2 / MPa σb / MPa δ（5 % ） 冷弯 180º，d = 3a AKV（ - 40℃ ）/ J 硬度 HB
C
Si
Mn
P
S
Mo Nb + Ti
≥900
≥1080
≥10
合格
≥20
320 ～ 380 ≤0. 16 ≤1. 6 ≤2. 6 ≤0. 015 ≤0. 015 ≤0. 50 ≤0. 1
图 1 贝氏体-马氏体钢在光学显微镜下的组织 × 500 Fig. 1 Optical microstructure of the bainite-martensite steel × 500
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图 2 贝氏体-马氏体钢在透射电镜下的形貌 × 10000
度、高硬度，又具有较高的低温冲击韧度。
关键词：贝氏体-马氏体；组织与性能；碳化物
中图分类号：TG142. 1 文献标识码：A 文章编号：0254-6051（2004）05-0043-03
Microstructure and Properties of Bainite-Martensite Steel Plate
表 1 贝氏体-马氏体耐磨钢板的力学性能标准及设计的化学成分（ 质量分数，%） Table 1 Mechanical properties standard and designed chemical composition（ wt%）of the bainite-martensite steel plate
ZHANG Qing-hui1，2 ，YANG Jun2
（1. School of Materials Science and Engineering，USTB，Beijing 100083，China；
2. Anshan Iron & Steel Group Corporation，Anshan Liaoning 114001，China）
Key words：bainite-martensite；microstructure and properties；carbide
作者简介：张清辉（1966—），男，吉林长春人，高级工程师，硕士 研究生，主 要 从 事 新 钢 种 的 研 究 与 开 发。联 系 电 话：04126723094，13121707312 E-mail：ztsinghui@ yahoo. com. cn 收稿日期：2003-05-16
1 试验材料及方法
1. 1 技术指标及化学成分设计 根据耐磨钢板应用工况条件，设计出力学性能标
准，见表 1。根据鞍钢厚板厂设备工艺状况，设计化学 成分。 兼 顾 钢 的 强 度 与 焊 接 性 能，碳 含 量 控 制 在 0. 16% 以下；为抑制贝氏体组织转变过程中碳化物的 析出及提高钢中残留奥氏体稳定性，必须加入一定量 的硅元素；为降低贝氏体组织相变点（ Bs）以及在较宽 的冷速范围内，得到单一贝氏体-马氏体组织，须加入 一定量的锰、钼等元素；此外，为细化晶粒，进行了铌、钛 微合金化处理。所设计的化学成分范围如表 1 所示。
表 2 贝氏体-马氏体耐磨钢板的实际化学成分（ 质量分数，%） Table 2 Actual chemical composition of the bainite-martensite steel plat（e wt%）
C
Si
Mn
P
S
Mo
Nb + Ti
0. 12 1. 69 2. 71 0. 011 0. 0042 ≤0. 40 ≤0. 10
1. 2 试验内容及方法 试验材料在 50 kg 真空炉冶炼，其实际化学成分
如表 2 所示，钢锭在 500 轧机上进行轧制试验，采用两 阶段控制轧制，轧制板厚 9 mm，轧后采用水幕控制冷 却。钢板轧后进行 350 ℃ 回火。
进行标准板试样拉伸试验及常温和 - 40 ℃ 下 V 型缺口试样冲击试验。10 mm 厚以下板采用（7. 5 mm × 10 mm × 55 mm）非标准冲击试样，用冲击试样在光 学显微镜下观察组织结构特征，在透射电镜下进一步 进行组织结构的细节分析。
ferrite and retained austenite between lath is obtained，and the steel possesses a high strength，high hardness and a higher
low temperature impact toughness.
线向高温侧移动。这样，在采用静载下的 KIc 和动载下 的 KId数据评价钢的韧脆转变时就会产生很大的差异。 这是由于动态加载和静态加载时的裂纹尖端区域发射 位错的特征不同造成的。裂纹尖端位错运动的速度决 定了韧脆转变的发生。
高应变率加载时，裂纹尖端区的位错约束将影响 其发射位错的可动性，并进而改变材料的韧脆响应，造 成材料的韧脆转变温度对加载速率十分敏感。一个静 止的裂纹在低速加载时，用于钝化的有效时间大大长 于一个高速扩展的裂纹用于钝化的有效时间，根 据 JOKL 的理论模型，位错对 KId的贡献将降低［5］，这意味 着高速加载时要保持同样的止裂韧性，就必须要升高 转变温度。
体 +（ M-A）岛组成的粒状贝氏体组织，如图 1 所示。 在透射电镜下观察发现，其显微组织是由板条状
铁素体和板条间细小的残留奥氏体膜组成，其明场像 见图 2a，奥氏体暗场像见图 2b。由图 2 可见，此种贝 氏体-马氏体钢中，由于较高含量的 Si 抑制了贝氏体 组织转变过程中铁素体板条间碳化物的析出，而代之 以膜状或岛状残留奥氏体。这种膜状或岛状残留奥氏 体经 350 ℃ 回火后，大大提高了机械稳定性，从而使钢 的冲击韧度得以提高。透射电镜下能谱分析表明，有
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2 试验结果与分析
2. 1 力学性能
力学性能检验结果见表 3，由表 3 可知，所设计的耐
磨钢板实现了贝氏体-马氏体组织所具有的优良综合力
学性能，即具有高强度，又具有较高的低温冲击韧度。
表 3 贝氏体-马氏体耐磨钢板的实际力学性能 Table 3 Mechanical properties of the bainite-martensite steel plate
度，1988，10（3）：37-42. ［6］ 杨 丽，等. 加载速率对 30A 钢断裂韧性的影响. 兵器材料科学与
工程，2003，26（5）：51-53.
贝氏体-马氏体钢板的组织与性能
张清辉1，2 ，杨 军（2 1. 北京科技大学 材料学院，北京 100083；2. 鞍山钢铁集团公司，辽宁 鞍山 114001）
Abstract：Microstructure and mechanical properties of the bainite-martensite steel plate were researched. The results
show that some microstructure with bainite-martensite can be obtained in low-carbon bainitic steel if combined some sili-
国外耐磨钢板制造技术是采用轧后在线直接淬火 工艺，其化学成分设计采用低碳及少量合金元素。目 前国内由于没有在线直接淬火装置，因而耐磨钢板制 造采用轧后离线重新加热奥氏体化后淬火加中低温回
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火工艺，由此产生 3 个问题：①化学成分设计复杂，含 得到既具有高强度、高硬度，又具有较高的低温冲击韧
力也较弱。
（2） 在高应变率下 30A 钢的断裂韧度下降；不同 的加载速率下，随着温度的降低，材料抵抗断裂的能力
下降。
（3） 对于承受动载的构件，采用动载下的断裂韧 度进行安全设计更为合理。
参考文献：
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con with a proper quantum. As the silicon element can restrain the precipitation of carbide during the bainite transforma-
tion，a bainite-martensite structure with non-equal axis ferrite and martensite and retained austenite（ M-A）island or lath
由图 4 还可以看出，断裂韧度在缓慢增加的过程 中，超过 0℃ 后又开始迅速下降。出现这一现象的原 因是因为裂纹尖端起裂过程的微观断裂机制发生了变 化。当脆性断裂机制起作用时，断裂韧度呈正的温度 效应，而当塑性断裂机制起作用时，断裂韧度呈负的温 度效应［6］。
3 结论
（1）30A 钢经过淬火、回火处理后同正火后的状 态相比，不仅抗裂纹启裂能力弱，而且抗裂纹扩展的能
摘要：研究了贝氏体-马氏体耐磨钢板的组织及力学性能。结果表明，在低碳贝氏体钢基础上，通过加入一定量的
硅元素，利用其在贝氏体组织转变过程中抑制碳化物析出的作用，得到由非等轴铁素体加马氏体和残留奥氏体
（M-A）岛或由板条状铁素体及其板条间残留奥氏体（ Ar）膜组成的贝氏体-马氏体组织，因此其性能既具有高强
（a） 明场像 （b） 奥氏体暗场像 （c） 能谱分析
Fig. 2 Morphology of the bainite-martensite steel under TEM × 10000
（ a） bright field image（ b） dark field image of the austenite（ c） EDS analysis
σs / MPa
σb / MPa
δ（5 % ） ψ（ % ）
AKV（常温）/ J
AKV（ - 40℃ ）/ J
硬度 HB
冷弯 180º，d = 3a
925，910
1120，1110
11，13
39，58
54，61，61
40，48，38
359，337
合格
2. 2 显微组织分析 经金相观察，该耐磨钢板的组织是由非等轴铁素
为主的 Nb、Ti 复合碳氮化物弥散分布的第二相粒子， 马氏体组织，因此，该钢既具有高强度、高硬度，又具有
大量的以 Nb 为主的 Nb、Ti 复合碳氮化物析出，见图 的作用，通过控轧控冷加 350 ℃ 回火工艺，得到由非等
Hale Waihona Puke Baidu
2c 所示。该析出相数量较多，分布较均匀，近似呈球 轴铁素体加马氏体和残留奥氏体（ M-A）岛，或由板条
形粒子，且大部分尺寸在 10 ～ 30 nm 之间。这种以 Nb 状铁素体及其板条间残留奥氏体（Ar）膜组成的贝氏体-