超低碳貝氏體鋼-

發(fā)明人侯華興;譚佃龍;王道遠(yuǎn);張萬山;郭曉波;;張鵬遠(yuǎn);沙孝春;劉仁東;趙林;;叢津功地址114001遼寧省鞍山市鐵東區(qū)南勝利路31號(hào)概述本發(fā)明公開了一種超低碳貝氏體鋼及其生產(chǎn)方法，其化學(xué)成分含量(Wt％)為：C0.01％～0.05％，Si0.05％～0.5％，Mn1.0％～2.2％，Nb0.015％～0.070％，Ti0.005％～0.03％，B0.0005％～0.005％，Al0.015％～0.07％，Mo0.0％～0.5％，Cu0.0％～1.8％，Ni0.0％～1.0％，Cr0.0％～0.70％。其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素，采納合理的控軋控冷生產(chǎn)工藝，從而實(shí)現(xiàn)不同強(qiáng)度級(jí)別的超低碳貝氏體鋼；該鋼種韌脆轉(zhuǎn)變溫度在-80℃要害點(diǎn)1.一種超低碳貝氏體鋼，其特征在于：合金成分以Mn、Mo、Cu、Nb、Ti、B為主，以Cr、Ni、Al為輔，其含量(Wt％)為：C0.01％～0.05％，Si0.05％～0.5％，Mn1.0％～2.2％，Nb0.015％～0.070％，Ti0.005％～0.03％，B0.0005％～0.005％，Al0.015％～0.07％，Mo0.0％～0.5％，Cu0.0％～1.8％，Ni0.0％～1.0％，Cr0.0％～0.70％。其余為Fe及不可避免的雜質(zhì)元素。低碳貝氏體鋼的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景陳忠偉1，張玉柱2，楊林浩2(1

西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710072；2邯鄲鋼鐵集團(tuán)公司技術(shù)中心，邯鄲0560.5)摘

要：綜述了低碳貝氏體鋼的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出低碳貝氏體鋼性能合格且成本低廉。并結(jié)合低碳貝氏體鋼的市場需求和邯鋼品種鋼的研發(fā)方向，展望了低碳貝氏體鋼的發(fā)展前景，提出低碳貝氏體鋼產(chǎn)品品種的開發(fā)及其控軋控冷工藝的研制是其研究方向。關(guān)鍵詞：低碳貝氏體鋼貝氏體組織控軋控冷

工程機(jī)械制造、架設(shè)橋梁、造船、車輛制造、航空等領(lǐng)域廣泛地使用著各種規(guī)格的鋼板。由于服役條件及焊接工藝的限制，這類用途的鋼板不僅要求材料具有足夠的強(qiáng)度和塑性，而且還要求具備一定的低溫韌性和合格的焊接性能，以適應(yīng)野外作業(yè)和制造工藝的要求[1]。保持科學(xué)的發(fā)展觀，從資源和成本核算合計(jì)，用戶普遍要求使用高性能、低成本的金屬材料。低碳貝氏體鋼正是為滿足這一需求而研發(fā)的，已廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑、車輛、水輪機(jī)殼體、艦船、飛機(jī)構(gòu)件及其它緊固件、軸類件等方面，超高強(qiáng)度的低碳貝氏體鋼還將滿足這些構(gòu)件的減重要求。20世紀(jì)20年代末，Robertson首次在鋼中發(fā)現(xiàn)后來被命名為貝氏體的中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物[2]。后來研究人員又進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)了上貝氏體、下貝氏體、粒狀貝氏體、無碳化物貝氏體、柱狀貝氏體、反常貝氏體、塊狀貝氏體、低碳低合金貝氏體、準(zhǔn)貝氏體等組織形態(tài)，形成了比較完整的貝氏體相變理論。近幾十年來，貝氏體理論的應(yīng)用研究取得了重大進(jìn)展，貝氏體鋼的研究開發(fā)已經(jīng)引起學(xué)術(shù)界和工程界的高度重視，在工業(yè)生產(chǎn)中也得到了廣泛應(yīng)用。1低碳貝氏體鋼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(jí)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[3，4]:(1)碳元素是強(qiáng)間隙固溶強(qiáng)化元素，可提升強(qiáng)度，但不能依靠其提升強(qiáng)度。盡量降低含碳量，即保持一定的韌性，也為了獲得合格的焊接性。(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)顯然右移，但并不顯然推移貝氏體轉(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，如圖1所示。(3)利用微量硼元素，使鋼的淬透性顯然增加。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)變開始線顯然特別。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，如圖1所示。(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，以確保進(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。圖1低碳貝氏體鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線示意圖奧氏體化的鋼過冷到Bs(約550℃如圖1所示，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，關(guān)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。而關(guān)于鉬硼鋼，其過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線顯然右移，說明在較低的冷卻速率下可發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。所以，低碳貝氏體鋼必需控制軋制與控制冷卻工藝，特別是嚴(yán)格地控制冷卻工藝，才干得到細(xì)小的貝氏體組織，以確保獲得合格性能。2低碳貝氏體鋼國際研究現(xiàn)狀國外學(xué)者依據(jù)貝氏體相變理論對(duì)貝氏體鋼進(jìn)行了大量的研究，制定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，英國人P.B.Pickering等[6]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[7]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℃F.G.Caballelo等[8]在制定高強(qiáng)度貝氏體鋼的研究中，制定了Fe22Si23Mn和Fe22Si24Ni兩種鋼成分。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e22Si23Mn貝氏體鋼表現(xiàn)出合格的斷裂韌性，強(qiáng)度可以達(dá)到1375～1440MPa;而增加碳含量，即Fe22Si24Ni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[9]。這兩種鋼均需回火處理。美國聯(lián)邦鐵路管理局與Tuskegee大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的低碳貝氏體鋼軌鋼[10]，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，且具有合格的斷裂韌性(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年研制出采納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，且具有合格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[11]開發(fā)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(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可提升到-50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越高，除了具有高強(qiáng)度外，還要具有合格的韌性、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(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。3國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)高強(qiáng)度鋼的發(fā)展大約比國外落后數(shù)十年，目前我國鞍鋼、武鋼、舞鋼、濟(jì)鋼和寶鋼等企業(yè)均生產(chǎn)過低碳貝氏體鋼板?？傮w上講，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)基本上是跟蹤國外的技術(shù)，采納與國外類似的合金化體系，技術(shù)上主要采納微合金化和控軋控冷技術(shù)。清華大學(xué)方鴻生等[15]在研究中發(fā)現(xiàn)，Mn在一定含量時(shí)，可使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線上存在顯然的上、下C曲線分開，發(fā)明了Mn2B系空冷貝氏體鋼。他突破了空冷貝氏體鋼必需加入Mo、W的傳統(tǒng)制定思想，研制出中高碳、中碳、中低碳、低碳Mn2B系列貝氏體鋼。西北工業(yè)大學(xué)康沫狂等[16]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(zhǔn)(非典型或無碳化物)貝氏體，并成功研制了系列準(zhǔn)貝氏體鋼。與一般結(jié)構(gòu)鋼相比，新型準(zhǔn)貝氏體鋼具有更好的強(qiáng)韌性配合，其力學(xué)性能超過了典型貝氏體鋼、調(diào)質(zhì)鋼和超高強(qiáng)度鋼。山東工業(yè)大學(xué)李風(fēng)照等[17]依據(jù)貝氏體相變?cè)?，通過合理控制成分和優(yōu)化冷卻制度，并運(yùn)用細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化等主要強(qiáng)韌化機(jī)制及其迭加效應(yīng)，采納微合金變質(zhì)處理，開發(fā)了隱晶或細(xì)針狀貝氏體的高品質(zhì)貝氏體或高級(jí)貝氏體鋼。我國低碳貝氏體鋼的控軋控冷研究和應(yīng)用相對(duì)較晚，在20世紀(jì)80年代初才開始這方面的工作。武鋼[18，19]于1999年開始試制板厚12～30mm、抗拉強(qiáng)度達(dá)到590MPa、685MPa級(jí)別的低(超低)碳貝氏體結(jié)構(gòu)板，產(chǎn)品采納鐵水預(yù)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(jì)鋼[20]研制開發(fā)了一種新型的貝氏體高強(qiáng)鋼(C2Si2Mn2Cr系)，其特點(diǎn)是鋼中不加入昂貴的Ni、Mo、B等元素，而用少量一般元素V、Mn、Cr合金化，以低廉的合金成本代價(jià)就能使鋼板TMCP處理后空冷自硬，從而節(jié)約大量熱處理費(fèi)用，降低了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)難度。攀枝花鋼鐵公司與清華大學(xué)、二汽合作開發(fā)的貝氏體微合金非調(diào)質(zhì)鋼12Mn2VB代替45調(diào)質(zhì)鋼制造汽車前軸，效果合格。寶鋼[21]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(shí)效處理諸因素與鋼力學(xué)性能的關(guān)系，生產(chǎn)了620MPa、690MPa、780MPa等3個(gè)級(jí)別的鋼板。鞍鋼[22]采納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(qiáng)度達(dá)650～690MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)490～590MPa，延伸率為20%，并具有合格的成形性能。采納奧氏體再結(jié)晶、未再結(jié)晶、奧氏體與鐵素體兩相區(qū)三段控軋工藝并配合相應(yīng)的壓下率，舞鋼試制成功了低碳貝氏體鋼WDB620、DB690及WH70[23]。施行證實(shí)，采納合金化與控軋控冷工藝技術(shù)是生產(chǎn)強(qiáng)度高、韌性好、可焊性合格且成本低的貝氏體鋼板的最好辦法。國內(nèi)對(duì)低碳貝氏體鋼的研發(fā)大部分停留在試驗(yàn)研究階段，只有各別廠家成功生產(chǎn)出性能合格、成本低廉的低碳貝氏體鋼板。4低碳貝氏體鋼的發(fā)展前景市場需求前景高強(qiáng)度低碳貝氏體鋼被國際上公認(rèn)為21世紀(jì)鋼種，國外在20世紀(jì)80年代才開始進(jìn)行研制。與一般低合金鋼相比，該鋼種由于碳含量下降，在確保高強(qiáng)度的條件下，仍能保持很高的韌性，并在惡劣環(huán)境下能滿足焊接性能，其應(yīng)用范圍廣泛，可用于石油管線、艦船、大型結(jié)構(gòu)件及海洋設(shè)施等方面。近些年，在機(jī)械、汽車等行業(yè)，非調(diào)質(zhì)鋼替代傳統(tǒng)的調(diào)質(zhì)鋼已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。制造大型貯罐及運(yùn)輸船都采納非調(diào)質(zhì)處理鋼和微合金化中厚板鋼。汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的日本，其非調(diào)質(zhì)鋼發(fā)展最為活躍，川崎制鐵開發(fā)出具有耐大氣腐蝕性的非調(diào)質(zhì)低碳貝氏體型中厚鋼板?？绽湄愂象w鋼屬于非調(diào)質(zhì)鋼中的一類。在生產(chǎn)中可將熱加工成型工序與熱淬火工序合并，空冷自硬，省去了淬火工序，不僅節(jié)約了能源，簡化了工藝，提升了生產(chǎn)效率，而且可以避免由于淬火引起的變形、開裂及氧化、脫碳等熱處理缺陷?？绽湄愂象w鋼具有合格的綜合力學(xué)性能，不僅提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，而且延長了產(chǎn)品的使用壽命，應(yīng)用前景非常廣闊。空冷貝氏體鋼應(yīng)用于制造汽車前軸，由于其熱加工性能合格，同時(shí)由于具有合格的強(qiáng)韌度配合，故可提升前軸的質(zhì)量及壽命。因此，對(duì)汽車前軸這類關(guān)鍵的保安件來說，采納空冷貝氏體鋼制造，不僅經(jīng)濟(jì)效益顯著，而且對(duì)確保汽車質(zhì)量具有重要意義。1998年重汽集團(tuán)公司與唐山貝氏體鋼總廠聯(lián)合開發(fā)了斯太爾汽車前軸用貝氏體鋼[24]，其性能合格，力學(xué)性能可達(dá)到:屈服強(qiáng)度≥500MPa，抗拉強(qiáng)度≥900MPa，延伸率≥17%，斷面收縮率≥61%。耐磨鋼球是廣泛用于礦山、冶金、電力、建材和化工等行業(yè)的重要易耗件，國內(nèi)年耗量高達(dá)100萬噸，國際市場容量在500萬噸。目前使用的各種材料不僅成本高，而且由于硬度高、韌性差而使破碎率高。低碳貝氏體耐磨鋼球從表面到心部都具有高硬度、高韌性、低破碎率，且工藝簡單，低成本，生產(chǎn)效率高。低碳貝氏體鋼還可應(yīng)用于制作塑料模具、模塊、貝氏體鋼彈簧、建筑用高強(qiáng)度鋼筋、鐵路道岔、油田用抽油桿和作為工程結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)件用鋼等?？傊吞钾愂象w鋼種的研制與開發(fā)越來越引起材料界和工業(yè)行業(yè)的極大興趣。目前國內(nèi)各特別鋼廠都相繼研制開發(fā)出一系列低碳貝氏體鋼。低碳貝氏體鋼的應(yīng)用也正在不斷深入國內(nèi)各工業(yè)行業(yè)，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也日益得到人們的認(rèn)可。邯鋼品種結(jié)構(gòu)發(fā)展方向隨著國際、國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，國內(nèi)外鋼材市場消費(fèi)發(fā)生了較大的變化，其中低合金高強(qiáng)度鋼的市場需求增加幅度越來越大。目前，邯鋼中板生產(chǎn)線已能大量生產(chǎn)普碳鋼、Q345，也能生產(chǎn)少量的船板、容器板、鍋爐板等系列產(chǎn)品，并取得了合格的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但生產(chǎn)低合金高強(qiáng)度鋼板的品種較為單一。《邯鋼“十一五〞鋼材品種生產(chǎn)及科技發(fā)展規(guī)劃》指出邯鋼中長期鋼材品種的發(fā)展方向和目標(biāo):到2007年板帶比由50%提升至80%，板帶材以建筑、造船、工程機(jī)械用熱軋中厚鋼板和板卷，汽車、家電、集裝箱用薄板系列為主體的品種結(jié)構(gòu);到20.0年實(shí)現(xiàn)板帶比達(dá)85%，最終形成以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)為主導(dǎo)的板帶品種研發(fā)基地。邯鋼新近引進(jìn)了大板坯連鑄機(jī)與新中板軋機(jī)等新設(shè)備，以調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提升工藝設(shè)備水平，為提升邯鋼產(chǎn)品的市場競爭力提供了設(shè)備確保。很顯然，低碳貝氏體鋼的研發(fā)符合邯鋼中長期鋼材品種的發(fā)展方向和目標(biāo)，關(guān)于提升邯鋼鋼材產(chǎn)品的市場競爭力、形成以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)為主導(dǎo)的板材品種研發(fā)平臺(tái)具有積極的推動(dòng)作用。低碳貝氏體鋼的研發(fā)方向低碳貝氏體鋼以其性能價(jià)格比方面具有的顯然優(yōu)勢，在我國的應(yīng)用前景將十分廣闊。貝氏體系列鋼的研究目前仍處于貝氏體相變機(jī)理研究與貝氏體鋼的開發(fā)與推廣應(yīng)用階段。在研發(fā)低碳貝氏體鋼方面，應(yīng)開展以下兩方面的研究工作:(1)低碳貝氏體鋼產(chǎn)品品種的開發(fā)除對(duì)現(xiàn)有低碳貝氏體鋼的生產(chǎn)工藝進(jìn)行完善與優(yōu)化外，還應(yīng)不斷開發(fā)新的低碳貝氏體鋼品種，擴(kuò)展貝氏體鋼產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。低碳貝氏體鋼在模具用鋼、耐磨耐沖擊鋼、工程構(gòu)件用鋼等領(lǐng)域的開發(fā)研究將進(jìn)一步深入，同時(shí)研究開發(fā)低碳貝氏體鋼在彈簧、建筑用高強(qiáng)度鋼筋、齒輪、標(biāo)準(zhǔn)件等方面的使用。(2)強(qiáng)化控軋控冷低碳貝氏體鋼的研制從低碳貝氏體鋼的發(fā)展趨勢來看，開發(fā)研制控軋控冷貝氏體鋼是十分必要的。低碳貝氏體鋼中厚板通過控軋控冷不僅可以充分細(xì)化組織，大幅度提升鋼的綜合性能，而且控軋控冷貝氏體鋼勿需熱處理工序，節(jié)能又節(jié)省合金資源，因此生產(chǎn)成本顯然降低，從而具有廣闊的應(yīng)用前景。5結(jié)語從低碳貝氏體鋼國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀可以看出，低碳貝氏體鋼具有廣闊的市場前景。邯鋼新近引進(jìn)了大板坯連鑄機(jī)與新中板軋機(jī)等新設(shè)備，為研發(fā)低碳貝氏體鋼提供了設(shè)備確保。邯鋼多年來生產(chǎn)高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板材的技術(shù)水平和施行經(jīng)驗(yàn)，為研發(fā)低碳貝氏體鋼提供了技術(shù)與工藝確保?？梢姡摬杉{控軋控冷工藝生產(chǎn)低碳貝氏體鋼板不僅是必要的，而且是可行的。超低碳貝氏體鋼生產(chǎn)工藝來源：制鋼參照網(wǎng)公布時(shí)間：2008.11.25超低碳貝氏體鋼〔ULCB〕是80年代國際上新發(fā)展起來的一大類熱軋高強(qiáng)度、高韌性、焊接性能合格、低成本的新鋼系，被譽(yù)為二十一世紀(jì)的環(huán)保綠色鋼種,在歐美發(fā)達(dá)國家廣泛應(yīng)用于油氣管線、工程機(jī)械、重型汽車、集裝箱、造船、橋梁、壓力容器等諸多領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的鐵素體——珠光體鋼、馬氏體淬火回火鋼并列為三大鋼類。1998年，我國在國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目中啟動(dòng)“新一代鋼鐵材料基礎(chǔ)研究〞項(xiàng)目，開始了超低碳貝氏體鋼〔ULCB〕的研發(fā)推廣。在超低碳貝氏體鋼〔ULCB〕出現(xiàn)以前,國內(nèi)外屈服強(qiáng)度大于500MPa級(jí)高強(qiáng)度鋼主要是回火馬氏體鋼,這類鋼一般合金含量較高,采納調(diào)質(zhì)處理，其強(qiáng)度水平受碳含量和回火溫度控制，隨著強(qiáng)度水平的提升，碳含量和合金含量均升高，工藝過程長，能耗大，為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)鋼種強(qiáng)度級(jí)別的要求不斷提升，為降低制造成本，提升綜合性能，特別是解決強(qiáng)度水平的提升與焊接性能下降這一矛盾，世界各國均進(jìn)行了大量的研究工作。早在1978年Granrille已對(duì)高強(qiáng)度低合金鋼焊接后熱影響區(qū)冷裂痕敏感性和鋼中碳含量以及計(jì)算的碳當(dāng)量關(guān)系作了較系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)按冷裂痕敏感性可把已有鋼種分成三個(gè)區(qū)，當(dāng)鋼種含碳量在0.10%以下時(shí)，鋼的碳當(dāng)量對(duì)裂痕敏感性影響不大。即使碳當(dāng)量較高時(shí)，鋼種仍具有較佳的焊接性能，假設(shè)從世界各國50年代到90年代發(fā)展的不同級(jí)別鋼種來看，可以發(fā)現(xiàn)其發(fā)展軌跡也是鋼的強(qiáng)度不斷提升碳含量不斷下降、而焊接性能卻顯然改善，特別是超低碳貝氏體鋼〔ULCB〕的出現(xiàn)，這種趨勢更為顯然了。超低碳貝氏體鋼〔ULCB〕的含碳量大幅度降低，韌性顯然改善，從而可以確保在更高強(qiáng)度級(jí)別的鋼種上仍保持很高的韌性，由于鋼種含碳量的減少，這類鋼的焊接性能極佳，在各種野外環(huán)境及寒冷地區(qū)施工也十分方便，并且焊接熱影響的粗晶區(qū)，在零下40℃以下V型缺口沖擊韌性仍保持在80——100J以上，這類鋼種一般是熱軋態(tài)或簡單熱處理〔如熱軋回火或正火〕使用，因此，是更為經(jīng)濟(jì)的節(jié)能型鋼種。從已有的商業(yè)報(bào)道上看，目前這類鋼在美國、日本、英國、加拿大、法國以及印度和德國均有不同程度的發(fā)展，同樣，在我國，這類鋼型也在各大鋼鐵廠和高校的通力合作下研究成功，并開始投產(chǎn)。美國和加拿大在Cu——B系基礎(chǔ)上發(fā)展了屈服強(qiáng)度為500——700MPa級(jí)超低碳貝氏體鋼〔ULCB〕板，并已用于寒冷地區(qū)的油氣管線、海洋設(shè)施、自動(dòng)升降臺(tái)、軍事設(shè)備等大型結(jié)構(gòu)中，近年來還向壓力容器、耐腐蝕管線及構(gòu)件方面推廣。另一方面，在日本則利用變形熱處理過程中Nb——B、B——Ti的綜合作用、發(fā)展了另一類型的超低碳貝氏體鋼〔ULCB〕，廣泛應(yīng)用在高壓輸油輸氣管線及有關(guān)設(shè)備上等等。從近年來英國、日本發(fā)表的近代管線鋼看，大量商品性生產(chǎn)與推廣的X70與X80的鋼就是這一類超低碳貝氏體鋼〔ULCB〕種。已有相關(guān)資料說明，目前各國在大量生產(chǎn)中已掌握500——700級(jí)鋼的制備。屈服強(qiáng)度在700MPa以上的鋼種也開始商業(yè)性批量供應(yīng)。近日，鞍鋼開發(fā)出填補(bǔ)國內(nèi)空白環(huán)保綠色鋼種，鞍鋼集團(tuán)新軋公司厚板廠試制出的四塊HQ690DB鋼板2003年12月20日問世，這是鞍鋼研制開發(fā)的超低碳貝氏體系列鋼中的又一高級(jí)別品種，據(jù)北京科技大學(xué)課題組專家稱，它的試制成功填補(bǔ)了國內(nèi)這一領(lǐng)域的空白。2002年12月鞍鋼集團(tuán)與北京科技大學(xué)合作成立課題組，于2003年5月在鞍鋼新軋厚板廠成功開發(fā)出超低碳貝氏體鋼〔ULCB〕板HQ690DB且形成批量生產(chǎn)能力，其中30——40mm規(guī)格填補(bǔ)了國內(nèi)空白。9月，厚板生產(chǎn)線升級(jí)換代順利完成，主體設(shè)備達(dá)到了國際同行業(yè)一流水平。厚板廠千方百計(jì)將設(shè)備優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品優(yōu)勢，加強(qiáng)企業(yè)產(chǎn)、銷、研能力，不斷提升產(chǎn)品檔次。11月，在改造后的厚板生產(chǎn)線上成功軋制出超低碳貝氏體鋼〔ULCB〕板HQ590DB和更高級(jí)別的HQ690DB。截止目前，厚板廠已累計(jì)向北京、鄭州的煤礦機(jī)械廠供應(yīng)這兩個(gè)級(jí)別的超低碳貝氏體鋼〔ULCB〕板2400噸，得到用戶肯定，據(jù)有關(guān)專家介紹，超低碳貝氏體系列鋼板的成功開發(fā)，擴(kuò)展了鞍鋼高科技含量高附加值產(chǎn)品的范圍，加強(qiáng)了企業(yè)在市場上的競爭力和影響力。發(fā)展這一類鋼的原因來自兩個(gè)方面：首先，隨著生產(chǎn)上要求鋼種強(qiáng)度級(jí)別的提升，為了確保安全以及焊接施工的方便和可靠，當(dāng)前各國都很重視低合金高強(qiáng)度鋼綜合性能以及鋼種使用的通用性。其次，在技術(shù)路線上看，傳統(tǒng)的鐵素體——珠光體型鋼種，其潛力已經(jīng)得到了較好的發(fā)揮，通過再結(jié)晶控軋等措施，其晶粒度已經(jīng)大到10——20μm的極限值。由于這類鋼中鐵素體內(nèi)部結(jié)構(gòu)單純，而鋼的強(qiáng)度主要來自較高的碳含量，因此所能利用的綜合性能從經(jīng)濟(jì)上、工藝上合計(jì)已經(jīng)達(dá)到極限。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，在冶金生產(chǎn)中，目前硫、磷及氣體的控制已經(jīng)無很大的困難，因此碳含量對(duì)材料的韌性及可焊接性的不利影響已經(jīng)更加被人們所重視，降碳降雜質(zhì)已經(jīng)成為現(xiàn)代低合金高強(qiáng)度鋼發(fā)展的世界性趨勢。熱軋空冷貝氏體鋼是被國際上公認(rèn)的二十一世紀(jì)的鋼種。這種鋼利用現(xiàn)代煉鋼技術(shù)，采納鋼包精煉及連鑄，利用高溫非再結(jié)晶區(qū)控軋得到細(xì)長的奧氏體晶粒，鋼中加入提升淬透性的元素〔通常利用Cu、Mn、Mo、B等〕在軋后空冷條件下，變形奧氏體中可得到極為細(xì)小的各種形態(tài)的貝氏體板條狀組織，這種貝氏體內(nèi)含有較多的穩(wěn)定位錯(cuò)，形成時(shí)又繼承了奧氏體內(nèi)產(chǎn)生的形變位錯(cuò)，從而使屈服強(qiáng)度提升較多，由于這種鋼中碳含量已經(jīng)降低到0.03%左右，因此碳的危害，碳化物析出對(duì)貝氏體韌性影響等問題已經(jīng)完全消除，鋼材的焊接性能極佳，熱影響粗晶粒區(qū)在各種冷卻條件下均得到韌性極佳的貝氏體組織，鋼板沖擊轉(zhuǎn)變溫度在-80℃——-100℃左右，材料通過Nb、Ti、V的析出強(qiáng)化，屈服強(qiáng)度可達(dá)到500——800MPa，韌性顯然高于一般的低合金高強(qiáng)度鋼。開發(fā)超低碳貝氏體鋼是鋼鐵材料發(fā)展的必定趨勢[我的鋼鐵]2008-03-3110:31:10超低碳貝氏體鋼(ULCB)是近20年來新研制的高強(qiáng)度、高韌性，并具有合格焊接性能的新鋼系，被世界各國稱為21世紀(jì)新一代鋼鐵材料。它的出現(xiàn)是社會(huì)需求和現(xiàn)代冶金技術(shù)發(fā)展的必定結(jié)果。以前工業(yè)上長期使用的強(qiáng)度在600MPa以上的鋼種主要為調(diào)質(zhì)鋼。這類鋼強(qiáng)韌性能較好，具有很高的綜合性能，但關(guān)于大尺寸構(gòu)件，為了在截面上得到馬氏體組織，鋼中不得不添加相當(dāng)數(shù)量用于提升淬透性的合金元素，所以合金元素的加入量較大。另外，調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)路線長，工藝復(fù)雜，能耗及成本高，在確保板形及表面質(zhì)量方面也需要很多的投入。另一方面，調(diào)質(zhì)鋼的馬氏體強(qiáng)度水平主要受碳含量和回火溫度控制，為了確保得到馬氏體組織，鋼中碳含量難以下降。由于鋼的碳當(dāng)量較高，結(jié)果雖然可以經(jīng)淬回火處理獲得較好的強(qiáng)度性能，但低溫韌性和焊接性能卻較差。合金含量高的高強(qiáng)度調(diào)質(zhì)鋼在焊接時(shí)常需要進(jìn)行焊前預(yù)熱與焊后處理，這給使用，特別是大型構(gòu)件中的使用，造成困難。以上種種因素使得傳統(tǒng)鋼種強(qiáng)度水平的提升與確保合格焊接性能之間形成特別的矛盾。為了實(shí)現(xiàn)焊接性能顯然改善，必需要把鋼中碳當(dāng)量大幅度降下來。但是傳統(tǒng)的以鐵素體和珠光體為主要組織結(jié)構(gòu)的具有較好韌性的鋼材，在碳含量較低的狀況下很難提升強(qiáng)度。因此，面對(duì)社會(huì)對(duì)更高強(qiáng)度級(jí)別同時(shí)又有高韌性及合格焊接性能的鋼種的日益增長的需求，就必定催生新型基體組織的鋼種。超低碳貝氏鋼就是這樣應(yīng)運(yùn)而生。超低碳貝氏體鋼以極為細(xì)小的各種形態(tài)的貝氏體板條組織為基本的組織特征，并加以Nb、Ti、Mo、V、Cu的析出強(qiáng)化。這類鋼的強(qiáng)度不再依靠鋼中碳含量，而主要通過細(xì)晶強(qiáng)化，位錯(cuò)及亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化，鈮，鈦，釩微合金元素析出強(qiáng)化.以及ε－Cu沉淀強(qiáng)化等方式來確保，鋼的強(qiáng)韌性匹配極佳，尤其是具有合格的野外焊接性能和抗氫致開裂能力。這類鋼中碳含量很低〔小于0.05%〕，因此碳的危害、碳化物析出的影響等問題幾乎完全消除，特別是焊接性能極佳，熱影響粗晶區(qū)在各種冷卻條件下均能得到極高韌性的貝氏體組織，具有很低的焊接裂痕敏感性，可以實(shí)現(xiàn)焊前不預(yù)熱、焊后不熱處理，無任何淬硬傾向，這是其它類型鋼所無法比擬的。超低碳貝氏體鋼在美國、英國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家都得到了廣泛的應(yīng)用，已被用在石油天然氣管線、工程機(jī)械、海洋設(shè)施、汽車、橋梁、造船、海軍軍艦、壓力容器等各領(lǐng)域。我國在超低碳貝氏體鋼的研發(fā)和應(yīng)用方面與國際水平還有較大差距，應(yīng)加大力度，急起直追。〔一員〕超低碳貝氏體〔ULCB〕鋼的研究進(jìn)展公布：2008-6-517:09:51來自：模具網(wǎng)瀏覽：31次眾所周知，具有低的C含量的貝氏體鋼可以獲得合格的強(qiáng)韌綜合性能，主要原因是極低的C含量能降低或消除了貝氏鐵素基體中的滲C體，因此鋼的韌性能得到進(jìn)一步的改善。為了確保貝氏體轉(zhuǎn)變的淬透性合格，而馬氏體轉(zhuǎn)變的淬透性相對(duì)較低，應(yīng)該適量添加其它合金元素。大量的研究推動(dòng)了這種熟悉，并導(dǎo)致了所謂的ULCB鋼的發(fā)展。該類鋼具有合格的韌性，強(qiáng)度和焊接等綜合性能，并已經(jīng)應(yīng)用于極地和海底環(huán)境的高強(qiáng)管線。

ULCB鋼起源于“強(qiáng)可焊性鋼〞，在瑞典的實(shí)驗(yàn)室得到發(fā)展。最初這類鋼的典型成分是0.10～0.16C，0.6Mn，0.4Si，0.35～0.60Mo和0.0013～0.0035B(%)。少量的Mo和B抑制了多邊形鐵素體的形成，但對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)有一定的影響。結(jié)果對(duì)“強(qiáng)可焊性鋼〞來說在較寬的冷速范圍內(nèi)可獲得完全貝氏體組織。1957年Irvine和Pickering的研究說明，這些鋼的強(qiáng)度與其奧氏體轉(zhuǎn)變成貝氏體的溫度是相關(guān)聯(lián)的，而且可以通過添加合金元素來阻止貝氏體的轉(zhuǎn)變開始溫度得到控制。研究還說明這些低C貝氏體鋼可得到600～1200N/mm的抗拉強(qiáng)度，或是450～900N/mm的屈服應(yīng)力。然而這類鋼的主要缺點(diǎn)在焊接后體現(xiàn)出來了。因?yàn)樗鼈兊腃含量太高，焊后部分熱影響區(qū)變成了一種脆性組織。這些鋼的進(jìn)一步發(fā)展依賴于獲得較低C含量的鋼產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)展。

Mcevity等人發(fā)表了研究ULCB鋼的第一篇報(bào)道，他的研究說明一種成分為003C-0.7Mn-3Ni-3Mo-0.3Si-0.05Nb(%)的鋼具有顯著的綜合性能，其屈服強(qiáng)度可達(dá)到700N/mm和具有-75℃韌脆轉(zhuǎn)變溫度的合格韌性，因?yàn)槠涑煞种屑尤肓税嘿F的合金元素，所以很難用于做商業(yè)開發(fā)。第一個(gè)被用于商業(yè)性的ULCB鋼僅加入了3～4Mn(%)，并且具有理想的性能。Blom的研究說明，成分為-4.5Mn-0.1Nb(%)軋制狀態(tài)的鋼可得到屈服應(yīng)力730N/mm，且具有比-40℃更低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。其后在Climax鉬公司的Cryderman等人開發(fā)了添加Mo元素的低Mn鋼。這些鋼稱之為Climax鋼，在全世界得到了廣泛的應(yīng)用。其典型成分為、1.5-2.0Mn、0.04Nb、0.015Ti和0.001B(%)。這些鋼已投入實(shí)際應(yīng)用，并由Nippon鋼公司作為ULCB鋼將其市場化。因?yàn)槠浜细竦膹?qiáng)韌性和焊接性能，這類鋼已引起更多的關(guān)注。

ULCB鋼的組織形態(tài)

典型的ULCB鋼貝氏體晶粒是由具有細(xì)小亞結(jié)構(gòu)的貝氏鐵素體組成的，上面均勻分布著少量的富C二次相。這些二次相處于貝氏鐵素體板條束中，基本上都是由M/A組元組成。由于束狀結(jié)構(gòu)內(nèi)貝氏鐵素體亞結(jié)構(gòu)的邊界是小角度晶界，在光學(xué)顯微鏡下幾乎或根本看不到到鐵素體邊界。因此其光學(xué)組織形貌特征是二次相粒子散布在單個(gè)的鐵素體晶粒內(nèi)。但是，事實(shí)上，這些二次相是由位向基本一致的鐵素體晶粒之間的殘余奧氏體和馬氏體組成的。低倍光學(xué)顯微鏡下，ULCB鋼組織的顯著特征是原始奧氏體晶界沿軋制方向平行排列，呈直線條紋狀，這是因?yàn)榫埍Ａ袅俗罱K未再結(jié)晶奧氏體的扁平形狀。

為了改善ULCB鋼的韌性，原始奧氏體晶粒細(xì)小化是很重要的，因?yàn)樨愂翔F素體斷裂的有效晶粒尺寸受到奧氏體晶粒尺寸的顯著影響。最新發(fā)展的控軋工藝對(duì)細(xì)化奧氏體晶粒尺寸和進(jìn)一步改善低溫韌性有顯然的影響。這些采納Nb、Ti和B微合金化的控軋ULCB鋼具有典型的超低C含量(范圍從0.01%～0.03%)，TiN和NbC被認(rèn)為是這些鋼的基本組成，它們?cè)诳刂栖堉频牟僮鬟^程中對(duì)阻礙奧氏體晶粒的長大起著重要的作用。

合金元素的作用

C含量控制到0.01%～0.03%確保了ULCB鋼的成功開發(fā)。低的C含量應(yīng)該能夠確保不會(huì)由于貝氏體相變不完全而形成馬氏體的前提下，又足以與微合金元素Nb發(fā)生反應(yīng)形成NbC。有研究說明，由于C含量降低造成的馬氏體體積分?jǐn)?shù)的減少而改善了鋼材的韌性，而不會(huì)造成強(qiáng)度大的損失。然而，應(yīng)該注意到C含量不應(yīng)當(dāng)?shù)陀?.01%，否則將形不成足夠的NbC，致使韌性惡化。

由于C含量的大幅降低，最新開發(fā)的ULCB鋼都采納了Nb、Ti和B復(fù)合微合金化。研究說明，單獨(dú)加入B時(shí)，通常會(huì)在軋后奧氏體晶界沉淀析出Fe23(CB)6，從而顯著降低B的強(qiáng)化效果，造成γ→α的轉(zhuǎn)變不能得到有效抑制，因此鋼中加入Nb來阻止Fe23(CB)6的形成，因?yàn)镹b更易與C結(jié)合，隨著溶解的Nb含量的增加，形成貝氏體的傾向也大大增加了。Nb的適量溶解可以穩(wěn)定奧氏體并表現(xiàn)出和B復(fù)合添加促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變的效果。

Nb和B的聯(lián)合作用機(jī)理可以這樣描述：首先，Nb可以有效地阻礙變形γ的再結(jié)晶，如此通過阻止由于再結(jié)晶而形成新的晶界來使γ晶界穩(wěn)定，這就使得B有足夠的時(shí)間擴(kuò)散到γ晶界四周，從而增加了γ的淬透性。其次，Nb能夠降低C在γ中擴(kuò)散率及活度，因此，γ中溶解的Nb可以保護(hù)B，而不致于形成B的C化物，如Fe23(CB)6。第三是γ中溶解Nb本身關(guān)于抑制γ→α轉(zhuǎn)變有相當(dāng)大的影響。顯然還需要更多的研究來闡明其準(zhǔn)確機(jī)理，由于Nb在γ中的溶解極限是0.03%，故典型的ULCB鋼中Nb含量通常高于0.04%。

另一方面，ULCB鋼中加入Ti的作用是固定鋼中溶解的N，否則N將與B結(jié)合導(dǎo)致B失效。研究說明，要想完全固定N，Ti的濃度應(yīng)大約是N濃度的3.4倍。但是，過量的Ti會(huì)導(dǎo)致韌性下降。因?yàn)閁LCB鋼的C含量較低，故1.5%～2.0%Mn的加入量水平取決于鋼板的厚度和要求的強(qiáng)度水平。Ni和Mo的加入量也取決于鋼板的強(qiáng)度和厚度。最正確的B含量大約是0.001%。

在ULCB鋼中，Ti完全固定了鋼中的N，因此，所有加入的B在軋制前的加熱中得到了溶解。隨著B含量的增加，強(qiáng)度得到提升，結(jié)果組織中的貝氏體分?jǐn)?shù)增加，而且，當(dāng)B含量超過0.002%時(shí)的抗拉強(qiáng)度指標(biāo)趨于穩(wěn)定。但是，隨著B含量超過0.001%時(shí)，低溫韌性急劇惡化。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因被推斷是由于隨著B含量的增加引起了在γ晶粒邊界和γ晶粒內(nèi)的B偏析造成的。在添加0.003%B的鋼中可以觀察到Fe23(CB)6的沉淀析出。因此，可以認(rèn)為當(dāng)加入B含量超過0.003%時(shí)是無效的。

工藝參數(shù)的作用

控軋和快冷的工藝參數(shù)包括板坯加熱溫度、終軋溫度、總變形量、(板坯總壓縮比)和快冷速率。為了獲得具有極好的韌性、強(qiáng)度和焊接綜合性能的最正確組織，應(yīng)對(duì)上述工藝參數(shù)進(jìn)行細(xì)致的控制。

高的板坯加熱溫度可以獲得在γ中NbC更多的溶解。研究說明，當(dāng)加熱溫度超過NbC的完全溶解溫度時(shí)，可以得到較高的貝氏體含量。另一方面，當(dāng)加熱溫度低于此溫度時(shí)，基體組織中的大部分是多邊形鐵素體，而不是貝氏鐵素體。不同的加熱溫度得到的轉(zhuǎn)變前的γ晶粒尺寸也不相同，并且加熱中Nb的固溶量不同，得到的顯微組織構(gòu)成也不相同。

研究說明，控軋過程中，在γ區(qū)域的終軋溫度對(duì)成品鋼材中固溶的Nb有很大的影響，隨著終軋溫度的降低、Nb在成品鋼材中的固溶量也相應(yīng)減少，因?yàn)槠溆懈蟮膽?yīng)變誘導(dǎo)沉淀析出發(fā)生，這個(gè)在溶解Nb方面的變化似乎對(duì)顯微組織的演變有重大的影響。

研究說明，強(qiáng)度受總變形量的影響(板坯總壓縮比)較小?？赡苁且?yàn)殇摪逶胶?；軋制變形的總壓下量越小。因此，前期γ晶粒越大，變形γ中NbC應(yīng)變誘導(dǎo)析出越小。結(jié)果可以獲得更大的淬透性，從而彌補(bǔ)了鋼板越厚，冷卻速率越慢的影響。相反，隨著總變形量的減少，韌性降低了，可能是因?yàn)榇执蟮脑鸡镁Я?，相?yīng)地形變破碎后的γ晶粒尺寸也較大所致。

如果和同樣鋼種采納空冷處理相比，因?yàn)檐埡蟛杉{快冷處理，ULCB鋼可以獲得更多體積分?jǐn)?shù)的貝氏體含量。

此外，在快冷的狀況下，可以獲得更精細(xì)的具有高發(fā)度位錯(cuò)的貝氏鐵素體亞結(jié)構(gòu)。而且在貝氏鐵素體基體上M/A組元的尺寸變得更精細(xì)，其分布也更均勻。這些顯微組織特征解釋了為什么在快速冷卻的狀況下，強(qiáng)度和韌性能得到顯著改善。

結(jié)語中國鋼鐵新聞網(wǎng)2007年9月12日?qǐng)?bào)道

眾所周知，具有低的C含量的貝氏體鋼可以獲得合格的強(qiáng)韌綜合性能，主要原因是極低的C含量能降低或消除了貝氏鐵素基體中的滲C體，因此鋼的韌性能得到進(jìn)一步的改善。為了確保貝氏體轉(zhuǎn)變的淬透性合格，而馬氏體轉(zhuǎn)變的淬透性相對(duì)較低，應(yīng)該適量添加其它合金元素。大量的研究推動(dòng)了這種熟悉，并導(dǎo)致了所謂的ULCB鋼的發(fā)展。該類鋼具有合格的韌性，強(qiáng)度和焊接等綜合性能，并已經(jīng)應(yīng)用于極地和海底環(huán)境的高強(qiáng)管線。

ULCB鋼起源于“強(qiáng)可焊性鋼〞，在瑞典的實(shí)驗(yàn)室得到發(fā)展。最初這類鋼的典型成分是0.10～，0.6Mn，0.4Si，0.35～0.60Mo和0.0013～0.0035B(%)。少量的Mo和B抑制了多邊形鐵素體的形成，但對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)有一定的影響。結(jié)果對(duì)“強(qiáng)可焊性鋼〞來說在較寬的冷速范圍內(nèi)可獲得完全貝氏體組織。1957年Irvine和Pickering的研究說明，這些鋼的強(qiáng)度與其奧氏體轉(zhuǎn)變成貝氏體的溫度是相關(guān)聯(lián)的，而且可以通過添加合金元素來阻止貝氏體的轉(zhuǎn)變開始溫度得到控制。研究還說明這些低C貝氏體鋼可得到600～1200N/mm的抗拉強(qiáng)度，或是450～900N/mm的屈服應(yīng)力。然而這類鋼的主要缺點(diǎn)在焊接后體現(xiàn)出來了。因?yàn)樗鼈兊腃含量太高，焊后部分熱影響區(qū)變成了一種脆性組織。這些鋼的進(jìn)一步發(fā)展依賴于獲得較低C含量的鋼產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)展。

Mcevity等人發(fā)表了研究ULCB鋼的第一篇報(bào)道，他的研究說明一種成分為003C-0.7Mn-3Ni-3Mo-0.3Si-0.05Nb(%)的鋼具有顯著的綜合性能，其屈服強(qiáng)度可達(dá)到700N/mm和具有-75℃韌脆轉(zhuǎn)變溫度的合格韌性，因?yàn)槠涑煞种屑尤肓税嘿F的合金元素，所以很難用于做商業(yè)開發(fā)。第一個(gè)被用于商業(yè)性的ULCB鋼僅加入了3～4Mn(%)，并且具有理想的性能。Blom的研究說明，成分為-4.5Mn-0.1Nb(%)軋制狀態(tài)的鋼可得到屈服應(yīng)力730N/mm，且具有比-40℃更低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。其后在Climax鉬公司的Cryderman等人開發(fā)了添加Mo元素的低Mn鋼。這些鋼稱之為Climax鋼，在全世界得到了廣泛的應(yīng)用。其典型成分為、1.5-2.0Mn、0.04Nb、0.015Ti和0.001B(%)。這些鋼已投入實(shí)際應(yīng)用，并由Nippon鋼公司作為ULCB鋼將其市場化。因?yàn)槠浜细竦膹?qiáng)韌性和焊接性能，這類鋼已引起更多的關(guān)注。

ULCB鋼的組織形態(tài)

典型的ULCB鋼貝氏體晶粒是由具有細(xì)小亞結(jié)構(gòu)的貝氏鐵素體組成的，上面均勻分布著少量的富C二次相。這些二次相處于貝氏鐵素體板條束中，基本上都是由M/A組元組成。由于束狀結(jié)構(gòu)內(nèi)貝氏鐵素體亞結(jié)構(gòu)的邊界是小角度晶界，在光學(xué)顯微鏡下幾乎或根本看不到到鐵素體邊界。因此其光學(xué)組織形貌特征是二次相粒子散布在單個(gè)的鐵素體晶粒內(nèi)。但是，事實(shí)上，這些二次相是由位向基本一致的鐵素體晶粒之間的殘余奧氏體和馬氏體組成的。低倍光學(xué)顯微鏡下，ULCB鋼組織的顯著特征是原始奧氏體晶界沿軋制方向平行排列，呈直線條紋狀，這是因?yàn)榫埍Ａ袅俗罱K未再結(jié)晶奧氏體的扁平形狀。

為了改善ULCB鋼的韌性，原始奧氏體晶粒細(xì)小化是很重要的，因?yàn)樨愂翔F素體斷裂的有效晶粒尺寸受到奧氏體晶粒尺寸的顯著影響。最新發(fā)展的控軋工藝對(duì)細(xì)化奧氏體晶粒尺寸和進(jìn)一步改善低溫韌性有顯然的影響。這些采納Nb、Ti和B微合金化的控軋ULCB鋼具有典型的超低C含量(范圍從0.01%～0.03%)，TiN和NbC被認(rèn)為是這些鋼的基本組成，它們?cè)诳刂栖堉频牟僮鬟^程中對(duì)阻礙奧氏體晶粒的長大起著重要的作用。

合金元素的作用

C含量控制到0.01%～0.03%確保了ULCB鋼的成功開發(fā)。低的C含量應(yīng)該能夠確保不會(huì)由于貝氏體相變不完全而形成馬氏體的前提下，又足以與微合金元素Nb發(fā)生反應(yīng)形成NbC。有研究說明，由于C含量降低造成的馬氏體體積分?jǐn)?shù)的減少而改善了鋼材的韌性，而不會(huì)造成強(qiáng)度大的損失。然而，應(yīng)該注意到C含量不應(yīng)當(dāng)?shù)陀?.01%，否則將形不成足夠的NbC，致使韌性惡化。

由于C含量的大幅降低，最新開發(fā)的ULCB鋼都采納了Nb、Ti和B復(fù)合微合金化。研究說明，單獨(dú)加入B時(shí)，通常會(huì)在軋后奧氏體晶界沉淀析出Fe23(CB)6，從而顯著降低B的強(qiáng)化效果，造成γ→α的轉(zhuǎn)變不能得到有效抑制，因此鋼中加入Nb來阻止Fe23(CB)6的形成，因?yàn)镹b更易與C結(jié)合，隨著溶解的Nb含量的增加，形成貝氏體的傾向也大大增加了。Nb的適量溶解可以穩(wěn)定奧氏體并表現(xiàn)出和B復(fù)合添加促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變的效果。

Nb和B的聯(lián)合作用機(jī)理可以這樣描述：首先，Nb可以有效地阻礙變形γ的再結(jié)晶，如此通過阻止由于再結(jié)晶而形成新的晶界來使γ晶界穩(wěn)定，這就使得B有足夠的時(shí)間擴(kuò)散到γ晶界四周，從而增加了γ的淬透性。其次，Nb能夠降低C在γ中擴(kuò)散率及活度，因此，γ中溶解的Nb可以保護(hù)B，而不致于形成B的C化物，如Fe23(CB)6。第三是γ中溶解Nb本身關(guān)于抑制γ→α轉(zhuǎn)變有相當(dāng)大的影響。顯然還需要更多的研究來闡明其準(zhǔn)確機(jī)理，由于Nb在γ中的溶解極限是0.03%，故典型的ULCB鋼中Nb含量通常高于0.04%。

另一方面，ULCB鋼中加入Ti的作用是固定鋼中溶解的N，否則N將與B結(jié)合導(dǎo)致B失效。研究說明，要想完全固定N，Ti的濃度應(yīng)大約是N濃度的3.4倍。但是，過量的Ti會(huì)導(dǎo)致韌性下降。因?yàn)閁LCB鋼的C含量較低，故1.5%～2.0%Mn的加入量水平取決于鋼板的厚度和要求的強(qiáng)度水平。Ni和Mo的加入量也取決于鋼板的強(qiáng)度和厚度。最正確的B含量大約是0.001%。

在ULCB鋼中，Ti完全固定了鋼中的N，因此，所有加入的B在軋制前的加熱中得到了溶解。隨著B含量的增加，強(qiáng)度得到提升，結(jié)果組織中的貝氏體分?jǐn)?shù)增加，而且，當(dāng)B含量超過0.002%時(shí)的抗拉強(qiáng)度指標(biāo)趨于穩(wěn)定。但是，隨著B含量超過0.001%時(shí)，低溫韌性急劇惡化。產(chǎn)生這種結(jié)果的原因被推斷是由于隨著B含量的增加引起了在γ晶粒邊界和γ晶粒內(nèi)的B偏析造成的。在添加0.003%B的鋼中可以觀察到Fe23(CB)6的沉淀析出。因此，可以認(rèn)為當(dāng)加入B含量超過0.003%時(shí)是無效的。

工藝參數(shù)的作用

控軋和快冷的工藝參數(shù)包括板坯加熱溫度、終軋溫度、總變形量、(板坯總壓縮比)和快冷速率。為了獲得具有極好的韌性、強(qiáng)度和焊接綜合性能的最正確組織，應(yīng)對(duì)上述工藝參數(shù)進(jìn)行細(xì)致的控制。

高的板坯加熱溫度可以獲得在γ中NbC更多的溶解。研究說明，當(dāng)加熱溫度超過NbC的完全溶解溫度時(shí)，可以得到較高的貝氏體含量。另一方面，當(dāng)加熱溫度低于此溫度時(shí)，基體組織中的大部分是多邊形鐵素體，而不是貝氏鐵素體。不同的加熱溫度得到的轉(zhuǎn)變前的γ晶粒尺寸也不相同，并且加熱中Nb的固溶量不同，得到的顯微組織構(gòu)成也不相同。

研究說明，控軋過程中，在γ區(qū)域的終軋溫度對(duì)成品鋼材中固溶的Nb有很大的影響，隨著終軋溫度的降低、Nb在成品鋼材中的固溶量也相應(yīng)減少，因?yàn)槠溆懈蟮膽?yīng)變誘導(dǎo)沉淀析出發(fā)生，這個(gè)在溶解Nb方面的變化似乎對(duì)顯微組織的演變有重大的影響。

研究說明，強(qiáng)度受總變形量的影響(板坯總壓縮比)較小。可能是因?yàn)殇摪逶胶?；軋制變形的總壓下量越小。因此，前期γ晶粒越大，變形γ中NbC應(yīng)變誘導(dǎo)析出越小。結(jié)果可以獲得更大的淬透性，從而彌補(bǔ)了鋼板越厚，冷卻速率越慢的影響。相反，隨著總變形量的減少，韌性降低了，可能是因?yàn)榇执蟮脑鸡镁Я?，相?yīng)地形變破碎后的γ晶粒尺寸也較大所致。

如果和同樣鋼種采納空冷處理相比，因?yàn)檐埡蟛杉{快冷處理，ULCB鋼可以獲得更多體積分?jǐn)?shù)的貝氏體含量。

此外，在快冷的狀況下，可以獲得更精細(xì)的具有高發(fā)度位錯(cuò)的貝氏鐵素體亞結(jié)構(gòu)。而且在貝氏鐵素體基體上M/A組元的尺寸變得更精細(xì)，其分布也更均勻。這些顯微組織特征解釋了為什么在快速冷卻的狀況下，強(qiáng)度和韌性能得到顯著改善。

結(jié)語

有關(guān)合金元素和熱機(jī)械工藝選擇的研究已經(jīng)應(yīng)用于ULCB鋼的制定中，而且對(duì)這類鋼的顯微組織細(xì)節(jié)做了闡述。加入合金元素和工藝參數(shù)對(duì)組織和機(jī)械性能的影響也進(jìn)行了討論，旨在改善貝氏體的淬透性和增加其韌性的目的得到了人們的高度重視。

超低碳貝氏體鋼(ＵＬＣＢ)是近2Ｏ年來新研制的高強(qiáng)度、高韌性，并具有合格焊接性能的新鋼系，被世界各國稱為面向21世紀(jì)的新一代鋼鐵材料。ＵＬＣＢ是當(dāng)代先進(jìn)冶金技術(shù)與物理冶金研究成果相結(jié)合的產(chǎn)物。這類鋼運(yùn)用轉(zhuǎn)爐或電爐冶煉，鋼水通過爐外精煉處理，鋼中加入可提升淬透性的元素如Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｂ等，通過控軋控冷，使奧氏體轉(zhuǎn)變成極為細(xì)小的各種形態(tài)的貝氏體板條組織，并通過Ｎｂ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｕ等元素的析出強(qiáng)化，鋼材的屈服強(qiáng)度得以大幅度提升，最高可達(dá)1000ＭＰａ左右，鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度低于-8Ｏ℃，-20℃Ｖ型缺口沖擊功大于400Ｊ。ＵＬＣＢ的碳含量一般小于005%，因此碳的危害、碳化物析出的影響等問題基本消除，故其具有合格的焊接性能，可以實(shí)現(xiàn)焊前不預(yù)熱、焊后不進(jìn)行熱處理。目前，ＵＬＣＢ鋼在美國、英國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的應(yīng)用，已被用在石油天然氣管線、工程機(jī)械、海洋設(shè)施、汽車、橋梁、造船、海軍軍艦、壓力容器等領(lǐng)域。

ＵＬＣＢ鋼的合金化

Ｃ是鋼中最基本的強(qiáng)化元素，溶入鋼中起固溶強(qiáng)化的作用，碳含量增加會(huì)促進(jìn)碳化物及馬氏體的形成，但對(duì)鋼的焊接性及低溫韌性不利，為此，ＵＬＣＢ鋼要求具有極低的碳含量，一般小于0.05%，接近于鐵素體中碳的溶解度，但是，碳含量也不能夠無限制的減小，碳含量應(yīng)該能夠在確保不會(huì)由于貝氏體相變不完全而形成馬氏體的前提下，又足以與微合金元素Ｎｂ發(fā)生反應(yīng)形成ＮｂＣ，否則，鋼中缺少足夠的ＮｂＣ，韌性顯著下降，一般認(rèn)為，碳含量不應(yīng)低于0.01%。

Ｍｎ是鋼中重要的強(qiáng)韌化元素，提升鋼中的錳含量，能擴(kuò)展γ區(qū)，降低轉(zhuǎn)變溫度，擴(kuò)展軋制范圍，促進(jìn)晶粒細(xì)化，從而增加了鋼的強(qiáng)韌性，沖擊轉(zhuǎn)變溫度幾乎不發(fā)生變化，在ＵＬＣＢ鋼中，依據(jù)板厚及強(qiáng)度要求，Ｍｎ的加入量一般為1.5%～2.0%。

Ｍｏ可以降低Ｂｓ轉(zhuǎn)變溫度，Ｍｏ和Ｂ的共同作用能夠使鐵素體析出線顯然右移，激烈推遲鐵素體轉(zhuǎn)變，但對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變影響較小，從而在較寬的冷卻速度范圍內(nèi)都能夠得到完全的貝氏體組織。提升鋼中的Ｍｏ含量，鋼的強(qiáng)度顯然提升，但是，隨著Ｍｏ含量的增加，鋼的韌性顯著惡化。Ｎｉ的強(qiáng)化效果雖然不如Ｍｏ和Ｍｎ，但它能顯然改善鋼的韌性，特別是用Ｃｕ時(shí)效強(qiáng)化的ＵＬＣＢ鋼中，必需同時(shí)加入05～2倍的Ｎｉ，以降低銅的熱脆性。

ＵＬＣＢ鋼中通常還加入Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ等合金元素進(jìn)行微合金化。微量Ｎｂ在超低碳貝氏體鋼中，起著極為重要的作用：首先，在貝氏體鋼中，微量元素Ｎｂ與Ｂ的共同作用，能夠顯著地提升鋼的再結(jié)晶終止溫度，在熱機(jī)械軋制工藝(ＴＭＣＰ)過程中，Ｎｂ應(yīng)變誘導(dǎo)析出于奧氏體晶界，因而激烈地延遲了奧氏體的再結(jié)晶，使未再結(jié)晶區(qū)的控制軋制更易于實(shí)現(xiàn)，從而確保了奧氏體基體中的畸變積存，導(dǎo)致貝氏體轉(zhuǎn)變的形核數(shù)量大幅度增加，細(xì)化了晶粒，改善了貝氏體鋼的綜合性能；第二，微量Ｎｂ的析出物激烈阻止貝氏體組織中高發(fā)度位錯(cuò)的移動(dòng)，從而確保了超低碳貝氏體鋼組織及性能回火的穩(wěn)定性；第三，貝氏體鋼中微量Ｎｂ與Ｃｕ、Ｂ等元素的互相作用，大大降低了相變溫度，使貝氏體相變能夠在較低的溫度下進(jìn)行轉(zhuǎn)變，相變后的貝氏體板條細(xì)小，從而促進(jìn)了超細(xì)組織的形成；第四，微量Ｎｂ與Ｃｕ、Ｂ等元素的綜合加入，加速了高溫變形后的應(yīng)變誘導(dǎo)Ｎｂ(Ｃ、Ｎ)的析出，顯然地穩(wěn)定了奧氏體中的位錯(cuò)結(jié)構(gòu)，阻止了新相組織的進(jìn)一步長大，在貝氏體相變過程中大幅度提升了貝氏體中的位錯(cuò)密度，從而使貝氏體鋼具有高的強(qiáng)韌性；第五，在超低碳貝氏體鋼的焊接過程中，鋼中Ｎｂ、Ｂ原子的偏聚及析出阻止了加熱過程中奧氏體晶粒的進(jìn)一步粗化，確保了焊接后熱影響區(qū)組織的性能。Ｔｉ在ＵＬＣＢ鋼中的作用是固定鋼中溶解的Ｎ，否則Ｎ將與Ｂ結(jié)合，降低Ｂ的作用，一般來說，要固定鋼中的Ｎ，Ｔｉ的濃度應(yīng)是Ｎ濃度的3倍以上，但是過量的Ｔｉ會(huì)損害鋼的韌性。

生產(chǎn)實(shí)例

1舞鋼超低碳貝氏體鋼ＷＨ70

舞鋼采納電爐及爐外精煉、4200ｍｍ軋機(jī)控軋、控冷工藝，經(jīng)過優(yōu)化合金制定方案，嚴(yán)格控制加熱、軋制及冷卻參數(shù)，鋼板經(jīng)適當(dāng)?shù)臅r(shí)效處理，成功研制出超低碳貝氏體鋼ＷＨ70，鋼板的最大厚度達(dá)到了50ｍｍ。

合金制定：

舞鋼開發(fā)超低碳貝氏體鋼ＷＨ70鋼種的合金系列采納Ｍｎ-Ｎｂ-Ｃｕ-Ｂ型，為了改善鋼的低溫韌性，將鋼中Ｃ含量控制在0.05%以下，為了能夠在40ｍｍ以上規(guī)格的厚板中獲得更多的貝氏體組織，將鋼中Ｍｏ的加入量控制在0.35%左右。

工藝控制：

(1)冶煉經(jīng)過90ｔＵＨＰ+ＬＦ/ＶＤ真空精煉，鋼液在真空下進(jìn)行殘氧脫碳反應(yīng)，以控制較低的碳含量。并進(jìn)行Ｃａ處理以控制鋼中的Ｓ含量及對(duì)硫化物形態(tài)進(jìn)行控制，采納氬封保護(hù)澆注。

(2)控軋工藝采納Ⅲ型控軋技術(shù)。與Ⅱ型控軋相比，Ⅲ型控軋可以充分發(fā)揮大軋機(jī)的能力，實(shí)現(xiàn)再結(jié)晶區(qū)-未再結(jié)晶區(qū)-兩相區(qū)三個(gè)階段的控制軋制。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)微Ｔｉ處理的含Ｎｂ鋼最合適于Ⅲ型控軋工藝：

采納210ｍｍ連鑄坯軋制≤30ｍｍ鋼板，>30ｍｍ厚板則用鋼錠開坯(坯厚300ｍｍ)，二次成材。鋼坯加熱溫度1180～1220℃，加熱時(shí)間10ｍｉｎ/ｃｍ。在此溫度范圍內(nèi)加熱，Ｎｂ與Ｖ的碳化物均可完全固溶，有利于其在冷卻時(shí)的再析出。而由于ＴｉＮ顆粒仍未溶解，因此不會(huì)造成晶粒過分粗大。

第Ⅰ階段控軋道次變形率≥10%，最大道次變形率必需大于20%，第Ⅰ階段終軋溫度控制在1000℃左右，累計(jì)變形量應(yīng)>60%。道次間隙利用立輥高壓水輔助進(jìn)行軋件降溫，軋制過程中可用四輥高壓水降溫，這樣做的目的是為了縮短第Ⅱ階段開軋前的待溫時(shí)間，以避免出現(xiàn)粗大晶粒(混晶)。

第Ⅱ階段控軋開軋溫度：930～950℃，道次變形率≥10%，累計(jì)變形率>50%。終軋溫度控制在880～900℃。由于形變誘導(dǎo)沉淀作用，Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ等元素的碳、氮化物在晶粒內(nèi)的變形帶析出，這些析出物將進(jìn)一步阻止鐵素體晶粒長大，隨著變形量的加大，變形帶數(shù)量也增加，其分布更均勻，這些變形帶也提供了相變時(shí)的形核地點(diǎn)，因而，相變后的鐵素體晶粒也更加均勻細(xì)小。

第Ⅲ階段控軋?jiān)冢粒?以下溫度進(jìn)行。開軋溫度控制在820℃以下，終軋溫度控制在760～730℃。在此溫度區(qū)內(nèi)進(jìn)行軋制，可在鐵素體析出之后予以變形，并在其晶粒內(nèi)部形成大量位錯(cuò)，進(jìn)而形成亞結(jié)構(gòu)，亞結(jié)構(gòu)可使鋼的強(qiáng)度升高、脆性轉(zhuǎn)變溫度降低，這是引起強(qiáng)度迅速增加的主要原因。一般來說，兩相區(qū)軋制溫度越低，越有利于提升鋼板強(qiáng)度。但是，許多研究者指出，終軋溫度太低，會(huì)造成鋼的韌性惡化。

(3)鋼板水冷提升軋后水冷速度，將會(huì)使組織相對(duì)細(xì)化，有利于減輕貝氏體的脆性。另外，隨冷速的提升，粒狀組織量減少，貝氏體量增加。粒狀組織形成溫度較貝氏體高，它是塊狀鐵素體與Ｍ/Ａ島的混合組織，粒狀組織量的減少將會(huì)使鋼的韌性得到改善。依據(jù)舞鋼4200ｍｍ軋機(jī)的生產(chǎn)狀況，水冷速度控制在4～8℃/ｓ，水冷終止溫度控制在560～620℃。

(4)時(shí)效工藝運(yùn)用Ｃｕ的時(shí)效析出物ε-Ｃｕ微粒對(duì)鋼進(jìn)行沉淀強(qiáng)化，是近幾年來廣泛運(yùn)用的一種工藝方法。美國、加拿大等國對(duì)這一領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究，其Ｃｕ-Ｎｂ-Ｂ系ＵＬＣＢ鋼被廣泛地應(yīng)用于高強(qiáng)度油氣管線、海洋設(shè)施及軍用艦船等方面。ε-Ｃｕ的沉淀作用的強(qiáng)弱取決于Ｃｕ的加入量及時(shí)效處理的溫度，其時(shí)效強(qiáng)化的峰值溫度約為550℃，此時(shí)ε-Ｃｕ微粒析出數(shù)量最大，且尺寸最細(xì)小，但是，在該溫度下，鋼的韌性指標(biāo)所受到的影響也達(dá)到極大值，因此，一般工業(yè)應(yīng)用中，均在高于該溫度區(qū)進(jìn)行過時(shí)效處理，使其析出物適當(dāng)長大，以減輕對(duì)鋼韌性的損害。

從舞鋼生產(chǎn)的超低碳貝氏體鋼ＷＨ70鋼板的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果看，舞鋼生產(chǎn)的超低碳貝氏體鋼ＷＨ70鋼板的屈服強(qiáng)度在590～775ＭＰａ，抗拉強(qiáng)度在70Ｏ～830ＭＰａ，-20℃沖擊功在176～276Ｊ，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到了技術(shù)條件要求，且有較大寬裕量。

2鞍鋼超低碳貝氏體鋼ＨＱ590ＤＢ

鞍鋼開發(fā)超低碳貝氏體鋼ＨＱ590ＤＢ鋼種的合金系列采納Ｍｎ-Ｎｂ-Ｂ型，為了改善鋼的低溫韌性，將鋼中Ｃ含量控制在0.03%以下。其生產(chǎn)工藝路線為：鐵水預(yù)脫硫-轉(zhuǎn)爐冶煉-ＲＨ處理-Ｃａ處理-連鑄-板坯加熱-粗軋-精軋-層流冷卻-卷取。采納的鋼坯規(guī)格200×1300×6000ｍｍ。

(1)加熱溫度

不同的加熱制度影響奧氏體原始晶粒度，而奧氏體原始晶粒度又影響再結(jié)果后的晶粒大小。ＨＱ59ＯＤＢ鋼中含有005%左右的Ｎｂ，此類鋼加熱到1150℃以上時(shí)，奧氏體晶粒開始長大，而該鋼中又含有0.02%的Ｔｉ，奧氏體晶粒開始快速長大的溫度為1200℃以上，合計(jì)希望能有相當(dāng)數(shù)量的Ｎｂ溶入奧氏體中，因此，加熱溫度設(shè)定為1150～1200℃。

(2)變形量

在控制軋制過程中，道次變形量和總變形對(duì)鋼材性能影響很大。一般狀況下，在高溫再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)，道次變形量應(yīng)滿足再結(jié)晶所需的應(yīng)變，以避免混晶，因此，為了獲得完全的再結(jié)晶，道次變形量應(yīng)≥15%，總變形量為40%～50%。在未再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)，通過施以較大的變形量，使奧氏體晶粒變薄，拉長，增大有效晶界面積，使軋后冷卻時(shí)獲得細(xì)小的相變組織，這樣，未再結(jié)晶區(qū)的道次變形量應(yīng)≥10%，總變形量應(yīng)為50%～75%。依據(jù)上述變形量分配原則，控制軋制后的鋼材其強(qiáng)度提升，脆性轉(zhuǎn)變溫度降低，低溫韌性得到顯然改善。

(3)終軋溫度

終軋溫度影響軋后冷卻速度和卷取溫度，如果終軋溫度顯然高于相變點(diǎn)Ａｒ3，產(chǎn)品的最終組織不能充分地細(xì)化，將導(dǎo)致鋼板韌性劣化，終軋溫度確定為Ａｒ3+(50～100)℃，大約為750～850℃。

(4)加速冷卻關(guān)于超低碳貝氏體鋼來說，隨著軋后冷卻速度增加，貝氏體中板條結(jié)構(gòu)比例也增加，最終可得到細(xì)小的鐵素體和貝氏體混合顯微組織，因此，ＨＱ590ＤＢ鋼的冷卻速度要比傳統(tǒng)的控制冷卻速度快一些，以獲得完全貝氏體組織。

(5)卷取溫度卷取溫度對(duì)卷板的性能也有很大影響。降低卷取溫度，使鋼的屈服強(qiáng)度稍稍提升，但導(dǎo)致伸長率降低，這其中原因是由于隨著終冷溫度降低，卷取溫度也降低，晶粒細(xì)化顯然，位錯(cuò)密度增加，引起了屈服強(qiáng)度增加，伸長率降低。另外，在生產(chǎn)ＨＱ590ＤＢ過程中，合計(jì)了熱軋帶鋼廠的卷取能力，設(shè)定的卷取溫度為(580±20)℃。

經(jīng)對(duì)厚度為6ｍｍ的卷板進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，鞍鋼生產(chǎn)的超低碳貝氏體鋼強(qiáng)度高、低溫韌性好、冷彎成型性能合格，在使用過程中，焊接前不需要預(yù)熱，改善了工作條件，縮短了生產(chǎn)工藝流程，降低了生產(chǎn)成本，提升了工作效率。

結(jié)語

隨著能源的日益緊張以及制造工業(yè)的發(fā)展，對(duì)鋼鐵材料提出了更高的要求，迫使各鋼鐵企業(yè)不斷加大高附加值優(yōu)質(zhì)品種鋼的生產(chǎn)研究，為了提升產(chǎn)品的市場競爭力和追求效益的最大化，超低碳貝氏體鋼便應(yīng)運(yùn)而生。近年來，由于計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，為成分制定、制造技術(shù)與工藝改善提供了有效的手段，使材料的性能預(yù)報(bào)成為可能，超低碳貝氏體鋼的研究成果不斷涌現(xiàn)，從而使這一具有合格綜合性能的新材料得到越來越廣泛的應(yīng)用，可以斷言，超低碳貝氏體鋼的研究與應(yīng)用必將成為21世紀(jì)鋼鐵材料的主流。超低碳貝氏體鋼是80年代以來在國際上發(fā)展起來的一大類新鋼種，它具有強(qiáng)度高、韌性好及合格的焊接性能等特點(diǎn)。武漢鋼鐵公司研制開發(fā)的高強(qiáng)度低碳貝式DB590填補(bǔ)了國內(nèi)這空白。該鋼種采納現(xiàn)代煉鋼技術(shù)及鋼包精煉和連鑄技術(shù)，利用高溫非再結(jié)晶區(qū)控軌，在鋼中加入提升淬透性，元素〔Mn、Cu、Mo、B〕，并于軌后進(jìn)行控冷。此時(shí)，鋼中的細(xì)長變形奧氏體晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的各種形態(tài)的貝氏體板條狀組織，這種貝氏體內(nèi)含有較多的穩(wěn)定位錯(cuò)，形成時(shí)又繼承了奧氏體內(nèi)產(chǎn)生的形變位錯(cuò)，從而使屈服強(qiáng)度提升很多。由于DB590鋼含碳量已相當(dāng)?shù)?，大約為0.04%左右，因此碳化物析出對(duì)貝式氏體的韌性幾乎沒有影響。所以板材的沖擊性能，特別是低溫韌性極佳。同時(shí)，Nb、V、Ti等合金元素在鋼中的析出強(qiáng)化提升了材料的抗拉強(qiáng)度，特別是在鋼中加入了Cu元素，可利用Cu在時(shí)效回火時(shí)產(chǎn)生的ε--Cu元素，進(jìn)一步提升了屈服強(qiáng)度，這一點(diǎn)尤其重要。由于機(jī)械制定中的許應(yīng)力是屈服強(qiáng)度除以安全系數(shù)得出的，因此提升了許用應(yīng)力值，這就大大確保了構(gòu)件的安全性。

武鋼1995年研制開發(fā)出DB590鋼，山東推土機(jī)總廠從1996年8月開始試用，經(jīng)過各種嚴(yán)格的進(jìn)廠性能檢驗(yàn)，合格后批量裝機(jī)，考核效果合格。到目前為止，實(shí)際使用1100左右。由表1可見，化學(xué)完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。表1

DB590化學(xué)成分檢驗(yàn)結(jié)果鋼號(hào)板厚

〔mm〕化學(xué)成分CSiMnPSCuBTiNbDB5906121625

1.2機(jī)械性能

DB590鋼的機(jī)械性能要求為：-8mm

σS>=450MPa,σb>=590MPa,σ5>=20%,AKV(-40oC,縱向)>=60J

d=2α,彎曲180o完好。

(2)板厚：12--30mm

σS>=450MPa,σb：570--720MPa,σ5>=20%，AKV(-20oC,縱向)>=60J，d=3α，彎曲180o完好。

關(guān)于機(jī)械性能的檢驗(yàn)，我們嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示。表2板厚〔mm〕σS〔Mpa〕σb〔Mpa〕δ5〔Mpa〕冷彎d=0

180o1255062522完好1652561025完好2549560525完好

沖擊試驗(yàn)的檢驗(yàn)結(jié)果見表3。表3板厚〔mm〕AKV(J〕，縱向20oC0oC-20oC-40oC121681641471231614314211611025147121110105

冷彎d=0,合格,見圖1

從上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，DB590的抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度，延伸率等值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，冷彎時(shí)即使d=0時(shí)仍完好。特別是該鋼的韌性極好，低溫沖擊值相當(dāng)高，超過了進(jìn)口鋼材同類鋼種的水平，能滿足推土機(jī)在寒冷地區(qū)的使用要求。

2DB590鋼的焊接條件

PCM〔焊接裂痕敏感性系數(shù)〕是讀音價(jià)目板材焊接性能的一個(gè)重要的指標(biāo)。60kg級(jí)高強(qiáng)度鋼一般要求PCM〈=0.27%。經(jīng)計(jì)算，DB590的最大PCM值僅為0.21%，實(shí)際成分的PCM值遠(yuǎn)低于這個(gè)數(shù)值，因此從理論上分析，DB590應(yīng)具有合格的焊接性能，即焊接不預(yù)熱，焊后不需要退火的性能。2.1焊接接頭性能試驗(yàn)

試樣為25mm厚的DB590鋼板，開坡口60o，采納如表4所列的工藝規(guī)范。CO2氣體的統(tǒng)一計(jì)劃在99.5%以上。焊接速度25--30cm/min。試