貝氏體鋼

貝氏體鋼使用狀態下基體的金相組織為貝氏體。其化學組成是低碳和低合金元素，含碳量一般<0.05%，主要合金元素是Mn，Cr，Ni，Mo，B等。貝氏體組織通常通過空冷或控制冷卻速度得到。這類鋼具有高強度(530～1500MPa)、高韌性、抗拉強度隨貝氏體轉變温度的降低而提高。工藝性能(可焊性和成型性)較好。廣泛用於航空、船舶、鍋爐、石油化工高壓管道以及壓力容器等方面。

高碳、高硅鋼在低温進行長達許多天的等温轉變可以獲得極細小的貝氏體組織，其由極薄的貝氏體鐵素體板條和板條間富碳的殘餘奧氏體薄膜組成，稱為低温貝氏體組織，這種貝氏體鋼的極限拉伸強度高。低温貝氏體鋼具有良好的綜合力學性能，是發展超級鋼、超細晶鋼和納米鋼鐵材料的途徑之一 。

通過成分的合理控制和冷卻制度的優化，並運用細晶強化、彌散強化等主要強韌化機制及其迭加效應，採用微合金變質處理，使奧氏體晶粒尺寸顯著減小，顯微組織明顯細化，碳化物彌散分佈，促進多元微合金化，加入少量或微量，可形成隱晶或細針狀貝氏體的高品質貝氏體或高級貝氏體鋼。該貝氏體鋼顯微組織為貝氏體、馬氏體、碳化物和殘餘奧氏體。經回火處理後，消除了組織中部分殘餘應力，組織明顯細化 。 ^[1] 

鋼中奧氏體-貝氏體復相組織使鋼具有高強韌性能。該鋼在合金設計上充分考慮了碳在鋼中的強化作用和硅在貝氏體轉變過程中強烈抑制碳化物析出的作用，而且加入能防止石墨化並提高淬透性的物質。該鋼 需要經過等温淬火，其顯微組織特徵為：鋼中的碳全部固溶於貝氏體鐵素體和奧氏體中，不析出碳化物；基體組織貝氏體鐵素體是含碳、硅等元素的過飽和固溶體，其亞結構為高密度位錯。富碳奧氏體穩定性高，以薄膜狀均勻分佈於貝氏體，鐵素體，板條之間，與貝氏體鐵素體交替均勻排列。因此該類鋼具有良好的強韌性。

該鋼組織特徵為：經過低温回火在板條馬氏體中和貝氏體鐵素體間都 析出了彌散分佈的ε-碳化物，產生第二相彌散強化作用。同時，未分解的殘留奧氏體由於熱穩定化和機械穩定化，具有很高的穩定性，使組織中固溶強化、彌散強化、亞結構強化和相變強化等得到充分發揮，從而使鋼獲得超高強度。而回火時殘餘應力的釋放、回火馬氏體的形成以及一定量穩定殘留奧氏體的存在，又使鋼的塑韌性得到顯著改善。 ^[2] 

等温處理獲得貝氏體鋼鐵材料是鋼鐵冶金領域的重大成就，是發展超級鋼、納米鋼鐵材料的方向之之一。然而等温淬火工藝及設備複雜、能源消耗大、產品成本高、淬火介質污染環境、生產週期長等，致使貝氏體鋼鐵材料在工程上的推廣應用受到限制。但低温下長時間等温處理可獲得超強貝氏體。

為了克服等温處理的缺點，材料工作者採用鑄後空冷的方法制備了一種貝氏體鋼, 但為了獲得較多的貝氏體必須加入銅、鉬、鎳等貴重合金,這不但成本高,而且韌性也較差。清華大學開發的準貝氏體鋼彌補了這種貝氏體鋼的缺點，成為近年來貝氏體鋼發展的主要方向。最近,國內又研究了正火貝氏體鋼。

控制冷卻原是鋼材控制軋製工藝過程中的概念, 近年來發展成為一種高效、節能的熱處理方法，熱處理時通過控制冷卻可獲得所設計的組織，提高鋼的性能。對鋼的控軋控冷研究證明，控制冷卻在鋼化學成分適宜時會促進強韌的低碳貝氏體形成。控制冷卻常用的方式有壓力 噴射冷卻、層流冷卻、水幕冷卻、霧化冷卻、噴淋冷卻、板湍流冷卻、水-氣噴霧冷卻和直接淬火等8種。它們各有優勢，根據具體工藝環境和限定條件來確定 。

這實際是控制冷卻的特例，因此，借鑑等温淬火和控制熱處理的思想，通過控制冷卻，在高温區快冷避開珠光體轉變，在中温區緩慢冷卻(保温)，以一定手段如爐中恆温在貝氏體轉變區營造一個“準等温環境”，實現鋼中貝氏體轉變。利用控軋和控冷相結合，馳豫過程可以充分細化組織，大幅度提高強度和韌性，從而製備出超細晶高強度貝氏體鋼。此加工工藝具有操作簡單、成本低和生產效率高等優點 , 是生產貝氏體鋼加工工藝的發展方向。 ^[2] 

磨球是廣泛應用於礦山、冶金、電力、建材和化工等行業的重要易耗件。如何降低磨耗和破碎率，一直是國內外研究的熱點之一。國內外廣泛應用的磨球材料有高碳低合金鋼球和低鉻、中鉻及高鉻鑄鐵球、中碳合金鑄鐵球、擠壓球等，但均未能很好地解決磨球硬度與韌性 、磨球淬透性與合金元素含量這兩對矛盾。通常是硬度高而韌性差，破碎率高。

貝氏體鋼磨球很好地解決了上述難題，用普通元素和微量合金化，通過獨特工藝，使材料空冷自硬，達到優異性能，明顯優於國內外同類產品。硬度高而均勻,破碎率極低, 粉磨效率高, 成本低。可在各種規格磨機和各種惡劣環境下,長期穩定使用。 ^[3] 

耐磨鑄鋼件多用高錳鋼鑄件, 高錳鋼常温下為奧氏體組織,韌性好, 且在使用 中加工硬化作用強。但高錳鋼起始硬度低，使用時多數情況下因衝擊載荷不足而遠未發揮其性能潛力，故耐磨性差，使用壽命較短。

貝氏體鑄鋼通過特殊的冷卻工藝，得到貝氏體和馬氏體的復相組織，具有很高的強韌性配合，性能明顯優於同類產品。適用於製造各種礦 山、建材和發電等行業的粉碎與制粉設備的耐磨件，如襯板、齒板、衝擊錘、鏟齒、護鈎和護甲等產品。具有硬度高，成本低，使用壽命長等優點。 ^[4] 

冶金、礦山、選礦廠、洗煤廠和發電等行業對各種大口徑傳輸耐磨管需求量很大，但這類傳輸管使用環境惡劣，要求管材耐磨、抗沖刷，且焊接性能良好，所用材料效果均很不理想。低合金鋼硬度很低，耐磨性能很差，壽命過短；塑料及陶瓷管材價格過於昂貴；鋼管 內表面噴塗石料則體積笨重、性能不穩定。

貝氏體離心鑄管則具有顯著的優越性:高硬度，耐磨性及韌性好，抗沖刷；焊接性能良好；生產工藝簡單；成本低，價格合理。


調質鋼存在兩大問題。一是調質工藝較複雜，淬火加高温回火，所用熱處理費用較高，並有氧化脱碳、變形及裂紋等淬火缺陷。另一個是淬透性問題，其淬透性隨合金元素含量的增加而增大。若不能滿足淬透性要求，則達不到調質的作用。

貝氏體非調質鋼是用普通元素進行合金化，鍛軋空冷後即達到調質鋼的性能。貝氏體非調質鋼，含碳量低，韌性好，強度高，尤其是在韌性上顯著高於由碳氮化物強化的微合金非調質鋼，能很好地用於各類 較大載荷的結構件，如軸、連桿等。貝氏體鋼製造汽車前軸，由於空冷淬透性好，可免去淬火工序，不僅節省能源，降低成本，也避免了由於淬火引起的變形、開裂及脱碳等缺陷，冷、熱加工性能良好，而且由於有優良的強韌性配合，故提高前軸質量及壽命，因此，對汽車前軸這類關鍵的保安件來説，採用空冷貝氏體鋼製造，不僅經濟效益 顯著，而且對安全、可靠地保證汽車質量有重要意義。 ^[5]