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贝氏体微合金化高强度锻造钢化学成分力学性能
微合金化乃另一提高力学性能的可行方法。微合金元素如V、Nb、Ti经常用于控制晶粒尺寸和沉淀硬化强度或两者之一。众所周知,加V微合金化乃铁素体一珠光体钢沉淀硬化之有效手段。为增加韧性,添加少量Ti可达充分控制奥氏体晶粒尺寸的目的。奥氏体晶粒之生长亦可通过Nb之再结晶阻滞效应而得到抑制。
此外,贝氏体钢为提高力学性能提供了重要机会。这些钢可能包含不同的显微组织,如贝氏体(或针状铁素体)、晶间碳化物、多边形铁素体、残留奥氏体、马氏体和沉淀的细小碳氮化合物。上述这些组织均可通过合金化或加工得到。如Ti、Nb、Mn、Cr、Mo~DB等合金元素均可加入钢中以增加淬硬性和改善贝氏体/马氏体的显微组织。日本学者Katsumata等人曾尝试在低碳(0.06%~0.18%)贝氏体马氏体钢内加入合金元素CrB和Mo提高其韧性。这项研究表明:一定含碳量的贝氏体钢可以达到比普通铁素体一珠光体钢更高的强度水平.而含碳量较低的钢亦可在保持同等强度水平的同时,获得较高的韧性。此外.亦可通过改变工艺而不加入昂贵的合金元素。Gonzalez等人提出产生多边形铁素体和贝氏体显微组织的两步冷却工艺。此工艺包括第一步缓冷形成多边形铁素体和第二步快冷形成二次贝氏体一马氏体相。此工艺有助于获得和比较昂贵的含Cr淬火一回火钢同样的性能,惟锻造温度(920。C)和退火温度(420。C)较低。
“准贝氏体”这一概念国内外许多学者对其力学性能进行了大量研究。典型准贝氏体耐磨钢的成分见:
C≤0.21
P≤0.02
S≤0.01
Si≤1.2
Mn≤1.3
Nb、Ti、V适量
通过研究表明,准贝氏体钢的组织由贝氏体铁素体和残余奥氏体组成,具有较高的强度和韧性,而碳化物的存在,严重影响了钢的性能。在准贝氏体钢中加入Si、Al等合金元素,能有效阻止碳化物的出现。准贝氏体组织中的残余奥氏体是碳的过饱和固溶体,磨损时在外力作用下部分残余奥氏体发生诱发马氏体相变,形成高碳马氏体,形成硬质点。准贝氏体类似于低碳马氏体,具有良好的强韧性和较高的破断抗力,硬质点耐磨,基体破断抗力高,磨粒不易断裂和脱落,使耐磨性提高。
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和残余奥氏体组成的准贝氏体组织的高强耐磨钢,并对其相关性能进行了研究。结果表明,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。
热轧、低温回火和热轧、正火、低温回火及轧态不同温度回火工艺对新型HB400级高强度准贝氏体耐磨钢板的组织和力学性能及耐磨性能的影响。结果表明,该钢板具有良好的强韧性及耐磨性能,低温回火可以改善耐磨钢板的韧性,新型耐磨钢板具有较强的回火抗力。用准贝氏体钢生产高强度耐磨板具有生产工艺简单、成本低廉等特点。
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