等温温度对中碳贝氏体钢组织和性能的影响毕业论文.doc

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等温温度对中碳贝氏体钢组织和性能的影响

摘要

贝氏体钢是指正火状态或者连续冷却条件下可获得以贝氏体为基体组织的钢。

由于贝氏体本身具有良好的强度和韧性，贝氏体钢才具有优异的综合力学性能，这促进了贝氏体钢的研究、开发和应用。

国内外学者依据贝氏体相变理论对贝氏体钢进行了大量的研究，设计出了不同成分的钢种和生产工艺，形成了不同系列的贝氏体钢，大大推动了贝氏体钢的发展，本文对中碳贝氏体钢，对其热处理工艺、组织、性能、亚结构等方面进行了部分研究。

本文通过对中碳贝氏体钢进行900℃奥氏体化后，分别在200℃、250℃、300℃、330℃进行不同时间的等温处理，观察其金相组织，测定组织硬度，并进行透射分析，来探究中碳贝氏体钢的显微组织和其硬度等性能之间的内在本质联系。

结果表明：

该试样等温处理后的室温组织为贝氏体、马氏体和残余奥氏体，且随着保温时间的延长，马氏体的量逐渐减少，贝氏体的量逐渐增多，并趋于稳定；相应的，试样的硬度逐渐降低，也趋于稳定。

通过透射电镜的亚结构分析，贝氏体组织晶间没有碳化物的析出，而是存在着薄膜状的中含碳量的奥氏体，贝氏体的亚结构均为纳米级的精细结构。

关键词：

贝氏体钢，贝氏体相变，金相组织，显微硬度

TheEffectofIsothermalTemperatureonMicrostructureandPropertiesofMedium-carbonBainiticSteel

Abstract

Bainitesteelreferstothesteelwhichisobtainedwithbainitebeingitsmatrixstructureundernormalizedconditionorcontinuouscoolingstate.Duetobainiteit-selfowninggoodintensityandtoughness,ithasexcellentcomprehensivemechanicalproperty,whichpromotestheresearch,exploitationandapplicationofbainitesteel.Accordingtobainitephasetransitiontheory,scholarsathomeandabroadhaddonealargenumberofresearchesonbainitesteel.Theyworkedoutdifferentsteelgradesandmanufacturingtechniques,whichdevelopedintoadifferentsetofbainitesteelandgreatlypromotedthedevelopmentofit.Inthispaper,someresearcheswereconductedwhichwereabouttechnologyforheatingprocessing,organization,propertyandsuborganizationofbainitesteelwithdifferentcomposition.

Basedonthemiddle-carbonbainiticsteel900℃austenite,respectively,at200℃,250℃,300℃,330℃fordifferenttimeisothermaltreatment,toobservethemicrostructure,thedeterminationofhardness,andtransmissionanalysis,toexplorethelinksbetweencarbonbainiticsteelmicrostructureandhardnesspropertiesoftheirinherentnature.Resultsshowthatthesamplesorganizationsatroomtemperatureafterisothermaltreatmentisbainite,martensiteandretainedaustenite,andwiththeextendedholdingtime,theamountofmartensitegraduallydecreases,theamountofbainitegraduallyincreases,andtendstobestable;Accordingly,graduallythehardnessofsamplealsotendstobestable.Bytransmissionelectronmicroscopy （SEM）analysisofthesubstructure,noprecipitationofcarbideinbainiteintergranularorganization,buttherearethinlayersofhighcarboncontentofausteniteandbainiteinthestructureofnanoscalefinestructure.

KEYWORDS:

bainiticsteel,bainitephasetransition,metallographicstructure,microhardness

目录

第一章绪论 1

§1.1贝氏体钢的概述 1

§1.2国内外贝氏体钢的研究现状 1

§1.3目前贝氏体钢的发展趋势 2

§1.4本课题背景 3

§1.5本文研究内容 3

第二章试验材料及方法 5

§2.1试样制备 5

§2.2热处理实验方案和实验工艺曲线的确定 5

§2.3金相实验 6

§2.3.1金相试样制备 7

§2.3.2金相组织观察 7

§2.4显微硬度的测试 7

§2.5透射电镜 7

第三章试验内容与结果分析 9

§3.1热处理实验后显微组织分析 9

§3.1.1中碳贝氏体钢200℃等温处理 9

§3.1.2中碳贝氏体钢250℃等温处理 10

§3.1.3中碳贝氏体钢300℃等温处理 12

§3.1.3中碳贝氏体钢330℃等温处理 13

§3.2硬度测试结果分析 15

§3.3透射电镜下组织的分析 18

结论 19

参考文献 20

致谢 22

22

第一章绪论

§1.1贝氏体钢的概述

贝氏体钢是一种加热后空冷所得组织为贝氏体或贝氏体-马氏体复相组织的钢类，是使用状态下基体的金相组织为贝氏体的一类钢。

其化学组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[1]。

按含碳量可以分为低碳贝氏体钢、中碳贝氏体钢、高碳贝氏体钢。

按合金成分可分为Mo-B系或Mo系贝氏体钢，Mn-B系贝氏体钢，Si-Mn-Mo系准贝氏体钢和其他的贝氏体钢，如低碳超低碳贝氏体钢、贝氏体复相钢[2]。

贝氏体刚与非调质钢相比，具有更高的塑性和韧性，与回火马氏体刚相比，具有更高的抗疲劳性能（包括冲击疲劳，应变疲劳）和耐磨性[3]。

其特点主要有：

（1）热成型后空冷自硬，可免除传统的淬火或回火工序。

从而节约大量的热处理费用，与热加工工艺结合，将大幅度降低成本。

（2）大量节约能源。

（3）免除淬火过程产生的变形，开裂，氧化和脱碳等缺陷。

（4）产品整体硬化，强韧性好，综合力学性能优良。

（5）使用上量大面广。

（6）减少环境污染。

（7）部分产品可将冶金生产与机械生产的工艺流程合并，实现全工序“超短生产流程”等[4]。

由于贝氏体系列钢种具有优异的特色和性能，制造成本低廉，正成为21世纪钢铁材料应用的奇葩。

它的逐步开发和应用，正逐步引起钢铁业和机械加工制造业工艺流程的变革，对推动相关科学技术的进步将起到不可估量的作用[5]。

§1.2国内外贝氏体钢的研究现状

贝氏体系列钢种由于其优异的特色和性能及制造成本低廉，吸引了大批国内外学者的对其的研究和开发。

20世纪50年代，英国人PBPickering等[6]发明了Mo-B系空冷贝氏体钢。

Mo和B的结合可以使钢在相当宽的连续冷却速度范围内获得贝氏体组织。

但是由于Mo原料价格昂贵，同时Mo~B钢起始转变温度较高，产品强韧性差，且生产成本较高，因此其发展受到一定限制。

清华大学方鸿生等[7]在研究中发现Mn在一定含量时，可使过冷奥氏体等温转变曲线上存在明显的上、下C曲线分离；Mn与B结合，使高温转变孕育期明显长于中温转变，以此成功地用普通元素进行合金化，发明出Mn-B系空冷贝氏体钢。

西北工业大学康沫狂等[8]通过多年的研究，提出了由贝氏体铁素体（即低碳马氏体）和残余奥氏体组成的准（非典型或无碳化物）贝氏体，并成功研制了系列准贝氏体钢。

其它类型的贝氏体：

李风照等[9]根据贝氏体相变原理研究出的超细组织空冷贝氏体钢，奥氏体-贝氏体复相钢，Si-Mn-Mo系贝氏体钢等。

§1.3目前贝氏体钢的发展趋势

由于贝氏体钢具有良好的综合力学性能，而且其成本相对较低，因此贝氏体钢在实际工业生产中得到了广泛的应用。

在实际的生产当中有以下几种得到了广泛的应用：

贝氏体非调质钢，超高强度贝氏体钢，非调质易切削塑料模具钢，耐磨钢，贝氏体钢板材等[10]。

国内贝氏体钢的研究开发中，添加元素为一般合金元素，不存在冶炼、浇注、轧制等方面的困难，企业在不增加设备的情况下即可组织生产，只要具备空冷条件即可。

因此贝氏体钢以其性能价格比方面具有的明显优势，在我国的应用前景将十分广阔。

贝氏体系列钢的研究目前仍处于贝氏体相变机理研究与贝氏体钢的开发与推广应用阶段。

在开发贝氏体钢方面，应加强以下两方面的研究工作[11]。

（1）贝氏体钢产品品种的开发除对现有贝氏体钢的生产工艺进行完善与优化外，还应不断开发新的贝氏体钢品种，扩大贝氏体钢产品的应用范围[12]。

贝氏体钢在模具用钢、耐磨耐冲击钢、工程构件用钢等领域的开发研究将进一步深人，同时研究开发贝氏体钢在弹簧、建筑用高强度钢筋、齿轮、标准件等的使用。

（2）加强控轧贝氏体钢的研制从低合金高强度钢的发展趋势来看，开发研制控轧贝氏体钢是十分必要的[13]。

§1.4本课题背景

近几十年来,贝氏体钢的研究开发已经引起学术界和工程界的高度重视,贝氏体钢的研究创新与实际运用取得了重大进展。

然而，实际生产中得到的中碳贝氏体钢并不是由单一贝氏体组织组成，往往是多种显微组织并存，因此并不能直接体现钢的力学性能与贝氏体组织之间的对应关系[14]。

针对这一情况，以中碳Mn-Ni-Cr-Mo钢为研究对象，在国内某钢铁公司进行控轧控冷试验。

通过对终冷温度与保温时间的控制，得到由全部针状状贝氏体，全部针状贝氏体以及粒状贝氏体+板条贝氏体组成的3种不同类型的中碳贝氏体钢。

经过对这3种不同类型的贝氏体钢进行金相组织观察和硬度测试后发现：

粒状贝氏体钢的强度最低，韧塑性最好；板条贝氏体钢板的强度最高，韧塑性最差；由粒状贝氏体+板条贝氏体组成的钢，其强度、韧塑性居中。

而中碳贝氏体钢具有较高的强度和韧性，而且工艺简单，易于成型，焊接性能优良，能够广泛应用在工程机械、造船和石油天然气输送管线等