[发明专利]一种上贝氏体层状组织钢及其制备方法

说明书

本发明公开一种上贝氏体层状组织钢的制备方法，将合金组分冶炼成钢坯后，于单一奥氏体区或奥氏体/铁素体或奥氏体/贝氏体铁素体(B、F)两相区保温；保温结束后，执行钢坯变形和细化工序。本发明将合金组分冶炼后，把高温获取的大致平行分布条状上贝组织，条状间分布渗碳体置换成奥氏体，采用压力变形方法将高温形成较宽的混合板条细化，解决了上贝氏体层状板条较宽强度低奥氏体不稳定的问题，本发明既细化了层状组织，又提高了贝氏体的强度和韧性，还稳定残奥，强韧性能超过下贝氏体组织。

技术领域

本发明属于金属材料加工技术应用领域，具体涉及一种上贝氏体层状组织钢的制备方法，以及通过该方法制备得到的上贝氏体层状组织钢。

背景技术

珠光体和上贝氏体都属于层状组织，其特点是强度越高韧性越差，珠光体是由奥氏体发生共析转变同时析出的，铁素体与渗碳体片层相间的组织；根据片间距的大小不同，可分成珠光体、索氏体、屈氏体三类。珠光体组织的强度低韧性高，珠光体和上贝氏体都具备层状组织，层间分布着渗碳体，具有其板条越宽强度低，板条越细奥氏体越少的特点。

根据日本大森，贝氏体组织分为三类：

第一类约在600～500℃之间形成，无碳化物析出，简称无碳化物贝氏体。组织形态由大致平行的F板条组成，在B、F板条之间为富碳的A。F板条较宽、间距较大，随转变温度下降，F板条变窄、间距缩小。富碳的A在随后的冷却过程中可能转变为P、B、M或保持不变。因此无碳化物贝氏体不能单独存在。

第二类约在500～450℃之间形成，碳化物在B、F之间析出呈羽毛状，简称上贝氏体。在电镜下，上贝氏体组织为一束大致平行分布，铁素体条间分布与铁素体轴相平行的细条状渗碳体，有较高位错缠结存在。随形成温度的降低，板条变窄α相变薄，强度低韧性差。

第三类贝氏体约在450℃～Ms之间形成，碳化物分布在B、F内部，简称下贝氏体。在光学显微镜下以55°～60°呈针状，与片状M相似。下贝氏体铁素体的亚结构与板条马氏体和上贝氏体、铁素体相似，也是缠结位错，板条变细α相变少，强度和韧性高于上贝氏体。

贝氏体钢中添加较高的Si或Al时，具有延缓渗碳体沉淀的作用，阻碍渗碳体析出，推迟奥氏体转变，保留部分奥氏体，但仍会存在少量渗碳体和奥氏体转变过程。

国内层状专利虽在A₃以下变形，变形后利用高温铁素体和奥氏体转变马氏体组成的层状组织，如专利号CN108018503B、CN109355485A等。即有高温和低温段变形的CN112981277A、CN112280941B专利在B区域以上变形，B区域等温，在M区域贝氏体组织已成型后再变形，下贝氏体变形能引入孪晶界增加位错密度，增加屈服强度，对冲击韧性的影响不大。

珠光体和上贝氏体属于层状组织，主要是铁素体与渗碳体组成，强度低韧性相对较高，贝氏体的上贝接近珠光体的组织特点近板条层状，贝氏体、铁素体与渗碳体的组成强度低、韧性差。下贝接近马氏体组织，奥氏体偏少，下贝氏体晶体内外以析出碳化物为主。不管是珠光体与下贝氏体组织的组合还是铁素体与渗碳体组织，都属于硬性组织组合；而理想的组织结构是软硬相交替分布的层状组织。实际上现有诸多技术中一直追求获取下贝氏体组织，但下贝氏体中奥氏体含量低于上贝氏体中奥氏体的含量，而获取奥氏体较软相与贝氏体或马氏体硬相，这类软硬交替分布的层状组织能有效改善组织的强度、韧性和塑性。

发明内容

鉴于以上存在的问题本发明目的在于提供一种上贝氏体层状组织钢的制备方法，同时本发明的另一目的在于提供前述方法制备得到的上贝氏体层状组织钢。

发明人通过长期的探索和尝试，以及多次的实验和努力，不断改革创新，基于非平衡态和平衡态组织的形变细化诱导，结合珠光体和上贝氏体的层状交替的组织特征，利用较高硅铝含量能将渗碳体置换成奥氏体的思路，上贝氏体组织在电镜下为一束大致平行分布条状混合组织，条状间分布残奥或渗碳体，其含量能决定组织的塑韧性，因此发明一种上贝氏体层状组织钢的制备方法。