·880 北京科技大学学报 第35卷 这一结论是否能推广至不同温度的（因而位错密度 氏体先于贝氏体铁素体演化为多边形铁素体继而吞 不同的)相变产物的热稳定性，需要进一步分析.本 噬贝氏体铁素体，贝氏体铁素体表现出了高于粒状 文所用的低碳贝氏体钢经连续冷却后得到粒状贝氏 贝氏体的热稳定性 体与贝氏体铁素体的混合组织.与粒状贝氏体相比， (②)贝氏体铁素体在回复过程中发生板条间小 贝氏体铁素体的形成温度更低，位错密度更高，非 角度晶界的破缺以及相邻板条的倾转合并 平衡程度更大.但是，从实验结果来看，重加热过 (3)贝氏体组织在较低温度的重加热过程中会 程中贝氏体铁素体的热稳定性高于粒状贝氏体，表 经历一个明显的稳定期，其持续时间随温度的降低 现在粒状贝氏体先于贝氏体铁素体转化为多边形铁 而大大延长，因此在较低温度的热扰动环境下应用 素体继而吞食尚处于回复阶段的贝氏体铁素体.对 处于稳定期的低碳贝氏体钢能够获得足够高的安全 该结果可以这样进行理解：非平衡程度较大的组织 性 虽然演化为平衡组织的驱动力较大，但是演化为平 衡组织的路径较长.演化驱动力与演化路径应当取 参考文献 决于显微组织内的位错密度与位错排布方式.贝氏 体铁素体的高热稳定性可能来自于板条束内部铁素 [1]Bhadeshia H K D H.Bainite in Steels.2nd Ed.London: 体板条之间的特殊取向关系.由实验结果得知，在 IOM Communications Ltd.2001 板条束内部不存在大角度取向差以及取向梯度，这 [2]Bhadeshia H K D H,Honeycombe R.Steels:Microstruc- 意味着尽管板条束内部的铁素体能够发生合并，但 ture and Properties.3rd ed.Amsterdam:Elsevier,2006 不会形成大角晶界以及再结晶核心，这与大形变金 [3 Krauss G,Thompson S W.Ferritic microstructures in con- tinuously cooled low-and ultralow-carbon steels.ISIJ Int 属在退火过程中形成存在取向梯度的亚晶继而通过 1995,35(8):937 亚晶合并形成再结晶核心的过程存在明显的区别. [4]Tsai M C,Yang J R.Microstructural degeneration of sim- 可以设想，如果实验钢的组织中仅存在贝氏体铁素 ulated heat-affected zone in 2.25Cr-1Mo steel during high- 体，那么不仅实验钢的硬度（强度）提高而且其热稳 temperature exposure.Mater Sci Eng A,2003,340(1/2) 定性可能也会提高 15 本文所用的低碳贝氏体钢在重加热过程中存在 [5]Huang W G,Fang H S,Zheng Y K.Effect of tempering 个硬度稳定、组织演化缓慢的稳定期，处于具有 temperature on strength and toughness in Mn-B bainitic steels containing higher silicon contents.Trans Met Heat “先快后慢”的弛豫型动力学特点的回复过程与具 Treat,1999,20(4):30 有$型动力学特点的再结晶过程之间.贝氏体钢 (黄维刚，方鸿生，郑燕康.回火温度对高硅M-B系贝氏 的这个稳定期与贝氏体钢的实际应用关系密切，特 体钢强韧性的影响.金属热处理学报，1999,20(4)：30) 别是决定了贝氏体钢结构在服役过程中的安全性. [6]Liu D Y,Bai B Z,Fang H S,et al.Effect of tempering 与铁素体/珠光体钢相比，贝氏体钢虽然具有更高 temperature and carbide free bainite on the mechanical 的强度，但热稳定性较差，因此贝氏体钢结构一般 characteristics of a high strength low alloy steel.Mater 在常温下服役.但是，为了应对服役过程中突发的 Sci Eng A,2004,371(1/2):40 热扰动（如火灾），提高钢结构的安全性，贝氏体钢 [7]Lis A K.Mechanical properties and microstructure of ULCB steels affected by thermomechanical rolling, 也需要具有一定的热稳定性.不难理解，应用处于 quenching and tempering.J Mater Process Technol,2000. 稳定期的贝氏体钢结构能够获得较高的安全性.对 106(1-3:212 于本文中的贝氏体钢而言，使其稳定化的方法为在 [8]Yang S W,Wu H B,Yuan S Q,et al.Dislocation- 550600℃下重加热1h,其中的温度参数不影响 precipitate interaction and its effect on thermostability 稳定化后的贝氏体钢的硬度.此外，实验结果还表 of bainite in a Nb-bearing steel.Mater Sci Forum.2005, 明，贝氏体组织稳定期的维持时间随热扰动温度降 475-479:125 低而大大延长，因此处于稳定期的贝氏体钢在较低 [9]Wu H B,Yang S W.Shang C J,et al.Thermo-stability of fine non-equilibrium microstructure in low carbon steel.J 热扰动环境下具有足够高的安全性 Univ Sci Technol Beijing,2003,25(5):419 3结论 (武会宾，杨善武，尚成嘉，等.低碳钢中微细非平衡组织的 热稳定性.北京科技大学学报，2003,25（⑤）：419) (1)贝氏体组织在重加热过程中通过回复与再 [10]Boehlert C J,Cowen C J,Tamirisakandala S,et al.In 结晶方式演化为多边形铁素体，在该过程中粒状贝 situ scanning electron microscopy observations of tensile· 880 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 35 卷 这一结论是否能推广至不同温度的 (因而位错密度 不同的) 相变产物的热稳定性，需要进一步分析. 本 文所用的低碳贝氏体钢经连续冷却后得到粒状贝氏 体与贝氏体铁素体的混合组织. 与粒状贝氏体相比， 贝氏体铁素体的形成温度更低，位错密度更高，非 平衡程度更大. 但是，从实验结果来看，重加热过 程中贝氏体铁素体的热稳定性高于粒状贝氏体，表 现在粒状贝氏体先于贝氏体铁素体转化为多边形铁 素体继而吞食尚处于回复阶段的贝氏体铁素体. 对 该结果可以这样进行理解：非平衡程度较大的组织 虽然演化为平衡组织的驱动力较大，但是演化为平 衡组织的路径较长. 演化驱动力与演化路径应当取 决于显微组织内的位错密度与位错排布方式. 贝氏 体铁素体的高热稳定性可能来自于板条束内部铁素 体板条之间的特殊取向关系. 由实验结果得知，在 板条束内部不存在大角度取向差以及取向梯度，这 意味着尽管板条束内部的铁素体能够发生合并，但 不会形成大角晶界以及再结晶核心，这与大形变金 属在退火过程中形成存在取向梯度的亚晶继而通过 亚晶合并形成再结晶核心的过程存在明显的区别. 可以设想，如果实验钢的组织中仅存在贝氏体铁素 体，那么不仅实验钢的硬度 (强度) 提高而且其热稳 定性可能也会提高. 本文所用的低碳贝氏体钢在重加热过程中存在 一个硬度稳定、组织演化缓慢的稳定期，处于具有 “先快后慢” 的弛豫型动力学特点的回复过程与具 有 S 型动力学特点的再结晶过程之间. 贝氏体钢 的这个稳定期与贝氏体钢的实际应用关系密切，特 别是决定了贝氏体钢结构在服役过程中的安全性. 与铁素体/珠光体钢相比，贝氏体钢虽然具有更高 的强度，但热稳定性较差，因此贝氏体钢结构一般 在常温下服役. 但是，为了应对服役过程中突发的 热扰动 (如火灾)，提高钢结构的安全性，贝氏体钢 也需要具有一定的热稳定性. 不难理解，应用处于 稳定期的贝氏体钢结构能够获得较高的安全性. 对 于本文中的贝氏体钢而言，使其稳定化的方法为在 550∼600 ℃下重加热 1 h，其中的温度参数不影响 稳定化后的贝氏体钢的硬度. 此外，实验结果还表 明，贝氏体组织稳定期的维持时间随热扰动温度降 低而大大延长，因此处于稳定期的贝氏体钢在较低 热扰动环境下具有足够高的安全性. 3 结论 (1) 贝氏体组织在重加热过程中通过回复与再 结晶方式演化为多边形铁素体，在该过程中粒状贝 氏体先于贝氏体铁素体演化为多边形铁素体继而吞 噬贝氏体铁素体，贝氏体铁素体表现出了高于粒状 贝氏体的热稳定性. (2) 贝氏体铁素体在回复过程中发生板条间小 角度晶界的破缺以及相邻板条的倾转合并. (3) 贝氏体组织在较低温度的重加热过程中会 经历一个明显的稳定期，其持续时间随温度的降低 而大大延长，因此在较低温度的热扰动环境下应用 处于稳定期的低碳贝氏体钢能够获得足够高的安全 性. 参 考 文 献 [1] Bhadeshia H K D H. Bainite in Steels. 2nd Ed. London: IOM Communications Ltd, 2001 [2] Bhadeshia H K D H, Honeycombe R. Steels: Microstruc￾ture and Properties. 3rd ed. Amsterdam: Elsevier, 2006 [3] Krauss G, Thompson S W. Ferritic microstructures in con￾tinuously cooled low-and ultralow-carbon steels. ISIJ Int, 1995, 35(8): 937 [4] Tsai M C, Yang J R. Microstructural degeneration of sim￾ulated heat-affected zone in 2.25Cr-1Mo steel during high￾temperature exposure. Mater Sci Eng A, 2003, 340(1/2): 15 [5] Huang W G, Fang H S, Zheng Y K. Effect of tempering temperature on strength and toughness in Mn-B bainitic steels containing higher silicon contents. Trans Met Heat Treat, 1999, 20(4): 30 (黄维刚, 方鸿生, 郑燕康. 回火温度对高硅 Mn-B 系贝氏 体钢强韧性的影响. 金属热处理学报, 1999, 20(4): 30) [6] Liu D Y, Bai B Z, Fang H S, et al. Effect of tempering temperature and carbide free bainite on the mechanical characteristics of a high strength low alloy steel. Mater Sci Eng A, 2004, 371(1/2): 40 [7] Lis A K. Mechanical properties and microstructure of ULCB steels affected by thermomechanical rolling, quenching and tempering. J Mater Process Technol, 2000, 106(1-3): 212 [8] Yang S W, Wu H B, Yuan S Q, et al. Dislocation￾precipitate interaction and its effect on thermostability of bainite in a Nb-bearing steel. Mater Sci Forum, 2005, 475-479: 125 [9] Wu H B, Yang S W, Shang C J, et al. Thermo-stability of fine non-equilibrium microstructure in low carbon steel. J Univ Sci Technol Beijing, 2003, 25(5): 419 (武会宾, 杨善武, 尚成嘉, 等. 低碳钢中微细非平衡组织的 热稳定性. 北京科技大学学报, 2003, 25(5): 419) [10] Boehlert C J, Cowen C J, Tamirisakandala S, et al. In situ scanning electron microscopy observations of tensile