Mn系复相钢及应用：贝氏体/马氏体结构优化

20世纪60年代，人们在某些低合金高强度钢中发现贝氏体/马氏体复相组织的强韧性优于单一马氏体组织。而且由于淬透性的原因，一些大型高强度低合金钢零部件淬火后常常含有一定量贝氏体/马氏体复相组织。鉴于此，清华大学等研发出多种Mn系贝氏体/马氏体复相钢，如Mn-B系、Mn-Cr系、Mn-Si-Cr系、Mn-Cr-W系等贝氏体/马氏体复相钢。该钢空冷即可强化，其强韧性优于单一马氏体，比回火马氏体具有更高的强韧性，可以省略淬火工序，从而减轻畸变、开裂、氧化与脱碳等缺陷造成的损失，同时还可使工艺流程缩短、生产成本与能源消耗降低，近年来在矿业、汽车、建筑、石油、铁路等多个领域得到广泛的应用。

Mn系贝氏体钢空冷条件下得到贝氏体/马氏体复相组织，经低温回火后具有高的强度和一定的韧性，能用于制造塑料模具钢的标准件，成本低、寿命长；经中高温回火，韧性进一步提高，可代替40CrNiMo等高Ni含量和高淬透性调质钢，适用于各类韧性要求高的调质件和需要表面淬火的调质件，如半轴、凸轮轴、曲轴等。

表4-10为Mn系贝氏体/马氏体复相钢的性能及应用。

表4-10 Mn系贝氏体/马氏体复相钢的性能及应用

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Mn系贝氏体/马氏体复相钢的应用与效果如下：

（1）高强高韧性贝氏体重型钢轨钢 目前我国的高强重型钢轨PD3等的强度等级为1200MPa左右，而这些钢轨还需要进行复杂的热处理。采用Mn-Si-Cr系空冷贝氏体/马氏体复相钢，经过轧制后在冷床上空冷，无需任何热处理得到的高强高韧性重型钢轨，其性能达到：R_m≥1400MPa，R_eL≥1000MPa，A≥12%，a_k≥60J/cm²，超过了铁道部对新型重轨钢的性能要求。

（2）高耐磨固体物料输送贝氏体无缝钢管 利用Mn系空冷贝氏体钢制造的1500MPa高强高韧性高耐磨无缝钢管，轧制后在空气中冷却，未经任何热处理，性能达到：硬度≥45HRC，R_m≥1500MPa，A≥12%。该钢管在天津钢管公司投入批量生产，并在“三一重工”装机得以应用。实际应用表明，采用新型耐磨无缝钢管后，其使用寿命（输送量）提高到2.4×10⁴m³以上，是16Mn钢管的3倍。

（3）贝氏体弹簧钢 中碳Mn系贝氏体钢具有空冷自硬化和空冷淬透性高的特点，采用中温回火时表现出较高的强韧性，可用于制造各种车辆、机车、农机等机械用各类弹簧。用含0.4%～0.5%（质量分数）C的Mn系贝氏体钢通过空冷+中温回火处理制造的20～40mm板簧，其性能可达：R_m≥1900MPa，R_eL≥1600MPa，A≥8%，Z≥40%和a_k≥40J/cm²，均显著超过常用淬火+中温回火处理的60Si2Mn弹簧钢的相应性能。