随着当今社会对安全与节能环保的越来越重视,开发兼具高强度与良好塑韧性的先进高强钢显得越来越重要。目前,研究人员已研制出了一种具有纳米结构超细贝氏体铁素体板条及板条间富碳残余奥氏体的高、中碳无碳化物贝氏体钢,这种钢具有超高的强度以及可观的塑韧性,能够在一定程度上满足人们对先进高强钢的要求。然而,制备这种高、中碳纳米贝氏体钢时间周期长,通常需要几十个小时乃至数天,这严重制约着纳米结构无碳化物贝氏体钢的工业化应用。相比之下,低碳贝氏体钢的制备周期相对较短。可是,低碳贝氏体钢的显微组织较为粗大,贝氏体板条厚度为数百纳米,因此如何能够制备出具有类似于高、中碳钢的超细板条组织的低碳贝氏体钢是研究人员迫切需要解决的一个关键问题。本文设计了三种不同碳含量(即0.15C、0.18C和0.28C,质量百分比)的低碳低合金钢,通过采用预淬火处理、Ms点以下等温淬火及奥氏体温轧变形等工艺,试图获得具有超细贝氏体铁素体板条结构的高性能低碳无碳化物贝氏体钢。研究了水淬预处理对热锻态0.18C钢(即Fe-0.18C-1.31Si-1.68Mn)的奥氏体化、等温贝氏体相变行为及其显微组织与力学性能的影响。结果表明,对原始热锻态钢与水淬预处理态钢均在950 ~oC保温20 min进行完全奥氏体化处理,得到的原始奥氏体晶粒尺寸分别为34.6?m和7.6?m,说明预淬火处理能够显著细化原始奥氏体晶粒尺寸。与原始热锻态钢相比,预淬火处理钢由于原始奥氏体晶粒细化提高了奥氏体的屈服强度,因而降低了钢的Ms点温度;同时,原始奥氏体晶粒的细化抑制了贝氏体铁素体的长大速度,导致贝氏体的转变速率降低。此外,在水淬预处理钢中,贝氏体铁素体板条及块状残余奥氏体/马氏体岛(即马奥岛)尺寸显著细化,虽然马奥岛总量没有明显变化,但大块状马奥岛的数量大大减少,钢的屈服强度与冲击韧性同时获得了明显提升。研究了两种低碳钢(Fe-0.15C-1.41Si-1.88Mn和Fe-0.28C-0.82Si-2.14Mn-1.21Al)在Ms点以上(400 ~oC)及Ms点以下(355 ~oC)等温淬火对贝氏体相变行为、显微组织特征以及力学性能的影响。结果表明,两种低碳钢即使在Ms点以下等温淬火也能够发生贝氏体转变。由于冷却到Ms点以下等温淬火时,首先形成少量马氏体,这种先生成的少量马氏体增加了贝氏体等温转变形核率,因而加快了贝氏体的等温转变速度,并且细化了贝氏体铁素体板条尺寸和块状马奥岛结构,最终钢的屈服强度和冲击韧性大幅提升。研究了600~oC与400~oC奥氏体温轧变形50%后、在Ms点以上/以下等温淬火对0.15C钢(Fe-0.15C-1.41Si-1.88Mn)等温贝氏体相变、显微组织及力学性能的影响。结果表明,通过奥氏体温变形结合Ms点以下等温淬火的复合工艺获得了板条厚度为~100 nm的超细贝氏体钢,其强塑积超过4.2 GPa*%,冲击韧性超过150 J/cm~2。研究发现,奥氏体温轧变形能够降低钢的Ms点,且随着温变形温度的降低,钢的Ms点也随之降低。奥氏体温变形增加了奥氏体晶粒中的晶体缺陷,这些缺陷为贝氏体相变提供大量形核位置,加速贝氏体转变过程。在Ms点以上等温淬火时,奥氏体温变形能够细化贝氏体铁素体板条,但却引起大块状马奥岛数量大幅度增加,而大块状马奥岛对钢的塑韧性起破坏作用,所以其结果是温轧变形结合Ms点以上等温淬火工艺使试样强度大幅度提高、但是塑性与冲击韧性明显下降。相比而言,在Ms点以下等温淬火时,奥氏体温轧变形能够同时细化贝氏体铁素体板条及块状马奥岛尺寸,大块状马/奥岛量数量降低,因此其结果是奥氏体温轧变形与Ms点以下等温淬火的试样同时获得了高强度与良好的塑韧性。