Применение бейнитных сталей
(Use of bainitic steels)

Существует обширный рынок для сталей, прочность которых меньше чем 1000 МПа, причем содержание легирующих элементов редко превышает 2%масс. Бейнитные стали удовлетворяют этим требованиям. Однако, необходимо осторожно подходить к созданию новых сталей, чтобы получить необходимую микроструктуру. В сталях с недостаточной прокаливаемостью формируется смешанная структура, состоящая из избыточного феррита и бейнита. Попытки улучшить прокаливаемость обычно приводят к формированию некоторого количества мартенсита. Решение этой проблемы лежит в области применения низкоуглеродистых, низколегированных сталей, содержащих небольшие количества бора и молибдена для подавления формирования избыточного феррита. Бор увеличивает бейнитную прокаливаемость. Содержание других легирующих добавок, в пристуствии бора, может быть уменьшено для избежания присутствия мартенсита.

Типичный состав такой стали может быть Fe-0.1C-0.25Si-0.50Mn-0.55Mo-0.003B масс.%. В сталях, подобных указанной, нормализация формирует бейнитную структуру с очень небольшой долей мартенсита

Новейшие бейнитные стали содержат меньше углерода и легирующих элементов. Эти стали термообрабатывают с использованием ускоренного охлаждения, для того чтобы получить необходимую бейнитную структуру. Эти стали обладают не только лучшей сариваемостью, но также и более высокой прочностью, вследствие измельченной бейнитной структуры.

Номенклатура бейнитных сталей, производимых промышленностью, включает низкоуглеродистые стали с высокой свариваемостью, высокопрочные стали конкурирующие с закаленными и отпущенными мартенситными сплавами, сталями с высоким сопротивлением ползучести, которые десятилетиями работают на предприятиях энергетической отрасли, кованые стали, которые являляются более предпочтительными по сравнению с мартенситными сплавами, поскольку нуждаются в меньшем количестве операций при производстве, иннокулированные стали, в которых внутризеренное образование бейнита, приводящее к хаотической структуре, стимулируется введением частиц труднорастворимых соединений, что обусловливает повышенное сопротивление распространению трещин. Структура высокопрочных сталей представляет собой смесь бейнитного феррита, остаточного аустенита и мартенсита. Эти стали обладают повышенной прокаливаемостью, за счет применения марганца, хрома и никеля, а также содержат значительное количество кремния (около 2% масс.) для предотвращения образования карбидов. Высокопрочные стали содержат очень мало примесей и неметаллических включений, так что эти стали обладают повышенной склонностью к образованию карбидов, образования которых следует избегать, либо они должны быть измельчены.

 Alloy                | C       Si     Mn   Ni   Mo    Cr    V   B       Nb   Other 

 Early bainitic steel | 0.10   0.25   0.5   -    0.55   -    -   0.003   -    

 Ultra low carbon     | 0.02   0.20   2.0   0.3  0.30   -    -   0.010   0.05  

 Ultra high strength  | 0.20   2.00   3.00  -    -      -    -   -       -   

 Creep resistant      | 0.15   0.25   0.50  -    1.00   2.3  -   -       -   

 Forging alloy        | 0.10   0.25   1.00  0.5  1.00   -    -   -       0.10   

 Inoculated           | 0.08   0.20   1.40  -    -      -    -   -       0.10   0.012 Ti 


Химический состав бейнитных сталей, % масс. 

Стали, обладающие средней прочностью, с аналогичной микроструктурой, но несколько пониженным содержанием легирующих элементов нашли применение в автомобильной индустрии для защиты от бокового удара. Другим примером использования бейнитных сталей в автомобильной индустрии являются бейнитные кованые стали для производства коленчатых валов. Ранее эти изделия изготовавливали из мартенситных сталей ковкой, закалкой с отпуском, правкой и окончательным отпуском для снятия напряжений. Все эти опреации были заменены контролируемым охлаждением от температуры ковки для создания бейнитной структуры, что в результате приводит к экономии денежных средств.

Бейнитные стали, обладающие сопротивлением ползучести, успешно используются в энергетической отрасли с начала 40-х годов. Они обладают такой прокаливаемостью, что детали диаметром 1 метр имеют бейнитную структуру по всему сечению после непрерывного охлаждения. Эти сплавы содержат хром и молибден, которые способствуют повышению прокаливаемости и, в тоже время, выделению карбидов при термической обработке, которые существенно улучшают сопротивление ползучести.

Введение в расплав инокулирующих добавок неметаллических частиц обусловливает преимущественно внутризеренное зарождение бейнита на включениях. Такой внутризеренно зародившийся бейнит называют "игольчатым ферритом". Такая структура в большей степени разупорядочена и обладает большей способностью сопротивляться трещиннообразованию. Иннокулированные стали с бейнитной структурой производят в промышленных масштабах и используют для изготовления опор нефтедобывающих платформ, работающих в агрессивных средах.