材料固态相变与扩散微合金非调质钢

微合金非调质钢

因为微合金非调质钢的铁素体-珠光体的抗拉强度最大达到lOOMPa,更高强度的零件需要开发新型非调质钢。

为了解决铁素体-珠光体型微合金非调质钢韧性低的问题，可以采用降低钢中碳含量，来增加组织中铁素体体积百分数，消除网状铁素体，减少组织中珠光体的体积百分数，提高珠光体片的退化程度、细化珠光体片。如德国THYSSEN钢公司在49MnVS3的基础上开发了38MnVS5、42MnVS6、27SiMnVS7等微合金非调质钢。20世纪80年代后期，日本新日铁采用晶内铁素体技术，开发了碳含量为0.30%的高韧性微合金非调质钢。

为了提高强度和韧性，采用贝氏体的组织是一个有效的技术方法。在中碳钢的基础上降低碳含量，添加扩大贝氏体转变区域的元素, 添加微合金元素细化晶粒，控制冷却速率，得到低碳贝氏体组织。贝氏体型非调质钢的强度可以达到1200MPa,缺口冲击韧性也有所改善。

另一个提高微合金非调质钢强度和韧性的方法是在钢中获得马氏体组织。获得马氏体型非调质钢的方法有两个；利用加工余热直接淬火后再回火的中碳钢、利用加工余热控制直接淬火过程产生马氏体自回火的低碳钢。马氏体型非调质钢的抗拉强度可以达到1400MP/ 缺口冲击韧性与调质钢相当。

为了提高微合金非调质钢的韧性，人们可以采用降低碳含量和增加硅含量的方法。碳含量的降低将导致钢的强度降低，通过采用增加钢中

镭含量的方法来弥补强度的降低。德国THYSSEX钢公司在开发出49MnVS3之后，相继开发出了较低碳含量的44MnSiVS6. 38MnSiVS5、 27MnSiVS6等微合金非调质钢。

珠光体-铁素型微合金非调质钢的抗拉强度水平一般在 600-900MPa 范围内。为了进一步提高强度和韧性，开发了空冷贝氏体型非调质钢。日本三菱钢公司开发了化学成分为0.25%C-1.5% Mn-O. 35%Cr-0. 15 % V的贝氏体型非调质钢，其抗拉强度达到900MPa,用于锻造前轴梁。与珠光体一铁素体型微合金非调质钢相比, 贝氏体型非调质钢强度高，低温韧性好。美国内陆钢公司开发的 0. 38%C-0. 3%Si-1.5%Mn-0. 2%Mo-0. 15%V 贝氏体钢型，其棒材最大直径可达64mm,韧性很好。

为了克服空冷钢性能低的缺点，人们将锻件直接淬火来省略再加热淬火，从而降低零件的生产制造成木。由于直接淬火后钢中的组织是马氏体，而且部分或完全省略了调质处理，所以将其称为马氏体型非调质钢。根据淬火后是否对淬火马氏体采用再加热回火处理，可以将马氏体型非调质钢分为直接淬火回火马氏体钢和自回火马氏体钢。直接淬火回火马氏体钢大都采用原有的中碳调质钢或略加改进的中碳调质钢，只是在直接淬火后将锻件再加热进行马氏体回火处理。而自回火马氏体钢却是添加一定量合金元素的低碳钢，控制较高的马氏体转变开始温度，使马氏体的自回火过程得以充分进行。

马氏体型非调质钢包括热加工后直接淬火再回火和直接淬火自回火两种类型。前者一般采用原来化学成分的淬火回火钢，添加适量微合金元素改善韧性。与相应的淬火回火钢相比，英国的DQT41（90kg 载重

车前轴梁）和DQT615M36 （lkg轿车转向节）及R本的DQTS45C强度和韧性相当。这种钢可用于生产螺旋弹簧、转向球、前轴梁和其它转向和悬挂零件。直接淬火钢的合金元素含量少，但应严格控制热加工过程。

为了提高板条马氏体的自回火程度，应降低钢中的碳含量，将马氏体转变完成温度控制在205°C以上。在钢中添加足够的Nb,使Nb 的化合物Nb（CN）粒子在锻造温度未溶解，阻止奥氏体的再结晶和晶粒长大。结合锻件的尺寸（厚度最高可以达到50mm）,钢的硬度达到HRC38—43,同时具有良好的缺口冲击韧性。无需随后的热处理。与49MnVS3和1524MoV相比，自回火马氏体型非调质钢的韧性高出很多。在低温状态下，自回火马氏体型非调质钢的韧性仍然能够保持较高水平，在-60°C 时冲击韧性超过20J。与调质碳素结构钢1040和调质合金结构钢4140相比较，在相同的硬度条件下（HRCA0）,自回火马氏体型非调质钢的韧性较高。

我国钢铁研究总院研究了低C-Mn-B系列自回火马氏体型非调质钢。研究表明:低C-Mn-B钢的抗拉强度超过900MP&,冲击功大于100J。自回火马氏体型非调质钢的性能取决于化学成分和热加21232艺。控制冷却终止温度使其略低于马氏体相变点，可获得最大程度的自回火，此时钢的韧性较高。所开发的自回火马氏体型非调质钢己经在载重汽车水泵轴上试用。

自回火马氏体型非调质钢一般采用低碳含量的合金设计。热加工后直接在水中淬火，除了可能的低温去应力退火外，免除了随后的回火处理。BritishSteel Corporation 的 D. Dulieu 等开发了低碳自回火马氏体型非调质钢。对截而尺寸为19mm的钢件，成分为0. 05% C-l. 8%Mn-

B-Ti钢直接淬火后的抗拉强度可达lOOOMPa,冲击韧性为 74J。对于截而尺寸为50mm的钢件，为了获得上述性能，需要提高钢中的碳含量和镒含量。提高调整钢的化学成分，可以在截而尺寸的15mm的直接淬火钢件中获得更高的强度和韧性。为了降低成本，自回火马氏体型非调质钢锻件在高质量保安件上的应用将逐渐增大。